Matlab7.x教学课件第7章仿真.ppt

第7章Simulink仿真环境 MATLAB7 X程序设计 2 53 主要内容 Simulink的工作环境 模型文件的创建和仿真 子系统的封装过程 MATLAB7 X程序设计 3 53 7 1Simulink的启动与退出 7 1 1Simulink简介Simulink是用来对动态系统进行建模 仿真和分析的面向框图的仿真软件 是MATLAB的重要组成部分 Simulink提供建立系统模型 选择仿真参数和数值算法 启动仿真程序对该系统进行仿真 设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能 MATLAB7 X程序设计 4 53 7 1 2Simulink的启动和模型编辑窗口 Simulink的启动方法有下列几种 1 在MATLAB的命令窗口输入语句simulink 即可启动Simulink Simulink启动后会显示Simulink模块库浏览器 SimulinkLibraryBrowser 窗口 2 单击MATLAB主窗口工具栏上的Simulink命令按钮 3 在MATLAB主窗口File菜单中选择New菜单项下的Model命令 在出现Simulink模块库浏览器窗口的同时 还会出现一个名字为untitled的模型编辑窗口 MATLAB7 X程序设计 5 53 Simulink的模型编辑窗口由菜单 工具栏 模型框图窗口和状态栏等组成 其中菜单提供了模型建立和仿真的几乎全部功能 工具栏是模型建立和仿真过程中常用功能的命令按钮 模型框图窗口是模型编辑区 状态栏是仿真过程中的状态信息 MATLAB7 X程序设计 6 53 file的常用菜单项功能 菜单项功能Modelproperties模型属性Print 打印模型PreferencesSIMULINK界面的默认设置选项Close关闭当前Simulink窗口 MATLAB7 X程序设计 7 53 Edit的常用菜单项功能 菜单项功能Createsubsystem创建子系统Masksubsystem 封装子系统Lookundermask查看封装子系统的内部结构Updatediagram更新模型框图的外观 MATLAB7 X程序设计 8 53 View的常用菜单项功能 菜单项功能Gotoparent显示当前系统的父系统Modelbrowseroptions模型浏览器设置Blockdatatipsoptions鼠标位于模块上方时显示模块内部数据Librarybrowser库浏览器Modelexplorer模型浏览器Zoomin Zoomout放大 缩小Fitsystemtoview自动选择最合适的显示比例Normal以正常比例 100 显示模型 MATLAB7 X程序设计 9 53 Simulation的常用菜单项功能 菜单项功能Start Stop启动 停止仿真ConfigurationParameters 设置仿真参数Normal普通Simulink模型Accelerator产生加速Simulink模型 MATLAB7 X程序设计 10 53 Format的常用菜单项功能 菜单项功能Textalignment标注文字对齐工具Enabletexcommands使tex命令有效Filpname翻转模块名Filpblock RotateBlock翻转 旋转模块Showname显示模块的名字Showportlabels显示端口标签Foregroundcolor前景色Backgroundcolor背景色Screencolor屏幕颜色Port signaldisplays端口 信号显示Blockdisplays显示模块 MATLAB7 X程序设计 11 53 tools的常用菜单项功能 菜单项功能Simulinkdebugger Simulink调试器Fixed pointsettings浮点设置Modeladvisor模型咨询Lookuptableeditor查表编辑Dataclassdesigner用户定义数据类型设计器Buseditor线路编辑Signal scopemanager信号和示波器管理器Real timeworkshop实时工作平台Externalmodecontrolpanel外部的模式控制平台Controldesign控制设计Parameterestination参数估计Reportgenetor报告生成器 MATLAB7 X程序设计 12 53 7 1 3Simulink的文件操作 Simulink的文件操作方式非常灵活 常用的文件操作有新建文件 打开文件和保存文件三种 1新建文件新建仿真模型文件有以下三种方法 1 在MATLAB的命令窗口选择菜单File New Model 2 在Simulink模块库浏览器窗口选择菜单File New Model 或者单击工具栏的图标 3 在Simulink模型窗口选择菜单File New Model 