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3.3.2设置仿真选项22
3.3.3运行仿真然后观察结果22
4建立一个动态控制系统的模型23
4.1概述23
4.2理解演示模型24
4.2.1打开演示模型24
4.2.2剖析演示模型24
4.2.3使用子系统25
4.2.4封装子系统27
4.3仿真这个模型28
4.3.1运行仿真28
4.3.2修改仿真参数29
4.3.3从matlab工作窗口中输入数据33
4.3.4输出数据到matlab工作区36
1简介
1.1产品概述
1.1.1概述
Simulink软件可以建模,仿真和分析动态系统。
它能帮你提出一个关于系统的问题,建立这个系统的模型,然后看到发生的结果,
使用Simulink软件,你可以很容易的从头建立一个模型,或者是修改存在的模型满足你的要求。
Simulink软件在抽样的次数持续的时间里形成模型,支持线性或者非线性的系统,也或者是两个的混合。
系统也支持多速率——以不同比率拥有抽样或者更新的不同的部分。
世界上成千上万的科学家和工程师在各种工业领域使用Simulink软件建模来解决实际的问题,这些领域包括
航天航空工业和国防工业
自动化
通信产业
电子产业和信号产生
医疗器械
1.1.2基于模型的设计工具
使用Simulink软件,你可以超越现实的线性模型来扩展现实中更多的非线性模型,在摩擦力因素,空气阻力,齿轮滑动,紧急制动以及其它事情中来描述真实的世界现象。
Simulink软件把你的计算机变成在现实中不可能或不实际的一个建模和分析系统的实验室。
不论你是否对紧急制动系统、飞机机翼震动、或者是金融供给对经济的影响感兴趣,Simulink软件几乎可以提供给你建模和仿真现实真实问题的所有工具。
Simulink软件也可以提供一系列模拟现实世界现象的演示(阅读SimulinkDemoModels在2—11页)
Simulink软件还提供给用户友好的图形界面用来建立模块框图化模型,允许你像使用铅笔和纸一样建模。
Simulink软件包含很多综合的模块库,像是输入方式、输入源、线性环节和非线性环节以及连接与接口。
如果这些模块不能满足你的要求,你可以定义自己的模块。
这交互式的界面环境简化了建模的过程,消除了用语言或者程序制定不同方程的需要。
模型是按层次划分的,因此你可以使用从高到底或者从低到高的方法建立模型。
你可以从一个高水平上查看系统,然后通过双击模块来查看下一级中更详细的内容。
这种方法可以深入理解模型的组织结构和各部分之间的相互作用。
1.1.3仿真工具
在你定义好了一个模型之后,你可以使用数字集成化的方法仿真它,例如利用Simulink的菜单或者是matlab的命令窗口输入命令。
菜单方式对于交互工作特别方便,而命令行方式对大量重复仿真很有用(例如,你正在使用蒙特卡罗仿真或者是想要对一系列价值提供参数)。
使用范围模块或其他模块显示,当仿真运行的时候你可以看到仿真结果。
你也可以修改参数,观察探索会发生什么。
仿真结果可以放在matlab内便于进一步的分析和观察。
1.1.4分析工具
模型分析工具包括线性工具和微调工具,你可以从matlab命令行进入,并且在matlab和它的应用工具箱里有很多工具。
因为matlab和Simulink是连接在一起的,你可以在任何环境任何地点模拟、分析、修改你的模型。
1.1.5Simulink软件是如何和matlab环境交互的
Simulink软件紧密的和matlab环境结合在一起。
它需要matlab来运行,依靠它来定义和评价模型以及模块参数。
Simulink软件业可以利用许多matlab特色。
例如,Simulink软件可以利用matlab环境做:
定义模型输入
存储模型输出用来分析和观察
通过连接到matlab的操作和功能的命令来在模型内部表现功能
1.2什么是基于模型的设计
1.2.1以模型为基础的设计
基于模型的开发是一个使你更快,更有效开发动态系统的过程,包含控制系统、信号产生过程和交流系统。
在基于模型的开发中,从需求分析、到开发、安装、测试,一个系统模型位于开发过程的中间。
这个模型是在不断修改开发的过程中的一个执行规格。
在建模开发之后,仿真现实这个模型是否正确。
当软件和硬件的安装需要包括固定点和定时行为的时候,你可以为系统认证自动的生成代码来深入发展和创建测试台,以此来节约时间和避免手动代码错误的引进。
基于模型的开发能使你有效的提高:
在项目团队中使用一个普通的开发环境
直接输入开发要求
在开发测试中不断的识别和改正错误
在多元仿真中定义算法
自动生产嵌入式软件代码
开发和重复使用测试组件
自动生成文件
通过增加处理器和硬件目标来重复开发部署系统
1.2.2建模过程
建立任何一个系统需要六步:
定义一个系统→辨别系统组成→通过方程建立这个系统的模型→创建Simulink模块→运行仿真→使仿真结果生效
在你使用Simulink软件建立模型之前你必须提前做好这个过程的前三步。
(1)定义系统
在建立一个动态系统模型的第一步是完整的定义一个系统。
如果你是要建立一个可以分成几块的大型系统的模型,你必须建立子模块自己的模型。
然后,在建立好每一部分后,你可以把他们结合成一个完成的系统模型。
例如,在指示中稍后提到的演示模型是建立一个房间供热系统的模型。
这个系统可以分成主要的三部分:
加热子系统
恒温子系统
热力模型系统
建立这个系统最有效的方式是单独考虑它的每一个子系统
(2)辨别系统的组成部分
在模型建立过程的第二步是辨别系统的组成。
三种组成部分来定义一个系统
参数——系统价值里一直保留除非你改变它们
