【Matlab之Simulink基础】新手入门第十九天

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学习目标

Simulink适应面广，结构和流程清晰，仿真精细，贴近实际且效率高。基于以上优点，Simulink已被广泛用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

• 了解Simulink的概念及其应用
• 理解Simulink模块的组成
• 掌握如何使用Simulink搭建系统模型和仿真

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1.基本介绍

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具是一种基于MATLAB的框图设计环境是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
1.1Simulink工作环境
Simulink的工作环境是由库浏览器与模型窗口组成的，库浏览器为用户提供了进行Simulink建模与仿真的标准模块库与专业工具箱，而模型窗口是用户创建模型的主要场所。
单击MATLAB软件主页选项中的Simulink图标
Simulink启动以后首先出现的是Simulink库浏览器，如下图所示。

在上图中点击 ，即可打开一个名为untited的空的模型窗口，如下图所示。

Simulink工具栏能实现标准的Windows操作及用于与Simulink仿真相关的操作。模型工具栏具体内容如下图所示。

整个模型创建窗口的组成是：菜单栏，工具栏，编辑窗口和状态栏。具体如下图所示。

1.2 模块库介绍

为了方便用户快速构建所需的动态系统，Simulink提供了大量的、以图形形式给出的内置系统模块。使用这些内置模块可以快速方便地设计出特定的动态系统。
1.连续时间模块子集（Continuous）
2.离散模块子集（Discrete）
3.表格模块库（Lookup Tables）
4.数学运算模块库（Math）
5.不连续模块库（Discontinuities）
6.信号模块库（signal Routing）
7.信号输出模块（Sinks）
8.源模块子集（Sources）

1.3 Simulink仿真基本步骤

创建系统模型及利用所创建的系统模型对其进行仿真是Simulink仿真的两个最基本的步骤。
1.创建系统模型
创建系统模型是用Simulink进行动态系统仿真的第一个环节，它是进行系统仿真的前提。模块是创建Simulink模型的基本单元，通过适当的模块操作及信号线操作就能完成系统模型的创建。为了达到理想的仿真效果，在建模后仿真前必须对各个仿真参数进行配置。
2.利用模型对系统仿真
在完成了系统模型的创建及合理的设置仿真参数后，就可以进行第二个步骤——利用模型对系统仿真。

2.模块操作

模块是构成Simulink模型的基本元素，用户可以通过连接模块来构造任何形式的动态系统模型。

2.1Simulink模块类型

用户在创建模型时必须知道，Simulink把模块分为两种类型：非虚拟模块和虚拟模块。非虚拟模块在仿真过程中起作用，如果用户在模型中添加或删除了一个非虚拟模块，那么Simulink会改变模型的动作方式；相比而言，虚拟模块在仿真过程中不起作用，它只是帮助以图形方式管理模型。
在拷贝模块时，新模块会继承源模块的所有参数值。如果要把模块从一个窗口移动到另一个窗口，则在选择模块的同时要按下Shift键。

2.2自动连接模块

Simulink方块图中使用线表示模型中各模块之间信号的传送路径，用户可以用鼠标从模块的输出端口到另一模块的输入端口绘制连线，也可以由Simulink自动连接模块。
如果要Simulink自动连接模块，可先用鼠标选择模块，然后按下Ctrl键，再用鼠标单击目标模块，则Simulink会自动把源模块的输出端口与目标模块的输入端口相连。
如果需要，Simulink还会绕过某些干扰连接的模块，如下图所示。

2.3手动连接模块

如果要手动连接模块，可先把鼠标光标放置在源模块的输出端口，不必精确地定位光标位置，光标的形状会变为十字形，然后按下鼠标按钮，拖动光标指针到目标模块的输入端口，如下图所示。

当释放鼠标时，Simulink会用带箭头的连线替代端口符号，箭头的方向表示了信号流的方向。

2.4 设置模块特定参数

带有特定参数的模块都有一个模块参数对话框，用户可以在对话框内查看和设置这些参数。用户可以利用如下几种方式打开模块参数对话框：

• 在模型窗口中选择模块，然后选择模型窗口中Diagram菜单下的Block parameters命令。这里Block是模块名称，对于每个模块会有所不同。
• 在模型窗口中选择模块，用鼠标右键单击模块，从模块的上下文菜单中选择Block parameters命令。
• 用鼠标双击模型或模块库窗口中的模块图标，打开模块参数对话框。

2.5 设置输出提示

用户若要打开或关闭模块端口的输出提示，可以选择模型编辑器窗口Simulation菜单下的Data Display命令，该命令的下拉菜单中有四个选项：

• Remove All Value Labels：关闭所有端口的输出提示。
• Show Value Labels When Hovering：当鼠标移到模块上时显示端口的输出数据，当鼠标移出模块时关闭输出数据。
• Toggle Value Labels When Clicked：当鼠标单击选中模块时显示端口的输出数据，当鼠标再次单击该模块时关闭端口的输出提示。选择该选项，用户可以依次单击模型中的多个模块，因此可以同时观察到多个模块的输出数据。
• Options：修改仿真参数。

