-Simulink的应用(有各模块介绍)

第7章Simulink的应用第7章Simulink的应用7.1Simulink工作平台的启动7.2Simulink仿真原理7.3Simulink模块库7.4仿真模型的建立和模块参数及属性的设置7.5其他应用模块集及Simulink扩展库第7章Simulink的应用7.1Simulink工作平台pipipxx启动Simulink，通常有两种方法：（1）在MATLAB命令窗口中直接输入Simulink命令；（2）在MATLAB工具栏上单击Simulink按钮，如图7.1所示。图7.1启动Simulink这样就可打开了Simulink的SimulinkLibraryBrower(库模块浏览器)，如图7.2所示。在菜单栏中执行File/New/Model命令，就建立了一个名为untitled的模型窗口，如图7.3所示。在建立了空的模块窗口后，用户可以在此窗口中创建自己需要的Simulink模型。第7章Simulink的应用图7.2库模块浏览器图7.3新建的空白模块窗口第7章Simulink的应用7.2Simulink的仿真原理7.2.1Simulink仿真模块通常，Simulink仿真系统包括输入(Input)、状态(states)和输出(Output)三个部分。·输入模块：即信号源模块，包括常数字信号源和用户自定义信号；·状态模块：即被模拟的系统模块，是系统建模的核心和主要部分；·输出模块：即信号显示模块，它能够以图形方式、文件格式进行显示。注意：在设计一个模型时，必须先确定这三个部分的意，以及它们之间的联系；Simulink的仿真模型并非一定要完全包括这三个部分，它可以缺少其中一个或者两个；Simulink的状态模块可以是连续的、离散的，或者它们二者的结合。第7章Simulink的应用7.2.2Simulink仿真过程1．初始化阶段①对模型的参数进行估计，得到它们实际计算的值。②展开模型的各个层次；③按照更新的次序对模型进行排序；④确定那些显式化的信号属性，并检查每个模块是否能够接受连接它们输入端的信号；⑤确定所有非显式的信号采样时间模块的采样时间；⑥分配和初始化存储空间，以便存储每个模块的状态和当前值的输出。2．模型执行阶段模型仿真是通过数值积分来进行完成的，计算数值积分可以采用以下两步来进行：①按照秩序计算每个模块的积分；②根据当前输入和状态来决定状态的微分，得到微分矢量，然后把它返回给解法器，以计算下一个采样点的状态矢量。在每一个时间步中，Simulink依次解决下列问题：·按照秩序更新模块的输出；·按照秩序更新模块的状态；·检查模块连续状态的不连续点；·计算下一个仿真时间步的时间。第7章Simulink的应用7.3.1连续模块库(Continuous)在连续模块(Continuous)库中包括了常见的连续模块，这些模块如图所示。7.3Simulink模块库在库模块浏览器中单击Simulink前面的“+”号，就能够看到Simulink的模块库，如图7.2所示。第7章Simulink的应用DuCxyBuAxx'4.传递函数模块(TransferFcn)功能：用执行一个线性传递函数。5.零极点传递函数模块(Zero-Pole)功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子s表示的连续。6．存储器模块(Memory)功能：保持输出前一步的输入值。7．传输延迟模块(TransportDelay)功能：用于将输入端的信号延迟指定的时间后再传输给输出信号。8．可变传输延迟模块(VariableTransportDelay)功能：用于将输入端的信号进行可变时间的延迟。1.积分模块(Integrator)：功能：对输入变量进行积分。说明：模块的输入可以是标量，也可以是矢量；输入信号的维数必须与输入信号保持一致。2.微分模块(Derivative)功能：通过计算差分∆u/∆t近似计算输入变量的微分。3.线性状态空间模块(State-Space)功能：用于实现以下数学方程描述的系统：第7章Simulink的应用7.3.2离散模块库(Discrete)离散模块库(Discrete)主要用于建立离散采样的系统模型，包括的主要模块，如图所示。1．零阶保持器模块(Zero-Order-Hold)功能：在一个步长内将输出的值保持在同一个值上。第7章Simulink的应用2．单位延迟模块(UnitDelay)功能：将输入信号作单位延迟，并且保持一个采样周期相当于时间算子z-1。3．离散时间积分模块(DiscreteTimeIntegrator)功能：在构造完全离散的系统时，代替连续积分的功能。使用的积分方法有：向前欧拉法、向后欧拉法、梯形法。4．离散状态空间模块(DiscreteStateSpace)功能：用于实现如下数学方程描述的系统：)()()()()(])1[(nTDunTCxnTynTBunTAxTnx5．离散滤波器模块(DiscreteFilter)功能：用于实现无限脉冲响应(IIR)和有限脉冲响应(FIR)的数字滤波器。6．离散传递函数模块(DiscreteTransferFcn)功能：用于执行一个离散传递函数。7．离散零极点传递函数模块(DiscreteZero-Pole)功能：用于建立一个预先指定的零点、极点，并用延迟算子z-1表示的离散系统。8．一阶保持器模块(FirstOrderHold)功能：在一定时间间隔内保持一阶采样。第7章Simulink的应用7.3.3函数与表格模块库(Function&Table)函数与表格模块库(Function&Table)主要实现各种一维、二维或者更高维函数的查表，另外用户还可以根据自己需要创建更复杂的函数。该模块库包括多个主要模块、如图7.7所示。第7章Simulink的应用1.一维查表模块(Look-UpTable)一维查表模块(Look-UpTable)实现对单路输入信号的查表和线性插值。2．