状态——系统里跟随时间改变的变量
信号——通过输入输出可以在仿真过程中进行动态的改变
在Simulink软件中,参数和状态在模块中有表现,而信号则在连接模块中有所体现。
对于你辨别的任何一个子系统,问问你自己以下的问题:
这个子系统有多少输入信号
这个子系统有多少输出信号
这个子系统有多少状态
这个子系统的参数是什么
在这个子系统里有很多中间信号么
一旦你回答了这些问题,你应该对这个系统组成由一个综合的清单,也已经做好准备来建立这个系统的模型。
(3)用方程来建立这个系统的模型
建立系统模型的第三步是建立一个数学方程来描述这个系统
对于每一个子系统,使用你辨认出的系统组成的清单数学性的描述这个系统。
你的模型应该包括以下:
代数方程
逻辑方程
对于一个连续系统的微分方程
对于一个离散系统的差分方程
你使用这些方程在Simulink软件中创立一个模块库
(4)建立Simulink模块库
在你定义好描述每个子系统的数学方程后,你可以开始在Simulink中建立你的模型的模块库。
对你的每个分离的子系统建立模块库。
在你建立完每个子系统的模块后,你可以把它们结合成一个系统的完整模型。
在建立模块库中你可以通过阅读第3-3页的CreatingaSimpleModel来获得更多信息
(5)运行这个仿真
在你建立好Simulink模块库之后,你可以仿真这个模型并且分析它的结果。
Simulink允许你交互式的根据自己的行为定义系统输入、仿真模型和观察改变。
这可以让你快速的评价你的模型。
关于运行一个仿真,你可以通过阅读在第3-14页SimulatingtheModel来获得更多的信息。
(6)验证仿真结果
最后,你必须验证这个模型准确的描述了这个系统的物质特性。
你可以使用matlab命令行中可利用的线性和微调工具,在matlab中添加很多工具而且它的应用工具箱也可以来分析和验证你的模型。
1.3相关产品
Mathwork公司提供了很多附加产品来增加Simulink软件的功能。
Product
description
Aerospaceblockset
建模和仿真飞机、宇宙飞船以及动力系统
Communicationsblockset
设计和仿真交流系统的物理层和组成部分
Gaugesblockset
用图象仪器检测信号
Real-timeworkshop®
从simulink模型中生成C和C++代码
Embeddedcoder
为嵌入式系统生成C和C++D最优化代码
RFblockset
在无线系统中产生模拟RF系统和组成的行为
Signalprocessingblockset
分析和模拟信号产生系统和设备
simmechanics
建模和仿真机器系统
simpowersystems
建模和仿真电力系统
Simulink®
3Danimation
三维动画和可视化simulink系统
controldesign
在simulink中设计和分析控制系统
design
optimization
使用数字最优化方法评估和最优化模型参数
designverifier
使用正式方法产生测试和证明模型物业
fixedpoint
设计和仿真固定点系统
report
generator
为simulink和stateflow®
模型自动生成文件
verificationandvalidation
开发设计和测试与要求和方法测试覆盖面结合的事例。
stateflow
设计和仿真状态机和控制逻辑
Xpctarget
使用个人计算机电脑硬件表现模型和硬件仿真
2Simulink软件基本知识
2.1启动Simulink软件
2.1.1打开Simulink模块库浏览器
在你打开Simulink软件之前你的matlab环境必须运行。
从matlab中开始Simulink软件。
开始Simulink软件并且打开模块库浏览器:
(1)开始matlab。
要想得到更多信息,请看“StartingaMATLABSession”位于MATLABGettingStartedGuide
(2)从matlab命令窗口中进入Simulink软件
Simulink模块浏览器打开。
注意你也可以通过以下方式打开Simulink:
在matlab工具框中点击Simulink标志
,点击matlabStart按钮,然后选择Simulink>
LibraryBrowser。
2.1.2打开一个模型
你可以打开现存的一个Simulink模型或者是从SimulinkLibraryBrowse中创建一个新的模型。
创建一个新的模型:
在SimulinkLibraryBrowser中选择File>
New>
Model。
软件打开了一个空的模型窗口。
打开一个存在的模型:
(1)在SimulinkLibraryBrowser中选择File>
Open。
出现了打开对话框。
(2)选择你想要的模型(.md1文件),然后点击Open。
在模型窗口中软件打开了一个选择的模型。
2.2Simulink使用者接口
2.2.1Simulink模块库浏览器
模块库浏览器展示了在你的系统中已经安装的Simulink模块库。
你需要从模块库中复制模块到模型窗口。
(1)使用模块库浏览器的注意
当使用模块库浏览器时,需要注意下面的:
你可以通过左边的LibraryBrowser选择模块库名字或者是双击模块库来浏览模块库里的模块
当你选择一个模块的时候,对这个模块的描述会出现在浏览器的顶部
如果想得到模块的更多的信息,选择模块,然后选择Help>
HelpontheSelectedBlock来显示这个模块的帮助页。
你可以通过右击这个模块来浏览这个模块的参数,然后选择BlockParameters.
