基于SIMULINK的輸出模塊應(yīng)用

姜樹杰

基于SIMULINK的輸出模塊應(yīng)用

姜樹杰

（天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津市 300400）

簡(jiǎn)要介紹了Simulink工具箱在仿真應(yīng)用中輸出模塊的應(yīng)用，在如何應(yīng)用數(shù)字顯示模塊、示波器模塊獲得直觀、簡(jiǎn)明、清晰的數(shù)據(jù)輸出；圖形顯示的方法上做出嘗試。

Simulink；仿真；輸出；圖形

Simulink是MATLAB的一個(gè)重要的工具箱，是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和仿真工具。它以MATLAB核心數(shù)學(xué)，圖形和語(yǔ)言為基礎(chǔ)，可以完成從算法開發(fā)，仿真或者模型驗(yàn)證的全過(guò)程，為用戶提供了很方便的圖形化功能模塊，以便連接一個(gè)模擬系統(tǒng)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，減輕設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。

Simulink作為面向框圖的仿真軟件，具有以下的特點(diǎn)：

用方框圖的繪制代替了程序的編寫、結(jié)構(gòu)和流程清晰。

輸入、輸出信號(hào)來(lái)源形式的多樣化。其輸入信號(hào)可以是各種信號(hào)發(fā)生器；也可以來(lái)自一個(gè)設(shè)定的記錄文件；還可以來(lái)自MATLAB的工作空間（workspace）。輸出信號(hào)也類似，這就擴(kuò)大了仿真系統(tǒng)與各種外部軟件和硬件的接口能力。

仿真的建立和運(yùn)行是智能化的且仿真精細(xì)貼進(jìn)實(shí)際。

從宏觀角度看，SIMULINK模型通常包含三種 “組件”：信源（source）、系統(tǒng)（system）、及信宿（sink）（也即題目中的輸出模塊）。

構(gòu)成任何一個(gè)仿真系統(tǒng)框圖有三個(gè)步驟，即選定典型環(huán)節(jié)、相互聯(lián)結(jié)和給定環(huán)節(jié)參數(shù)。在上述步驟完成后，將信源引入系統(tǒng)，仿真的結(jié)果就會(huì)由信宿顯示出來(lái)，所以說(shuō)信宿是觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果最直觀的工具。仿真結(jié)果的研究是仿真研究的關(guān)鍵所在，因此信宿的重要性可見一斑。

一、數(shù)字顯示模塊______將輸入信號(hào)用數(shù)字形顯示出來(lái)

當(dāng)輸出信號(hào)是直流信號(hào)時(shí)，我們就可以把它直接送到這個(gè)模塊中，從模塊窗口中直接讀出數(shù)值的大小。

例如：已知圖1電路參數(shù)R1＝2Ω，R2＝4Ω，R3＝12Ω，R4＝4Ω，R5＝12Ω，R6＝4Ω，R7＝2Ω，Us＝10V。求i3，U4，U7。

圖1

圖2

在SIMULINK環(huán)境中構(gòu)建如圖2所示的仿真電路將display模塊直接觀測(cè)所求的被測(cè)量，i3，U4，U7可在display1、display、display2中直接觀測(cè)到所求結(jié)果為，0.3704A、2.222V、0.7407V?？梢奷isplay的顯示，便捷、直觀。

二、示波器模塊______將輸入信號(hào)在示波器中以時(shí)域方式顯示出來(lái)

該模塊實(shí)時(shí)顯示信號(hào)的波形，可以接受多個(gè)輸入信號(hào)，每個(gè)端口的輸入信號(hào)都將以不同的顏色在一個(gè)坐標(biāo)軸中顯示。不管示波器是否打開，只要仿真一起動(dòng)。示波器緩沖區(qū)就接受送來(lái)的信號(hào)。

1.示波器的工具欄

2.示波器參數(shù)的手工設(shè)置

（1）示波器縱坐標(biāo)范圍的設(shè)置：在坐標(biāo)框內(nèi)單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中執(zhí)行“Axes properties”命令，可以對(duì)坐標(biāo)軸根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，如圖3所示?！癥－min”、“Y－max”分別是設(shè)置Y軸的上、下限。