或者单击工具栏的图标 MATLAB7 X程序设计 13 53 2打开文件 打开仿真模型文件有以下四种方法 1 在MATLAB的命令窗口输入不加扩展名的文件名 该文件必须在当前搜索路径中 2 在MATLAB的命令窗口选择菜单File Open 或者单击工具栏的图标打开文件 3 在Simulink模块库浏览器窗口选择菜单File Open 或者单击工具栏的图标打开 mdl文件 4 在Simulink模型窗口中选择菜单File Open 或者单击工具栏的图标打开文件 MATLAB7 X程序设计 14 53 3保存文件 模型创建完成后 从模型编辑窗口的File菜单项中选择Save或SaveAs命令 或者单击工具栏的图标 可以将模型以模型文件的格式 扩展名为 mdl 存入磁盘 MATLAB7 X程序设计 15 53 7 1 4Simulink的退出 为了退出Simulink 只要关闭所有模型编辑窗口和Simulink模块库浏览器窗口即可 MATLAB7 X程序设计 16 53 7 2Simulink的基本模块 7 2 1基本模块库Simulink6 0的基本模块库包括16个子模块库 常用的模块库 常用的模块子库 CommonlyUsedBlocks 连续模块子库 Continuous 离散模块子库 Discrete 逻辑和位操作模块子库 logicandbitoperation 查表函数模块子库 lookupTables MATLAB7 X程序设计 17 53 一般数学函数子库 Math 信宿模块子库 Sinks 信源模块子库 Sources 用户定义的函数模块子库 User definedFunctions 端口与子系统 Ports Subsystems MATLAB7 X程序设计 18 53 7 2 2常用模块的参数设置 1信号发生器信号发生器 signalgenerator 是信源模块子库Sources中的模块 双击信号发生器模块 会出现参数设置对话框 对话框的上半部分为参数说明 下半部分设置参数 Waveform为信号类型 Time t 为仿真时间或外部时间 Amplitude为信号幅值 Frequency为频率 MATLAB7 X程序设计 19 53 2三角函数 三角函数 TrigonometricFunction 是数学函数子库Math中的一个模块 双击三角函数模块 会出现参数设置对话框 对话框的上半部分为参数说明 下半部为参数设置 其中Function为可供选择的三角函数 Outputsignaltype为自动 实数和复数 MATLAB7 X程序设计 20 53 3数学函数 数学函数 Mathfunction 是数学函数子库Math中的一个模块 双击Mathfunction模块 会出现参数设置对话框 上半部分为参数说明 下半部分为参数设置 其中Function为可供选择的数学函数 Outputsignaltype为自动 实数和复数 MATLAB7 X程序设计 21 53 4示波器 示波器 Scope 是常用的模块子库中的模块 用来接收输入信号并实时显示信号波形的曲线 示波器的参数设置对话框有两页 其中General页可设置坐标轴数目Numberofaxes 浮点显示floatingscope 时间范围Timerange 采样增益Sampling History页可设置数据点数Limitdatapointstolast 是否保存到工作空间Savedatatoworkspace MATLAB7 X程序设计 22 53 7 3模型文件的创建 7 3 1模块的操作1模块的选定模块的选定有三种方式 1 选定单个模块选定对象只要在模块上单击鼠标 被选定的对象的四角处会出现小黑块编辑框 2 选定多个模块如果选定多个模块 可以按下Shift键 然后再单击所需选定的模块 或者用鼠标拉出矩形虚线框 将所有待选模块框在其中 则矩形框中所有的模块均被选中 3 选定所有模块如果要选定所有模块 可以选择菜单Edit Selectall MATLAB7 X程序设计 23 53 2模块的复制 模块的复制有两种方式 1 不同模型窗口 包括模型库窗口 之间的模块复制选定模块 用鼠标将其拖到另一模型窗口 选定模块 使用菜单和工具栏中的Copy和Paste命令 2 在同一模型窗口内的复制模块选定模块 按下鼠标右键 拖动模块到合适的地方 释放鼠标 选定模块 按住Ctrl键 再用鼠标拖动对象到合适的地方 释放鼠标 使用菜单和工具栏中的Copy和Paste命令 MATLAB7 X程序设计 24 53 3模块的移动 模块的移动有两种方式 1 在同一模型窗口移动模块选定需要移动模块 用鼠标将模块拖到合适的地方 2 在不同模型窗之间移动模块在不同模型窗之间移动模块 在用鼠标移动的同时按下Shift键 当模块移动时 与之相连的连线也随之移动 MATLAB7 X程序设计 25 53 4模块的删除 要删除模块 应选定删除模块 按Delete键 选定待删除模块后 