第2章 创建Simulink模型

第2章创建Simulink模型第2章创建Simulink模型2.1启用Simulink并建立系统模型2.2Simulink模块库简介与使用2.3构建Simulink框图2.4设计Simulink框图的界面2.5Simulink与MATLAB的接口设计2.6使用Simulink进行简单的仿真第2章创建Simulink模型2.1启用Simulink并建立系统模型启动Simulink有两种方式：(1)用命令行方式启动Simulink。即在MATLAB的命令窗口中直接键入如下命令：simulink(2)使用工具栏按钮启动Simulink。即用鼠标单击MATLAB工具栏中的Simulink按钮。第2章创建Simulink模型2.2Simulink模块库简介与使用第2章创建Simulink模型2.2.1Simulink公共模块库Simulink公共模块库是Simulink中最为基础、最为通用的模块库，它可以被应用到不同的专业领域中。例如：1.Continuous（连续系统模块库）2.Discrete（离散系统模块库）3.Functions&Tables（函数与表库）4.Math（数学运算库）5.Nonlinear（非线性系统模块库）6.Signals&Systems（信号与系统模块库）7.Sinks（系统输出模块库）8.Sources（系统输入模块库）9.Subsystems（子系统模块库）第2章创建Simulink模型2.2.2Simulink专业模块库(1)ControlSystemToolbox模块库：面向控制系统的设计与分析，主要提供线性时不变系统的模块。(2) SimulinkExtras模块库：主要补充Simulink公共模块库，提供附加连续模块库、附加线性系统模块库、附加输出模块库、触发器模块库、线性化模块库、系统转换模块库以及航空航天系统模块库等。(3)Real-TimeWorkshop与Real-TimeWindowsTarget模块库：主要提供各种用来进行独立可执行代码或嵌入式代码生成，以实现高效实时仿真的模块。第2章创建Simulink模型(5)Stateflow库：对使用状态图所表达的有限状态机模型进行建模仿真和代码生成。有限状态机用来描述基于事件的控制逻辑，也可用于描述响应型系统。(6)通讯模块库：专用于通信系统仿真的一组模块。(7)Gauges库：图形仪表模块库，它们实际上是一组ActiveX控件。(8)神经网络模块库：用于神经网络的分析设计和实现的一组模块。(11)模糊控制模块库：包括一组有关模糊控制的分析设计和实现的模块。(12) xPC模块库：提供了一组用于xPC仿真的模块。第2章创建Simulink模型2.3构建Simulink框图对Simulink库浏览器的基本操作有：(1)使用鼠标左键单击系统模块库，如果模块库为多层结构，则单击“+”号载入库。(2)使用鼠标右键单击系统模块库，在单独的窗口打开库。(3)使用鼠标左键单击系统模块，在模块描述栏中显示此模块的描述。(4)使用鼠标右键单击系统模块，可以得到系统模块的帮助信息，将系统模块插入到系统模型中，查看系统模块的参数设置，以及回到系统模块的上一层库。此外还可以进行以下操作：(1)使用鼠标左键选择并拖动系统模块，并将其拷贝到系统模型中。(2)在模块搜索栏中搜索所需的系统模块。第2章创建Simulink模型2.3.1模块选择与仿真系统的建立1221'22'1)1(2xxxxxx第2章创建Simulink模型2.3.2模块操作1.模块的复制如果需要几个同样的模块，可以使用鼠标右键单击并拖动某个块进行拷贝。也可以在选中所需的模块后，使用Edit菜单上的Copy和Paste或使用热键Ctrl+C和Ctrl+V完成同样的功能。2.模块的插入如果用户需要在信号连线上插入一个模块，只需将这个模块移到线上就可以自动连接。注意这个功能只支持单输入单输出模块。对于其他的模块，只能先删除连线，放置块，然后再重新连线。