基础使用

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基础使用

模块操作

插入模块

点击 库浏览器 选择模块, 将选中的模块拖入模型中插入模块
双击模型的空白处, 输入模块名称 (英文), 从搜索结果中选择要插入的模块

模块连接

点击一个模块的端口, 将鼠标移到另一模块端口, 点击上方的蓝色信号线, 将两个模块链接
对于单输入单输出的简单模块, 如增益 gain 拖到信号线上可将此模块插入
鼠标右键拖动信号线, 可从现有信号线上创建分支
也点击模块的端口, 并从此端口拖出信号线连接到其他端口或信号线作为分支
使用快捷键 Ctrl + Shift + A 可以根据模块间的连接自动布局

编辑模型

双击模块即可编辑模块属性
选中模块后, 点击模块名称可以编辑模块名称, 输入名称后按 Enter 保存
双击信号线后出现文本框, 即可输入信号名称, 输入名称后按 Enter 保存
- 信号名称会传播到同一信号的所有分支, 可通过双击分支显示传播标签

模块帮助

通过模块参数设置中的左下角按钮可以查看模块的帮助
右键模块, 点击右键菜单的帮助也可打开模块帮助

信号检查

来自模块库的 Sink 分类

`Display` 模块

Display 模块可以显示所连接信号的瞬时值
需要点击 步进 按钮配合 Display 才能检查各个时间下的信号值, 否则只能看到最终值

`Scope` 模块

Scope 模块支持在仿真期间可视化信号的值, 双击此模块将直接打开窗口查看信号曲线
Scope 窗口中的放大镜按钮可以缩放图像, 或使用同菜单下的其他功能, 如平移等
Scope 窗口中也有运行与步进按钮, 可在此处运行模型
Scope 窗口中的工具 > 测量 > 光标测量可以跟踪信号, 估计斜率与周期等
Scope 窗口中的文件 > 输入端口个数中可对端口的数量进行设置
Scope 窗口中的视图 > 布局可在窗口中现实多个子图像
可以使用 Signal Routing/Mux 将多个信号集成为一个信号输入, 以此实现一个子图像中现实多条曲线的效果
点击 Scope 窗口 > 视图 > 图例可根据输入信号线名称为信号曲线添加图例 (图例名称即输入信号线的名称)
Scope 窗口中的文件 > 打印到图窗可以转换为 Matlab 图像, 再通过 Matalb 图像的交互窗口可导出图像
Scope 窗口中的配置属性按钮可以对该模块进行具体配置, 如修改图像布局, 设置标题与标签等

信号源模块

来自模块库 Source 分类

`Ramp` 模块

输出由模块参数指定的以常量斜率增大的信号, 如单位斜坡信号
可设置斜率, 开始时间与初始输出

`Constant` 模块

即常量源, 输出常量

`Sine Wave` 模块

输出正弦波信号, 可设置相位, 振幅与频率等

`Signal Editor` 模块

可以手动设计信号 (打开信号编辑用户界面), 或者通过 .mat 文件导入信号并输出

一个模块允许输出多个不同来源的信号, 通过下拉活动信号菜单分别编辑

信号运算模块

来自模块库 Math Operations 分类
这些模块均以输入信号 $u$ 为变量并直接操作这些信号 (没有经过变换)

`Square Root` 模块

可用于计算信号的平方根, 可具体设置输出实数, 虚数与输出符号

`Gain` 模块

它按其增益参数的值来缩放信号, 可直接放在信号线上对信号增益

`Math Function` 模块

可以用于放置多种数学函数直接处理信号, 如指数函数, 对数函数, 求余等

多信号运算模块

如相减 Subtract, 相加 Add , 运算 Sum 等模块可以对两个或多个信号的值进行运算, 并输出结果
这些模块将有多个输入端口 (通过模块属性设置) 和一个输出端口, 运算的顺序是从上到下

`Abs` 模块

对信号取绝对值

逻辑模块

来自模块库 Logic and Bit Operations 分类

`Compare to Zero` 模块

将输入信号与 $0$ 比较, 比较方法根据模块属性设置, 当比较满足时, 输出常数 $1$ , 否则输出 $0$

`Compare to Constant` 模块

与 Compare to Zero 模块类似, 但还能设置被比较的常量值

`Relational Operator` 模块

与 Compare to Zero 模块类似, 但接受两个输入, 并且比较这两个输入之间的关系

`Logic and Bit Operations` 模块

与多信号运算模块类似, 可以进行多个信号之间的逻辑运算, 当结果为 true 是输出 $1$
通过模块属性以设置运算类型, 如 And, Or 等运算
在 Simulink 中构建复杂的逻辑运算时, 可先从最小的式子开始, 每当引入信号, 就从中使用右键引出一个分支, 最后用 Logic and Bit Operations 模块组合

条件语句

来自模块库 Signal Routing 分类

`Switch` 模块

输入三个信号 $u_1,u_2,u_3$ , 对 $u_2$ 信号与设定的阈值比较, 比较方式与阈值可通过模块参数设置. 当满足阈值条件时, 将输出 $u_1$ 信号, 否则输出 $u_3$ 信号
可将信号同时输入 $u_1$ 与 $u_2$ , 将 $u_3$ 输入常量, 实现检测信号的阈值, 当信号超过阈值时输出常量, 完成对信号的削波与整流