用菜单和工具栏的Edit Cut 5模块的缩放选定需要改变大小的模块 出现小黑块编辑框后 用鼠标拖动编辑框 可以实现放大或缩小 使用菜单view中的Zoomin Zoomout MATLAB7 X程序设计 26 53 6模块的翻转 选定模块 选择菜单Format FlipBlock可以将模块旋转180度 选定模块 选择菜单Format RotateBlock可以将模块旋转90度 7编辑和修改模块名单击模块下面或旁边的模块名 出现虚线编辑框就可对模块名进行编辑 修改 选定模块 选择菜单Format Font 打开字体对话框设置字体 MATLAB7 X程序设计 27 53 7 3 2信号线的操作 信号线的操作是创建模型文件时连接模块的操作 常用的信号线的操作如下 1模块间连线先将光标指向一个模块的输出端 待光标变为十字符后 按下鼠标左键并拖动 直到另一模块的输入端 MATLAB7 X程序设计 28 53 2信号线的分支和折线 1 分支的产生将光标指向信号线的分支点上 按鼠标右键 光标变为十字符 拖动鼠标直到分支线的终点 释放鼠标 或者按住Ctrl键 同时按下鼠标左键拖动鼠标分支线的终点 2 信号线的折线选中已存在的信号线 将光标指向折点处 按住Shift键 同时按下鼠标左键 当光标变成小圆圈时 用鼠标拖动小圆圈将折点拉至合适处 释放鼠标 MATLAB7 X程序设计 29 53 3填加注释 双击信号线后出现矩形文本输入框 可以添加文本注释 label MATLAB7 X程序设计 30 53 7 3 3创建模型文件 创建模型文件时只需用鼠标右键单击Simulink模块库浏览器 SimulinkLibraryBrowser 窗口中相应的模块 选择其下拉菜单的第一项 填加到已创建的模型文件中 通过信号线连接各模块即可 MATLAB7 X程序设计 31 53 例7 1创建方波信号模型 步骤 鼠标右键单击Simulink模块库浏览器中的模块信号发生器 SignalGenerator 出现下拉菜单 选择其第一项 填加到创建的模型中 步骤 按照步骤1的方法继续填加示波器模块 步骤 通过信号线连接两个模块 建立信号发生器模型 MATLAB7 X程序设计 32 53 步骤4模块的参数设置双击SignalGenerator模块 会出现如图所示的参数设置对话框 上半部分为参数说明 仔细阅读可以帮助用户设置参数 Waveform为波形形式 包括Sine Square sawtooth和random Amplitude为正弦幅值 Frequency为正弦频率 MATLAB7 X程序设计 33 53 步骤5模块的属性设置每个模块的属性对话框的内容都相同 属性名及其含义如下 1 说明Description对模块在模型中用法的注释 2 优先级Priority规定该模块在模型中相对于其它模块执行的优先顺序 3 标记Tag用户为模块添加的文本格式标记 MATLAB7 X程序设计 34 53 4 调用函数Openfunction当用户双击该模块时调用的MATLAB函数 5 属性格式字符串Attributesformatstring指定在该模块的图标下显示模块的哪个参数和格式 步骤6选择file saveas以first mdl保存上述模型 步骤7选择simulation start或工具栏的仿真按钮 仿真first mdl模型 双击示波器按钮 将显示波形结果 MATLAB7 X程序设计 35 53 7 4子系统 7 4 1子系统建立的方法Simulink允许建立类似于MATLAB的函数文件功能的子系统 建立子系统有两种方法 1对已存在的模型的某些部分或全部使用菜单命令Edit CreateSubsystem 封装为子系统 2使用Ports Subsystems模块库中的Subsystem模块直接创建子系统 MATLAB7 X程序设计 36 53 7 4 2子系统的封装 把已存在的Simulink模型中的某个部分封装为子系统是建立子系统的重要方法 步骤如下 1 用矩形框选择要封装的部分 包括模块和信号线 2 在模块窗口菜单选项中选择菜单Edit Createsubsystem 出现封装后的子系统 子系统有一个默认的输入端口和输出端口 默认名为In1和Out1 若查看子系统的内容或对子系统进行再编辑 可以双击子系统模块 则会显示子系统内容的新窗口 在窗口内 除原始的模块外 Simulink自动添加了输入和输出模块 分别代表子系统的输入端口和输出端口 MATLAB7 X程序设计 37 53 3 选择Edit EditMask 设置封装参数 主要有Icon Parameters Initialization和Documentation四个选项卡 Icon选项卡用于设定封装模块的名字和外观 Parameters选项卡用于输入变量名称和相应的提示 Initialization选项卡用于初始化封装子系统 Documentation选项卡用于编写与该封装模块对应的Help和说明文字 