二维查表模块(Look-UpTable2-D)功能：根据给定的二维平面网格上的高度值，把输入的两个变量经过查表、插值，计算出模块的输出值，并返回这个值。说明：对二维输入信号进行分段线性变换。3．自定义函数模块(Fcn)功能：用于将输入信号进行指定的函数运算，最后计算出模块的输出值。说明：输入的数学表达式应符合C语言编程规范；与MATLAB中的表达式有所不同，不能完成矩阵运算。4．MATLAB函数模块(MATLABFcn)功能：对输入信号进行MATLAB函数及表达式的处理。说明：模块为单输入模块；能够完成矩阵运算。注意：从运算速度角度，Mathfunction模块要比Fcn模块慢。当需要提高速度时，可以考虑采用Fcn或者S函数模块。5．S-函数模块(S-Function)功能：按照Simulink标准，编写用户自己的Simulink函数。它能够将MATLAB语句、C语言等编写的函数放在Simulink模块中运行，最后计算模块的输出值。第7章Simulink的应用7.3.4数学模块库(Math)数学模块库(Math)包括多个数学运算模块，如图7.8所示。第7章Simulink的应用3.矢量的点乘模块(DotProduct)功能：矢量的点乘模块(DotProduct)用于实现输入信号的点积运算。4.增益模块(Gain)功能：增益模块(Gain)的作用是把输入信号乘以一个指定的增益因子，使输入产生增益。1.求和模块(Sum)功能：求和模块(Sum)用于对多路输入信号进行求和运算，并输出结果。2.乘法模块(Product)功能：乘法模块(Product)用于实现对多路输入的乘积、商、矩阵乘法或者模块的转置等。5.常用数学函数模块(MathFunction)功能：用于执行多个通用数学函数，其中包含exp、log、log10、square、sqrt、pow、reciprocal、hypot、rem、mod等。第7章Simulink的应用6.三角函数模块(TrigonometricFunction)功能：用于对输入信号进行三角函数运算，共有10种三角函数供选择。7.特殊数学模块特殊数学模块中包括求最大最小值模块(MinMax)、取绝对值模块(Abs)、符号函数模块(Sign)、取整数函数模块(RoundingFunction)等。8.数字逻辑函数模块数字逻辑函数模块包括复合逻辑模块(CombinationalLogic)、逻辑运算符模块(LogicalOperator)、位逻辑运算符模块(BitwiseLogicalOperator)等。9.关系运算模块(RelationalOperator)关系符号包括：==(等于)、≠(不等于)、(小于)、=(小于等于)、(大于)、=(大于等于)等。10.复数运算模块复数运算模块包括计算复数的模与幅角(ComplextoMagnitude-Angle)、由模和幅角计算复数(Magnitude-AngletoComplex)、提取复数实部与虚部模块(ComplextoRealandImage)、由复数实部和虚部计算复数(RealandImagetoComplex)。第7章Simulink的应用7.3.5非线性模块(Nonlinear)非线性模块(Nonlinear)中包括一些常用的非线性模块，如图7.9所示。第7章Simulink的应用1.比率限幅模块(RateLimiter)功能：用于限制输入信号的一阶导数，使得信号的变化率不超过规定的限制值。2．饱和度模块(Saturation)功能：用于设置输入信号的上下饱和度，即上下限的值，来约束输出值。3．量化模块(Quantizer)功能：用于把输入信号由平滑状态变成台阶状态。4．死区输出模块(DeadZone)功能：在规定的区内没有输出值。5．继电模块(Relay)功能：继电模块(Relay)用于实现在两个不同常数值之间进行切换。6．选择开关模块(Switch)功能：根据设置的门限来确定系统的输出。第7章Simulink的应用7.3.6信号与系统模块库(signals&Systems)信号与系统模块库(signals&Systems)包括的主要模块如图7.11所示。第7章Simulink的应用1.Bus信号选择模块(BusSelector)功能：用于得到从Mux模块或其它模块引入的Bus信号。2.混路器模块(Mux)功能：把多路信号组成一个矢量信号或者Bus信号。3.分路器模块(Demux)功能：把混路器组成的信号按照原来的构成方法分解成多路信号。4.信号合成模块(Merge)功能：把多路信号进行合成一个单一的信号。5.接收/传输信号模块(From/Goto)功能：接收/传输信号模块(From/Goto)常常配合使用，From模块用于从一个Goto模块中接收一个输入信号，Goto模块用于把输入信号传递给From模块。6．初始值设定模块(IC)功能：初始值设定模块(IC)用于设定与输出端口连接的模块的初始值。第7章Simulink的应用7.3.7信号输出模块(Sinks)信号输出模块(Sinks)包括的主要模块如图7.12所示。图7.12输出显示模块库第7章Simulink的应用1.示波器模块(Scope)功能：显示在仿真过程中产生的输出信号，用于在示波器中显示输入信号与仿真时间的关系曲线，仿真时间为x轴。2.二维信号显示模块(XYGraph)功能：在MATLAB的图形窗口中显示一个二维信号图，并将两路信号分别作为示波器坐标的x轴与y轴，同时把它们之间的关系图形显示出来。3.显示模块(Display)功能：按照一定的格式显示输入信号的值。可供选择的输出格式包括：short、long、short_e、long_e、bank等。4.输出到文件模块(ToFile)功能：按照矩阵的形式把输入信号保存到一个指定的MAT文件。第一行为仿真时间，余下的行则是输入数据，一个数据点是输入矢量的一个分量。5.输出到工作空间模块(ToWorkspace)功能：把信号保存到MATLAB的