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)級設(shè)計和仿真工具。它以MATLAB核心數(shù)學(xué)，圖形和語言為基礎(chǔ)，可以完成從算法開發(fā)，仿真或者模型驗證的全過程，為用戶提供了很方便的圖形化功能模塊，以便連接一個模擬系統(tǒng)，簡化設(shè)計流程，減輕設(shè)計負擔。

Simulink作為面向框圖的仿真軟件，具有以下的特點：

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

仿真的建立和運行是智能化的且仿真精細貼進實際。

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)成任何一個仿真系統(tǒng)框圖有三個步驟，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)果就會由信宿顯示出來，所以說信宿是觀測系統(tǒng)運行結(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______將輸入信號用數(shù)字形顯示出來

當輸出信號是直流信號時，我們就可以把它直接送到這個模塊中，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模塊直接觀測所求的被測量，i3，U4，U7可在display1、display、display2中直接觀測到所求結(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______將輸入信號在示波器中以時域方式顯示出來

該模塊實時顯示信號的波形，可以接受多個輸入信號，每個端口的輸入信號都將以不同的顏色在一個坐標軸中顯示。不管示波器是否打開，只要仿真一起動。示波器緩沖區(qū)就接受送來的信號。

1.示波器的工具欄

2.示波器參數(shù)的手工設(shè)置

（1）示波器縱坐標范圍的設(shè)置：在坐標框內(nèi)單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中執(zhí)行“Axes properties”命令，可以對坐標軸根據(jù)需要進行調(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）示波器橫坐標范圍的設(shè)置

1）“Number of axes”文本框：用于設(shè)置軸的個數(shù)，可以用于實現(xiàn)對多個輸入信號的顯示（若設(shè)置為2則相當于雙蹤示波器）。在實際應(yīng)用中當需要顯示多路信號時，我們經(jīng)常采用Simulink工具中信號與系統(tǒng)模塊組中的混路器（MUX）將多路信號依照向量的形式混合成一路信號將這些信號同時顯示出來。這在仿真結(jié)果的相互比較中經(jīng)常運用。

2）“Time range”文本框：用于設(shè)置 X 軸（即時間軸）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。假如信號實際持續(xù)時間超過設(shè)定值，則不顯示區(qū)間外的內(nèi)容。因此可根據(jù)仿真中所觀測到波形的實際情況，設(shè)置該內(nèi)容以觀測到完整的輸出波形。

借助于Simulink中信宿庫中的Scope模塊，可以便捷地實現(xiàn)信號的時域表示，但輸出采用scope顯示時，輸出圖形沒有任何標記，也不能嵌入文件，如果需要得到有坐標軸標注和帶有標識的輸出圖，就必須再做點工作。

三、用plot語句繪制圖形

1.繪出圖形

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

2.給圖形加標住

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、縱坐標填加標識。選擇工具欄中的insert－text和insert－arrow可在圖中為顯示的圖形標識。這在改變系統(tǒng)參數(shù)、同時顯示多個圖形進行效果比較的時候尤其重要。

3.將圖形輸出

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

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

圖5

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

Simulink的信宿庫中除了上述介紹的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)硪欢ǖ膸椭?/p>

［1］薛定宇，陳陽泉.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.MATLAB5.3精要編程及高級應(yīng)用［M］.北京：機械工業(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。