分别有Masktype MaskDescription和Maskhelp栏 MATLAB7 X程序设计 38 53 设置参数设置对话框中的Apply按钮用于将修改的设置应用于封装模块 Unmask按钮用于将封装撤销 则双击该模块就不会出现定制的对话框 MATLAB7 X程序设计 39 53 例7 2创建求多项式的积分和导数的子系统 MATLAB7 X程序设计 40 53 步骤1 MATLAB7 X程序设计 41 53 步骤2选择求多项式的积分和导数的模块 用矩形框选择要封装的部分 选择部分出现小黑块编辑框 步骤3在模块窗口菜单选项中选择菜单Edit Createsubsystem 出现封装后的子系统 子系统有一个默认的输入端口和输出端口 默认名为In1和Out1 MATLAB7 X程序设计 42 53 MATLAB7 X程序设计 43 53 若查看子系统的内容或对子系统进行再编辑 可以双击子系统模块 则会显示子系统内容的新窗口 在窗口内 除原始的模块外 Simulink自动添加了输入和输出模块 分别代表子系统的输入端口和输出端口 MATLAB7 X程序设计 44 53 MATLAB7 X程序设计 45 53 7 4 3条件执行子系统 条件执行子系统是指在一定条件下才执行某项操作的子系统 常见的条件执行子系统有如下三种 1使能子系统使能子系统 EnabledSubsystem 是用来模拟具有多个操作模式的系统 一个普通的子系统可以通过添加一个使能模块使之成为一个使能子系统 MATLAB7 X程序设计 46 53 2触发子系统触发子系统 TriggeredSubsystem 是指每当接收到触发信号时 子系统执行 3使能触发子系统使能触发子系统 EnabledandTriggeredSubsystem 就是触发子系统和使能子系统的组合 含有触发信号和使能信号两个控制信号输入端 触发事件发生后 Simulink检查使能信号是否大于0 大于0就开始执行 MATLAB7 X程序设计 47 53 7 5命令窗口创建Simulink模型 7 5 1Simulink模型文件操作命令在命令窗口中常用的Simulink模型文件操作有三种 创建新模型 打开模型和保存模型 1创建新模型new system命令用来在MATLAB的工作空间创建一个空白的Simulink模型 调用格式为 new system newmodel option 其中 newmodel 为模型名 option选项可以是 library 和 model 两种 也可以省略 默认为 model MATLAB7 X程序设计 48 53 2打开模型 open system命令用来打开逻辑模型 在Simulink模型窗口显示该模型 调用格式为 open system model 其中 model 为模型名 例如在命令窗口输入语句open system L7 2 打开已建立的L7 2模型文件 MATLAB7 X程序设计 49 53 3保存模型 save system命令用来保存模型为模型文件 扩展名为mdl 调用格式为 save system model 文件名 其中 model 为模型名可省略 如果不给出模型名 则自动保存当前的模型 文件名指保存的文件名 是字符串 也可省略 如果不省略则保存为新文件 MATLAB7 X程序设计 50 53 7 5 2Simulink模型文件编辑命令 Simulink模型文件编辑过程只需添加 删除模块和信号线即可 1添加模块使用add block命令在打开的模型窗口中添加新模块 调用格式为 add block 源模块名 目标模块名 属性名1 属性值1 属性名2 属性值2 其中源模块名为一个已知的库模块名 或在其它模型窗口中定义的模块名 Simulink自带的模块为内在模块 例如正弦信号模块为built in SineWave 目标模块名为在模型窗口中使用的模块名 MATLAB7 X程序设计 51 53 2添加信号线 模块需要用信号线连接起来 添加信号线使用add line命令 add line命令的调用格式为 add line 模块名 起始模块名 输出端口号 终止模块名 输入端口号 add line 模块名 m 其中模块名为在模型窗口中的模块名 m为有两列元素的矩阵 每列给出一个转折点坐标 MATLAB7 X程序设计 52 53 3删除模块 使用delete block命令在打开的模型窗口中删除指定的模块 调用格式为 delete block 源模块名 其中源模块名为一个已知的库模块名 或在其它模型窗口中定义的模块名 4删除信号线删除信号线使用delete line命令 调用格式为 delete line 模型名 终止模块名 输入端口号 起始模块名 输出端口号 其中模型名为在模型窗口中的模型名 MATLAB7 X程序设计 53 53 重点内容 1 基本模块库的常用模块名称 功能和参数设置 2 创建模型文件并仿真的方法