3.连线分支与连线改变在某些情况下，一个系统模块的输出同时作为多个其它模块的输入，这时需要从此模块中引出若干连线，以连接多个其它模块。对信号连线进行分支的操作方式为：使用鼠标右键单击需要分支的信号连线（光标变成“+”），然后拖动到目标模块。第2章创建Simulink模型4.信号组合在利用Simulink进行系统仿真时，在很多情况下，需要将系统中某些模块的输出信号（一般为标量）组合成一个向量信号，并将得到的信号作为另外一个模块的输入。信号组合第2章创建Simulink模型2.3.3运行仿真1.系统模块参数设置与系统仿真参数设置当用户按照信号的输入输出关系连接各系统模块之后，系统模型的创建工作便已结束。为了对动态系统进行正确的仿真与分析，必须设置正确的系统模块参数与系统仿真参数。系统模块参数的设置方法如下：(1)双击系统模块，打开系统模块的参数设置对话框。(2)在参数设置对话框中设置合适的模块参数。2.运行仿真当对系统中各模块参数以及系统仿真参数进行正确设置之后，单击系统模型编辑器上的Play图标（黑色三角）或选择Simulation菜单下的Start便可以对系统进行仿真分析。第2章创建Simulink模型2.4设计Simulink框图的界面2.4.1模块及框图属性编辑1.框图的视图调整在Simulink系统模型编辑器中，可以对系统模型的视图进行调整以便更好地观察系统模型。视图调整的方法如下所述：(1)使用View菜单控制模型在视图区的显示，用户可以对模型视图进行任意缩放。(2)使用系统热键R（放大）或V（缩小）。(3)按空格键可以使系统模型充满整个视图窗口。第2章创建Simulink模型2.模块的名称操作在使用Simulink中的系统模块构建系统模型时，Simulink会自动给系统模型中的模块命名，如正弦信号模块名称为SineWave；对于系统模型中相同的模块，Simulink会自动对其进行编号。一般对于简单的系统，可以采用Simulink的自动命名；但对于复杂系统，给每个模块取一个具有明显意义的名称非常有利于系统模型的理解与维护。第2章创建Simulink模型(1)模块命名：使用鼠标左键单击模块名称，进入编辑状态，然后键入新的名称。(2)名称移动：使用鼠标左键单击模块名称并拖动到模块的另一侧，或选择Format菜单中的FlipName翻转模块名称。(3)名称隐藏：选择Format菜单中的HideName隐藏系统模块名称。注意，系统模型中模块的名称应当是唯一的，否则Simulink会给出警告并自动改变名称。第2章创建Simulink模型3.模块的其它操作Simulink允许用户对模块的几何尺寸进行修改，以改善系统模型框图的界面。例如，对于具有多个输入端口的模块，需要调整其大小使其能够较好地容纳多个信号连线，而非采用模块的默认大小；另外，对于某些系统模块，当模块的尺寸足够大时，模块的参数将直接显示在模块上面，这非常有利于用户对模型的理解。Simulink允许改变模块的颜色。使用鼠标右键单击模块，选择Foregroundcolor或Backgroundcolor菜单来设置颜色；或使用模型编辑器中Format菜单中的相应命令设置模块颜色。如果模块的前景色发生改变，则所有由此模块引出的信号线颜色也随之改变；当系统模型框图很复杂时，这个特性能够有效地增强框图的可读性。此外，还可以使用Format菜单中的ShowDropShadow为模块生成阴影，或使用FlipBlock、RotateBlock对模块进行翻转与旋转，或使用Font对模块字体进行设置等。第2章创建Simulink模型4.系统框图注释作为友好的Simulink系统模型界面，对系统模型的注释是不可缺少的。在Simulink中对系统模型框图进行注释的方法非常简单，只需在系统模型编辑器的背景上双击鼠标左键以确定添加注释文本的位置，并打开一个文本编辑框，用户便可以在此输入相应的注释文本。