信号集散

来自模块库 Signal Routing 分类

`Mux` 模块

将多个信号集成为一个向量信号, 常用于状态模型的输入与 Scope 模块
可通过模块参数设置输入信号数

`Demux` 模块

将单个向量信号分散为多个独立信号, 常用于状态模型的输出
可通过模块参数设置输入信号数

离散系统

构建离散系统的模块主要来自 Discrete 分类

离散化信号源

对于信号源模块如 Sine Wave 与 Signal Editor 等, 可通过设置采样时间参数使其输出离散化 (当参数值为 $0$ 则表示为连续信号)

离散系统调试

将具有多个采用时间的离散模型称为多速率模型
可在调试选项卡 $\to$ 叠加信息菜单 $\to$ 采样时间中启用特定图例以显示不同信号的采样时间

`Unit Delay` 模块

$Z$ 变换中的单位延迟模块, 将使信号延迟一个采用时间步长, 即输入 $x_k$ 输出 $x_{k-1}$
Unit Delay 模块也可以设置自己独立的采样时间, 默认值 $-1$ 为继承自上一个模块
可先对输出的 $x_{k-1}$ 信号进行处理, 最终反馈回模块的输入端 $x_k$ , 从而表达 $x_k=f(x_{k-1})$
差分方程中每有一对 $x_{k-1}$ 与 $x_{k}$ 便需要针对此信号放置一个 Unit Delay 模块
Unit Delay 模块属性中还可以设置信号的初值

连续系统

构建连续系统的模块主要来自 Continuous 分类

`Integrator` 模块

即积分环节的传递函数 $\frac{1}{s}$ , 可对传入的信号积分
与 Unit Delay 模块的建模思路类似, 模块的输入为 $\dot{x}$ , 输出为 $x$ , 因此也可先用 $x$ 表示 $\dot{x}$ , 最后反馈回模块输入, 从而建立模型
Integrator 模块也可以设置信号初值

用户定义函数

来自模块库 用户定义函数 分类

`Matlab Function` 模块

双击此模块即可打开 Matlab 函数编辑器, 并将输入输出信号作为函数的变量与返回值
模块将根据函数的变量与返回值自动设置端口
可使用该模块表达一些复杂的表达式

仿真设置

仿真时间与步长

在运行模型按钮左侧可以设置仿真的停止时间
通常仿真的步长为仿真时间的 $\frac{1}{50}$ , 因此仿真时间越短结果精度越高
也可在建模选项卡 $\to$ 模型设置 $\to$ 求解器具体设置仿真时间, 求解器与步长

数据管理

与 Matlab 交互

在设置模块参数时, 直接输入变量名即可使用来自 Matlab 工作区的变量
如果变量不存在, 可以点击输入框右侧的 $\vdots$ $⋮$ 按钮新建并输入初值与保存位置
- 基础工作区 (Base Workspace) 此工作区的变量与 Matlab 共享
- 模型工作区 (Simulink 模型 $\to$ Model Workspace) 此工作区的变量仅有模型可以访问
变量可以在各个模块参数中复用, 且模块参数还能是这些变量组成的表达式

使用数据字典管理模型数据

待补充

使用 Matlab 访问数据字典

参考 https://ww2.mathworks.cn/help/simulink/slref/simulink.data.dictionary.entry.htmlopen in new window
使用以下 Matlab 函数以访问数据字典, 对于复杂的访问推荐通过模型资源管理器 (Model Exploer) 实现

dict = Simulink.data.dictionary.open(file) 打开数据字典文件 file 并返回数据字典对象
sec = dict.getSection(sheet) 获取数据字典中的数据表 sheet, 对于 Simulink 中创建的一般为 Design Data
key_entry = sec.getEntry(key) 获取数据表中变量 key 的访问对象
key_entry.setValue(val) 设置数据表变量 key 的值
key_entry.getValue() 获取数据表变量 key 的值 (通过 dict.getSection(sheet).getEntry(key).getValue() 可直接从数据字典中读取值)

子系统模块

子系统可将网络封装为一个子模块, 使用时只需要关注子系统的端口即可
子系统一般用于复用网络或封装模型

创建子系统

可使用以下方法创建子系统

左键框选原有系统的一部分, 在选择框的右下角菜单选择创建子系统, 此时将以框选的部分作为一个子系统
左键框选原有系统的一部分, 在 多个 选项卡中的创建栏选择创建子系统, 此时将以框选的部分作为一个子系统

编辑子系统

通过编辑第一个创建的子系统模块的名称即可实现对子系统的命名
点击子系统模块左下角的箭头或右键菜单, 选择在新选项卡中打开, 可进入子系统编辑内部的网络
子系统网络的 In 与 Out 模块将分别放映为子系统模块的输入与输出端口
- 两个模块分别位于库浏览器的 Simulink/Source 与 Simulink/Sink 分类下
- 对于其他类型的信号线, 均具有对应的端口模块
- 通过命名子系统内的端口模块, 可反映到子系统模块的端口名称上

子系统参数

子系统模块具有独立的模块参数, 子系统中的模块可引用这些模块参数
使用子系统参数前, 需要选中子系统模块, 在 模块 选项卡中, 选择创建封装, 启用子系统模块的参数功能, 同时进入封装编辑器

通过左侧的控件菜单在添加控件的同时也将添加子系统参数, 以下介绍常用的控件
- 首先创建控件 容器/组框, 该控件可用于容纳各个类别的参数 (默认已创建一个容器)
- 选中参数所在组框, 创建控件 参数/编辑, 该控件即用于一般的参数输入与创建
在编辑器的 参数和对话框 选项卡中, 展示的为控件树表格
- 表格的提示栏表示该子系统模块的属性界面中的提示内容
- 表格的名称栏表示该参数的名称, 在编辑子系统时, 输入参数名称即可引用参数
完成编辑后, 点击子系统模块即可编辑子系统模块的属性

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