3 模型的创建

用Simulink进行动态系统仿真的第一个环节就是创建系统的模型，系统模型是由框图表示的，而框图的最基本组成单元就是模块和信号线。因此，熟悉和掌握模块和信号线的概念及操作是创建系统模型的第一步。

3.1 信号线操作

模块设置好后，需要将它们按照一定的顺序连接起来才能组成完整的系统模型（模块之间的连接称为信号线）。信号线基本操作包括绘制、分支、折曲、删除等。下面将逐一对其进行介绍。
1.绘制信号线
2.信号线的移动和删除
3.信号线的分支和折曲
4.信号线间插入模块
5.信号线的标志

3.2 对模型的注释

对于友好的Simulink模型界面，对系统的模型注释是不可缺少的。使用模型注释可以使模型更易读懂，其作用如同MATLAB程序中的注释行，如下图所示。

3.3 常用的Source信源

Source库中包含了用户用于建模的基本的输入模块，熟悉其中常用模块的属性和用法，对模型的创建是必不可少的。下表列出了Source库中的所有模块及各个模块的简单功能介绍。对其中一些常用的模块的功能及参数设置做一下详细的说明。

3.4 常用的Sink信宿

Sink库中包含了用户用于建模的基本的输出模块，熟悉其中模块的属性和用法，对模型的创建和结果的分析是必不可少的。下表列出了Sink 库中的所有模块及简单功能介绍。

3.5 仿真的配置

构建好一个系统的模型后，在运行仿真前，必须对仿真参数进行配置。仿真参数的设置包括：仿真过程中的仿真算法、仿真的起始时刻、误差容限及错误处理方式等的设置，还可以定义仿真结果的输出和存储方式。
首先打开需要设置仿真参数的模型，然后在模型窗口的菜单中选择Simulation|Configuration Parameters，就会弹出仿真参数设置对话框。
仿真参数设置部分有9项，用户最常用的2项为：Solver和Data Import/Export。

3.6 启动仿真

启动仿真模型有以下三种方式：

• 选择菜单Simulation|Run。
• 单击工具栏上的图标 。
• 在命令行窗口输入调用函数sim（‘model’）进行仿真。

仿真的最终目的是要通过模型得到某种计算结果，故仿真结果的分析是系统仿真的重要环节。
仿真结果的分析不仅可以通过Simulink提供的输出模块完成，而且MATLAB也提供了一些用于仿真结果分析的函数和指令。

4.Simulink系统仿真

Simulink是MATLAB最重要的组件之一它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。构建好一个系统的模型之后，需要运行模型后得到仿真结果。运行一个仿真的完整过程分为三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。

4.1仿真基础

1.设置仿真参数
2.控制仿真执行
3.交互运行仿真

在仿真过程中，用户不能更改模型的结构，如增加或删除线或模块，如果必须执行这样的操作，则应先停止仿真，在改变模型结构后再执行仿真，并查看更改后的仿真结果。

4.2输出信号的显示

模型仿真的结果可以用数据的形式保存在文件中，也可以用图形的方式直观地显示出来。对于大多数工程设计人员来说，查看和分析结果曲线对于了解模型的内部结构，以及判断结果的准确性具有重要意义。
Simulink仿真模型运行后，可以用下面几种方法绘制模型的输出轨迹：

• 将输出信号传送到Scope模块或XYGraph模块；
• 使用悬浮Scope模块和Display模块；
• 将输出数据写入到返回变量，并用MATLAB的绘图命令绘制曲线；
• 将输出数据用To Workspace模块写入到工作区。

4.3简单系统的仿真分析

在模型创建过程中需要注意：
1.内存问题：通常，内存越大，Simulink的性能越好。
2.利用层级关系：对于复杂的模型，在模型中增加子系统层级是有好处的，因为组合模块可以简化最顶级模型，这样在阅读和理解模型上就容易一些。
3.整理模型：结构安排合理的模型和加注文档说明的模型是很容易阅读和理解的，模型中的信号标签和模型标注有助于说明模型的作用，因此在创建Simulink模型时，建议读者根据模型的功能需要，适当添加模型说明和模型标注。
4.建模策略：如果用户的几个模型要使用相同的模块，则可以在模型中保存这些模块，这样在创建新模型时，只要打开模型并拷贝所需要的模块就可以了。用户也可以把一组模块放到系统中，创建一个用户模块库，并保存这个系统，然后在MATLAB命令行中键入系统的名称来访问这个系统。

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总结

以上就是今天学习的内容，内容太多了有点消化不了，呜呜