Simulink基础

Simulink基础

1．Simulink简介

Simulink是MATALB中的一种可视化仿真工具，广泛用于线性系统、数字控制以及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink采用模块化的建模方式，每个模块都有自己的输入、输出端口，并能实现一定的功能。在Simulink中，模型表现为若干个仿真模块的集合以及各个模块之间的连接关系， 并且这些模块可以组织成具有同等结构的子系统，具有内在的模块化设计要求。

根据输出信号和输入信号的关系，Simulink提供了3种类型的模块：连续模块、离散模块和混合模块。连续模块指输出信号发生连续变化的模块，离散模块则是输出信号以固定间隔变化的模块；混合模块是根据输入信号的类型来确定输出信号类型的，既能产生连续输出信号，也能够产生离散输出信号。如果一个仿真模型中只包括离散模块，Simulink采用固定步长方式进行仿真；如果模型中只有连续模块，Simulink将采用连续方式对模型继续仿真。如果模块中包含连续模块和离散模块，则采用两种仿真步长进行仿真。

2．Simulink软件的安装

Simulink可以随着MATLAB一起安装到计算机内，在MATLAB安装选项中选中Simulink组件，安装程序会自动将其安装到MATLAB目录下；如果已安装了MATLAB而没有安装Simulink的话，也可以继续使用安装程序将Simulink安装到计算机内。两者的安装方法是基本一样的。需要注意的是，Simulink的运行需要MATLAB后台的支持，因此必须要安装MATLAB软件。

3．Simulink的工作原理

Simulink的工作包括两个阶段：初始化阶段和模型执行阶段。

1）模型初始化阶段

在初始化阶段，Simulink主要完成以下工作：

（1）将模型参数传递给MATLAB进行估值，得到的数值结果将作为模型的实际参数；
（2）展开模型的各个层次，每一个非条件执行的子系统将被它所包含的模块代替；
（3）模型中的模块按更新的次序进行排序；
（4）决定模型中有无显示设定的信号属性，如：名称、数据类型等，并且检查各个模块是否能连接到其相应的输入信号；
（5）决定所有未设定采样时间的模块的采样时间；
（6）分配和初始化用于存储每个模块的状态和输入当前值的存储空间。
完成上述工作后，就可以进入模型执行阶段。

2）模型执行

一般模型是使用数值积分来进行仿真的，所运用的仿真解法器依赖于模型提供的连续积分能力。计算微分可以分为两步来进行：首先，按照排序所确定的次序计算每个模块的输出；其次，根据当前时刻的输入和状态来决定状态的微分，得到微分向量后再把它返回给解法器，再用其来计算下一时刻采样点的状态向量，一旦新的状态向量计算完毕，被采样的数据源模块和接收模块才被更新。

在仿真开始时，模型设定待仿真系统的初始状态和输出。在每一个时间步长中，Simulink计算系统的输入、状态和输出，并更新模型来反映计算出的值。在仿真结束时，模型得出系统的输入、状态和输出。

4．Simulink设计简单举例

作为本节的最后一部分，给出一个Simulink的应用实例，增加读者对Simulink建模的直观印象。

例8-1 建立一个调幅（AM）系统，信号频率为100KMHz，载波频率为1MHz，调幅系数为0.5，并在示波器中显示出来。

具体的操作步骤如下：

1）打开MATLAB，在工具栏点击 图标，启动Simulink（也可以直接在MATLAB命令窗口直接敲入simulink）。
2）在Simulink环境下新建一个模型，在Simulink工具栏点击图标实现或通过菜单“File”中的“New Model”命令来实现，将新模型保存为am.mdl。
3）从Simulink library Browser中加入基本模块。首先从“Simulink Source”库中选中“Sine Wave”模块，直接将其拖拽到am.mdl的界面中，并复制该模块；然后双击“Sine Wave”模块，设定载波频率和幅度。再按照同样的方法将“Sine Wave1”模块设定为信号产生模块；再从“Simulink Math Operations”库中选择乘法器模块Product，最后从“Simulink Sink”库中选择示波器Scope。
4）连接各个模块，选中目标模块，按住Ctrl键，再点击要连接的模块，Simulink即可自动将两个模块连接起来，最终设计如图7-7所示。

图7-7 调幅系统的Simulink设计示意图

5）在工具栏点击运行（RUN）图标 ，再直接点击Scope模块即可观察运行结果，如图7-8所示。至此，即完成了一个简单的AM调制系统模型。

图7-8 调幅系统的运行结果示意图

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