圖3

圖4

（2）示波器橫坐標(biāo)范圍的設(shè)置

1）“Number of axes”文本框：用于設(shè)置軸的個(gè)數(shù)，可以用于實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)的顯示（若設(shè)置為2則相當(dāng)于雙蹤示波器）。在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)需要顯示多路信號(hào)時(shí)，我們經(jīng)常采用Simulink工具中信號(hào)與系統(tǒng)模塊組中的混路器（MUX）將多路信號(hào)依照向量的形式混合成一路信號(hào)將這些信號(hào)同時(shí)顯示出來(lái)。這在仿真結(jié)果的相互比較中經(jīng)常運(yùn)用。

2）“Time range”文本框：用于設(shè)置 X 軸（即時(shí)間軸）的顯示范圍?！癟ime range”欄缺省為10，即意味著顯示在［0，10］區(qū)間的信號(hào)。假如信號(hào)實(shí)際持續(xù)時(shí)間超過(guò)設(shè)定值，則不顯示區(qū)間外的內(nèi)容。因此可根據(jù)仿真中所觀測(cè)到波形的實(shí)際情況，設(shè)置該內(nèi)容以觀測(cè)到完整的輸出波形。

借助于Simulink中信宿庫(kù)中的Scope模塊，可以便捷地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)域表示，但輸出采用scope顯示時(shí)，輸出圖形沒(méi)有任何標(biāo)記，也不能嵌入文件，如果需要得到有坐標(biāo)軸標(biāo)注和帶有標(biāo)識(shí)的輸出圖，就必須再做點(diǎn)工作。

三、用plot語(yǔ)句繪制圖形

1.繪出圖形

Simulink在得出仿真結(jié)果后，該結(jié)果將自動(dòng)返回到MATLAB的工作空間中，其中時(shí)間變量名為tout，輸出信號(hào)的變量名為yout，等scope顯示出來(lái)圖像以后，在matlab上運(yùn)行plot（tout，yout）則可以立即繪出輸出響應(yīng)曲線。

2.給圖形加標(biāo)住

在用plot（tout，yout）指令得到的圖形中，選擇工具欄中的insert－xlabel、insert－ylabel在高亮處即可為橫、縱坐標(biāo)填加標(biāo)識(shí)。選擇工具欄中的insert－text和insert－arrow可在圖中為顯示的圖形標(biāo)識(shí)。這在改變系統(tǒng)參數(shù)、同時(shí)顯示多個(gè)圖形進(jìn)行效果比較的時(shí)候尤其重要。

3.將圖形輸出

在將上述的圖形標(biāo)注完成后選擇工具欄中的edit＿copy figure在一個(gè)打開的

Word文檔中粘貼即可以將圖形導(dǎo)出到文檔中，這樣一個(gè)輸出圖就可以很方便的為后續(xù)的需要服務(wù)了。

四 、應(yīng)用示例

圖5所示為為同一坐標(biāo)中顯示的PI PD PID三種控制策路在階躍輸入作用下，突加負(fù)載時(shí)控制效果對(duì)比研究的輸出響應(yīng)。（0秒時(shí)加階躍給定，1.5秒時(shí)突加負(fù)載，被控系統(tǒng)為直流電機(jī)）

圖5

在上面的示例中我們?yōu)闄M軸標(biāo)注了［時(shí)間（秒）］，為縱軸標(biāo)注了［轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)／分）］；為圖中的三條特性分別標(biāo)注了PI控制、PD控制、PID控制，這樣經(jīng)過(guò)標(biāo)注的輸出結(jié)果簡(jiǎn)明清晰，一目了然。

Simulink的信宿庫(kù)中除了上述介紹的Scope、display模塊，還有Out、

x－yGraph、To Wokspace模塊等，在此不一一贅述。希望Scope、display模塊的應(yīng)用能給大家?guī)?lái)一定的幫助。

［1］薛定宇，陳陽(yáng)泉.基于MATLAB／Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：清大學(xué)出版社，2000.

［2］張志涌，徐彥琴.MATLAB教程—6.X版本［M］.北京：航空航天大學(xué)出版社，2001.

［3］程衛(wèi)國(guó).MATLAB5.3精要編程及高級(jí)應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

Applications of SIMULINK－based Output Module

JIANG Shu－jie

（Tianjin Metallurgical Technology Professional College，Tianjin300400 China）

This thesis briefly introduces how Simulink toolbox applies in simulation output modules.It also describes how to apply the digit display module and the oscilloscope module to obtain an intuitive，concise and clear data output.In addition，it attempts the method of graphical display.

Simulink；simulation；output；graphics

TP317

A

1673－582X（2011）11－0057－04

2011－09－12

姜樹杰（1964－），男，天津市人，天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授。