输入完毕后，使用鼠标左键单击以退出编辑并移动文本位置（编辑框未被选中情况下）到合适的地方。此外，在文本对象上单击鼠标右键，可以改变文本的属性如大小、字体和对齐方式等。在任何时候都可以双击注释文本进行编辑。第2章创建Simulink模型2.4.2信号标签与标签传递1.信号标签在创建系统模型尤其是大型复杂系统模型时，信号标签对理解系统框图尤为重要。所谓的信号标签，也可以称为信号的“名称”或“标记”，它与特定的信号相联系，是信号的一个固有属性。这一点与系统框图注释不同，框图注释是对整个或局部系统模型进行说明的文字信息，它与系统模型相分离。第2章创建Simulink模型生成信号标签的方法有如下两种：(1)使用鼠标左键双击需要加入标签的信号（即系统模型中与信号相对应的模块连线），这时便会出现标签编辑框，在其中键入标签文本即可。与框图注释类似，信号标签可以移动到希望的位置，但只能是在信号线的附近。如果强行将标签拖动离开信号线，标签会自动回到原处。当一个信号定义了标签后，从这条信号线引出的分支线会继承这个标签。(2)首先选择需要加入标签的信号，用鼠标左键单击信号连线；然后使用Edit菜单下的SignalProperties项，在打开的界面中编辑信号的名称，而且还可以使用这个界面对信号作简单的描述并建立HTML文档链接。注意，虽然信号标签的内容可以任意指定，但为了系统模型可读性，信号标签最好使用能够代表信号特征的名称（如信号类型、信号作用等）。第2章创建Simulink模型2.信号标签的传递在系统模型中，信号标签可以由某些称之为“虚块”的系统模块来进行传递。这些虚块主要用来完成对信号的选择、组合与传递，它不改变信号的任何属性。如Signals&Systems模块库中的Mux模块的功能是组合信号，但并不改变信号的值。信号标签传递的方法有如下几种：(1)选择信号线并用鼠标左键双击，在信号标签编辑框中键入,在此尖括号中键入信号标签即可传递信号标签。(2)选择信号线，然后选择Edit菜单中的SignalProperties；或单击鼠标右键，选择弹出式菜单中的SignalProperties。注意：只能在信号的前进方向上传递该信号标签。当一个带有标签的信号与Scope块连接时，信号标签将作为标题显示。第2章创建Simulink模型2.4.3Simulink子系统介绍1.子系统生成Simulink提供的子系统功能可以大大地增强Simulink系统模型框图的可读性。所谓的子系统可以理解为一种“容器”，此容器能够将一组相关的模块封装到一个单独的模块中，并且与原来系统模块组的功能一致。子系统的建立方法有如下两种：(1)在已有的系统模型中建立子系统：首先框选待封装的区域，即在模型编辑器背景中单击鼠标左键并拖动，选中需要放置到子系统中的模块与信号（或在按下Shift键的同时，用鼠标左键单击所需模块）；然后选择Edit菜单下的CreateSubsystem，即可建立子系统。(2)建立空的子系统：使用Subsystems模块库中的模块建立子系统。这样建立的子系统内容为空，然后双击子系统对其进行编辑。第2章创建Simulink模型2.子系统操作在生成子系统之后，用户可以对子系统进行各种与系统模块相类似的操作，这时子系统相当于具有一定功能的系统模块。例如，子系统的命名、子系统视图的修改、子系统的显示颜色等等。当然子系统也有其特有的操作，如子系统的显示（用鼠标左键双击子系统模块即可打开子系统）、子系统的封装等等。第2章创建Simulink模型3.Inport输入模块与Outport输出模块在系统模型中建立子系统时，Simulink会自动生成Inport模块（Sources模块库中的In1模块）与Outport模块（Sinks模块库中的Out1模块）。Inport模块作为子系统的输入端口，Outport作为子系统的输出端口，它们被用来完成子系统和主系统之间的通讯。Inport和Outport用来对信号进行传递，不改变信号的任何属性；另外，信号标签可