ch12.Simulink的建模与仿真

null第12 章 Simulink的建模与仿真第12 章 Simulink的建模与仿真MATLAB R2007基础教程 清华大学出版社教学目标 教学重点 教学内容教学目标教学目标掌握Simulink模型的建立方法 熟悉Simulink模块库 了解S函数的设计和调用教学重点教学重点掌握Simulink模型的建立方法 熟悉Simulink模块库教学内容教学内容掌握Simulink模型的建立方法 掌握Simulink模块库 S函数的设计和调用Simulink模型的建立方法Simulink模型的建立方法Simulink的启动 Simulink模型窗口的建立 Simulink模块的操作 Simulink的仿真设置Simulink启动Simulink启动 Simulink的启动主要有以下两种方法： 在MATLAB的命令窗口中输入simulink,结果是在桌面上出现一个Simulink Library Browser的窗口，如图12-1，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。 单击MATLAB主窗口的快捷按钮 ，打开Simulink Library Browser窗口 。 Simulink模型窗口的建立Simulink模型窗口的建立 在Simulink中打开一个空白的模型窗口的方法： 选中Simulink菜单系统中的File | New | Model菜单项后，会生成一个Simulink窗口； 单击Simulink工具栏中的“新建模型”图标； 在MATLAB的命令窗口中选择File | New | New Model菜单项； Simulink 模块的操作(1/2) Simulink 模块的操作(1/2) 在Simulink的空白模型窗口中，搭建Simulink的模型主要是通过用线将各种功能模块连接构成的。在Simulink中，将两个模块相接非常简单，在每个允许输出的模块口都有一个输出的>符号表示离开该模块，，而输入端也有一个表示输入>的符号表示进入该模块。假如想将一个输入模块和一个输出模块连接起来，那么只需要在前一个模块的输出口处鼠标左键单击，然后拖动鼠标至另外一个模块的输入口，松开鼠标左键，Simulink会自动将两个模块用线连接起来。 Simulink 模块的操作(2/2)Simulink 模块的操作(2/2)模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖拽（用鼠标左键选中模块，并按住左键不放），然后放到模型窗口中处理。在模型窗口中，选中该模块，然后四个角都有黑色标记，这时可以对该模块进行复制、删除、移动、命名、转向、设置模块属性等操作。 Simulink的仿真设置 Simulink的仿真设置 在建立完Simulink的模型后，接着就需要对模型仿真参数进行设置： （1）仿真参数设置 （2）数据输入/输出设置 （3）优化选项设置 （4）诊断参数设置 （5）实时工作设置 （6）HDL语言编码设置 Simulink模块库简介（1/2） Simulink模块库简介（1/2） Simulink的模块库是建立好仿真模型的基础，模块库主要包括： （1）连续模块 ； （2）非连续模块 ； （3）离散模块 ； （4）逻辑和位操作模块 ； （5）查找表模块 ； （6）数学模块 ；Simulink模块库简介（2/2）Simulink模块库简介（2/2） （7）模型检测模块； （8）模型扩充模块； （9）端口和子系统模块； （10）信号属性模块； （11）信号线路模块； （12）接收模块； （13）输入模块； （14）用户自定义函数模块； S函数的设计和调用S函数的设计和调用S函数的介绍 S函数的调用 S函数设计 S函数的介绍S函数的介绍S函数就是S-Functions，是system-Functions的缩写。当MATLAB所提供的模型不能完全满足用户要求时，就可以通过S函数提供给用户自己编写程序来满足自己要求模型的接口。S函数可以用MATLAB，C，C++，Ada和Fortan.编写。C，C++，Ada，and Fortan S-Functions需要编译为Mex文件，就和其它MEX文件一样，Simulink可以随时动态的调用这些文件。 S函数使用的是一种比较特殊的调用格式，可以和Simulink求解器交互式操作，这种交互式就是与Simulink求解器和内置固有模块交互式操作相同。S-Functions功能非常全面，适用于连续、离散以及混合系统。 S函数允许用户向模型中添加自己编写的模块，只要按照一些简单的规制，就可以在S-Functions添加设计算法。在编写好S-Functions之后就可以在S-Functions莫窥阿中添加相应得函数名，也可以通过封装技术来订制自己的交互界面。S函数的调用S函数的调用在Simulink使用S-Functions的方法就是从Simulink中的User-Defined Functions模块库中向Simulink模型文件窗口中拖放S-Function模块。然后在S-Functions模块的对话框中的S-Functions Name框中输入S函数的文件名，在S-Functions Parameters框中输入S函数的参数值。 在点击edit的选项后可以编辑S函数的代码部分，利用S函数实现需要的功能主要是代码部分的修改。S函数设计（1/6）S函数设计（1/6）对于代码部分的修改，可以使用MATLAB语言按照S-Functions的格式来编写代码。MATLAB提供了一个模板文件，方便S-Function的编写，该模板文件位于MATLAB根目录toolbox/Simulink/blocks下 S函数设计（2/6）S函数设计（2/6）模板函数的代码如下： function [sys,x0,str,ts] = sfuntmpl(t,x,u,flag) switch flag, case 0, [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u); case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u); case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u); case 4, sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u); case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u); otherwise error(['Unhandled flag = ',num2str(flag)]); endS函数设计（3/6）S函数设计（3/6）function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes sizes = simsizes; sizes.NumContStates = 0; sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 0; sizes.NumInputs = 0; sizes.DirFeedthrough = 1; sizes.NumSampleTimes = 1; sys = simsizes(sizes); x0 = []; str = []; ts = [0 0];function sys=mdlDerivatives(t,x,u) sys = []; function sys=mdlUpdate(t,x,u) sys = []; function sys=mdlOutputs(t,x,u) sys = []; function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u) sampleTime = 1; sys = t + sampleTime; function sys=mdlTerminate(t,x,u) sys = []; S函数设计（4/6）S函数设计（4/6）M文件S-Functions可用的子函数说明如下： （1）mdlInitializeSizes：定义S-Function模块的基本特性，包括采样时间、连续或者离散状态的初始条件和sizes数组。 （2）mdlDerivatives：计算连续状态变量的微分方程。 （3）mdlUpdate：更新离散状态、采样时间和主时间同步的要求。 （4）mdlOutputs：计算S-Function的输出。 （5）mdlGetTimeOfNextVarHit: 计算下一个采样时间点的绝对时间。 （6）mdlTerminate：结束仿真任务。S函数设计（5/6）S函数设计（5/6）S-function默认的4个输入参数t、x、u和flag，他们的次序不能变动，各自代表的意义是： t：表示当前仿真时刻，是采用绝对计量的时间值，是从仿真开始模型运行时间的计量值。 x：模块的状态向量，包括连续状态向量和离散状态向量。 u：模块的输入向量。 flag：执行不同操作的标记变量。S函数设计（6/6）S函数设计（6/6）S-Function默认的4个返回参数为sys、x0、str和ts，他们的次序也不能改变，代表的意义为： sys：通用返回函数； x0：初始状态值，当flag的值为0时才有效； str：没有明确定义，是Math Works为将来应用所作的保留。 ts：一个m×2矩阵，它的两列分别表示采样时间间隔和偏移。