你可以在模块搜索中通过输入这个模块的名字来寻找特别的模块,然后点击Findblock这个模块图标
。
(2)标准的模块库
Simulink软件提供16种标准的模块库。
下面的表格描述了每种模块库。
BlockLibrary
Description
CommonlyUsedBlocks
包含最通常使用的模块,例如Constant,In1,Out1,Scope,和Sum模块。
这个库里的模块也包含在其它库里。
Continuous
包含了具有模拟线性功能的模块,例如DerivativeandIntegrator模块
Discontinuities
包含了具有模拟非线性功能的模块,例如Saturation模块
Discrete
包含了能代表离散功能的模块,例如UnitDelay模块.
LogicandBitOperations
包含了能执行逻辑和大型运算的模块,例如LogicalOperatorandRelationalOperator模块
LookUpTables
包含了那些使用检查表格来确定他们的输出是否从输入得来的模块,例如CosineandSine模块
MathOperations
包含了那些具有数学和逻辑功能的模块,例如Gain,Product,和Sum.模块
ModelVerification
包含了那些能使你创建自我验证模型的模块,例如CheckInputResolution模块.
Model-WideUtilities
包含了那些能提供模型信息的模块,例如ModelInfo模块
Ports&
Subsystems
包含那些能使你创建子系统的模块,例如In1,Out1,和Subsystem模块
SignalAttributes
包含那些能修改信号属性的模块,例如DataTypeConversion模块
SignalRouting
包含那些能从模块表的一点发送信号到另一点的模块,例如Mux和Switch模块
Sinks
包含那些能展示和输出最后结果的模块,例如Out1和Scope模块.
Sources
包含那些能产生或者是输入系统输入的模块,例如Constant,In1,和SineWave模块
User-DefinedFunctions
包含那些能使你定义习惯功能的模块,例如EmbeddedMATLAB™Function模块
AdditionalMath&
Discrete
包含为数学和离散功能模块添加的两个库。
2.2.2Simulink模型窗口
这个模型窗口包含模型的的模块表格。
你可以在模型窗口中通过逻辑的安排模块来创建一个模型,对每个模块设置参数,然后通过信号线连接模块。
模型窗口也让你这样做:
设置模型的配置参数,包含开始和结束时间,使用的求解类型,和数据输入|输出设置。
启动和停止这个模型的仿真
保存这个模型
打印这个模块图表
2.3从Simulink软件中寻找帮助
2.3.1Simulink在线帮助
Simulink软件提供综合的在线帮助来描述Simulink特色,模块,和功能,并且提供一般任务的详细的程序。
这项帮助里包括在线的所有的Simulink文件,包含:
Simulink启动指导(这部分)
Simulink使用指导
Simulink查阅
定制S函数
Simulink发布注意
你可以通过SimulinkLibraryBrowser或者是模型窗口的Help菜单进入在线帮助
为了得到在线帮助:
从SimulinkLibraryBrowser,选择Help>
SimulinkHelp.
从Simulink模型窗口,选择Help>
UsingSimulink.
注意为了更快的获取特别模块的帮助,左击这个模块来选择Help。
2.3.2Simulink演示模型
Simulink软件提供了一系列的演示模型来说明关键的建模概念和Simulink的特色。
你可以通过MATLABCommandWindow获得这些演示。
为了得到Simulink的演示:
(1)在MATLABCommandWindow的左下角,点击Start按钮。
出现Start菜单。
(2)从Start菜单中选择Simulink>
Demos
Matlabhelp浏览器中出现了demos模块
(3)在contents框中选择simulink
Simulink软件节点扩大显示了成组的simulink演示。
(4)使用浏览器导航特别的演示。
这个浏览器展示了每个演示的解释并且包含到演示模型自己的链接。
(5)点击打开演示模型的链接。
2.3.3网站资源
你可以在mathwork网站上得到更多的Simulink资源,包含Simulink相关的书,预先录制的网络研讨会,以及技术支持。
想得到Simulink产品页面,请进入:
3创建一个Simulink模型
3.1概述
这章描述了怎样使用Simulink软件创建一个简单的模型,并且怎样仿真这个模型。
你用来创建和仿真这些简单模型的基本技术就和复杂模型是一样的。
这章中描述的模型把正弦波结合在一起并且展示了伴随原始波出现的结果。
当完成的时候,这个模型的模块表看起来应该跟这个类似:
构造和仿真这个实例模型的说明是非常简明的。
然而,在SimulinkUser'
sGuide有更详细的描述。
3.2创建一个简单的模型
3.2.1概述
这部分描述了怎样通过使用simulink软件来建立一个简单的动态系统的模型。
在你创建一个模型后,你可以像第3-14页SimulatingtheModel中描述的那样来仿真它。
3.2.2创建一个新模型
在你开始创建你的模型前,你必须启动simulink并且创建一个空模型。
创建一个新模型:
(1)如果simulink没有运行,通过matlab命令窗口中进入simulink然后打开SimulinkLibraryBrowser.
(2)在SimulinkLibraryBrowser中选择File>
Model来创建一个新模型。
软件打开一个空的模型窗口。
3.2.3在你的模型中增加模块
为了构造一个模型,你首先从simulink模块库浏览器中复制这个模块到模型窗口。
为了在这章中创建一个简单的模型,你需要四个模块:
SineWave——产生这个模型的输入信号
Integrator——处理输入信号
Scope——形象化模型中的信号
Mux——把输入信号和处理信号混合到一个范围内在你的模型中增加模块:
(1)在simulink模块库浏览器中选择Sources模块库。
Simulink模块库浏览器展示了Sources模块库。
(2)在SimulinkLibraryBrowser中选择SineWave,然后把它拖到模型窗口。
一个复制的SineWave模块出现在模型窗口中。
(3)在simulink模块库浏览器中选择Sinks库。
(4)从Sinks库中选择Scope模块,然后把它拖到模型窗口。
Scope模块出现在模型窗口
(5)在simulink模块库浏览器中选择Continuous库。
(6)从Continuous库中选择Integrator模块,然后把它拖到模型窗口中。
一个Integrator模块出现在模型窗口中。
(7)在simulink模块库浏览器中选择SignalRouting库
(8)从信号输入库中选择Mux模块,然后把它拖到模型窗口中。
一个Mux模块出现在模型窗口中。
3.2.4从模型窗口中移动模块
在你的模型中连接模块之前,你应该合乎逻辑的安排它们使信号连接尽可能的直。
从模型窗口中移动模块,你可以:
拖动这个模块
选择这个模块,然后点击键盘上的箭头键。
把这个模型中的模块安排到看起来像下面图形的形状。
3.2.5在模型窗口中连接模块
在模型窗口增加模块之后,你应该把他们连接起来表示成信号连接的模型。
注意每个模块都在一边或两边有角括号。
这些角括号表示输入和输出端口:
这>
符号指向模块的表示输入端
符号指出模块的表示输出端
下面的部分描述了怎样从输出端划线到输入端来连接两个模块。
(1)在模块之间连线
你可以在你的模型的输出端和输入端之间通过连线来连接模块。
为了在两个模块之间连线:
1把你的鼠标指针放在SineWave模块右边的输出端的上面。
注意当放在模块上面的时候,指针变成交叉的十字(+)。
2从输出端拖一条线到Mux模块输入端的上面。
注意当你按下鼠标键的时候直线是虚线,当它接近Mux模块的输入端的时候这指针变成双十字状。
3当移动到输出端的时候释放鼠标。
这个软件用箭头符号连接模块表示信号流的方向。
4从Integrator模块的输出端拖一条线到Mux模块输入端的底部。
这个软件连接了模块。
5选择Mux模块,然后按下ctrl点击Scope模块。
软件会自动在模块之间连线。
注意当你连接分布广泛的单独模块时或者处理复杂模型时,按下ctrl键然后点击的捷径尤其有用。
这个模型与下面的图形很类似。
(2)画分支线
模型几乎要完成了,但还缺少一个链接。
为了完成这个模型,必须连接SineWave模块和Integrator模块。
这最后的链接不同于前面三个连接输出端和输入端。
因为SineWave模块的输出端已经有一个连接,你必须把这个存在的线连接到Integrator模块的输入端。
这条新线叫分支线,把相同的信号从SineWave模块传递到Mux模块。
把连接结合到现存的线上去:
①把鼠标指针移动到SineWave和Mux模块之间的线上。
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