MATLAB - Simulink

MATLAB - Simulink 模型化设计入门

Simulink® 是一个基于 MATLAB 的图形化编程环境，用于对多域动态系统进行建模、仿真和分析。其主要界面是一个图形化的框图工具和一套可定制的模块库。它与 MATLAB 环境的其余部分紧密集成，可以驱动 MATLAB 或通过 MATLAB 进行脚本编写。

Simulink 广泛用于自动控制和数字信号处理领域，进行多域仿真和模型化设计（Model-Based Design）。

Simulink 的核心功能包括：

• 用于构建和管理分层框图的图形编辑器。
• 用于建模连续时间和离散时间系统的预定义模块库。
• 用于求解模拟系统行为的微分方程的仿真引擎（求解器）。
• 用于可视化仿真结果的示波器和数据显示器。
• 用于组织工作的项目和数据管理工具。

关键附加产品将 Simulink 的功能扩展到特定领域：

• Stateflow®： 用于使用状态机和流程图对决策逻辑进行建模和仿真。
• Simscape™： 用于建模和仿真多域物理系统（例如，电气、机械、流体）。
• Simulink Coder™： 用于从您的模型自动生成 C 和 C++ 代码以用于实时应用程序。
• Embedded Coder®： 扩展了 Simulink Coder，为生产嵌入式系统提供了高级优化。
• Simulink Test™： 用于自动化模型的测试、验证和确认。

Simulink 入门

要打开 Simulink 启动页，请在 MATLAB 命令行窗口中输入以下命令：

simulink

Simulink 启动页将打开。它允许您从模板（如“空白模型”）创建新模型，或打开最近的项目和模型。对于您的第一个模型，请选择“空白模型”并点击“创建模型”。

这将打开一个空的、未命名的模型窗口（例如，untitled.slx）。此窗口是您的画布。您还将看到库浏览器，其中包含可用于构建模型的所有模块。

构建一个简单模型：仿真正弦波

Simulink 模型是一个框图。您通过从库浏览器添加模块并用信号线连接它们来构建模型。让我们构建一个生成正弦波并在示波器（Scope）查看器中显示它的模型。

步骤 1：向模型添加模块

添加模块最有效的方法是双击画布并开始输入模块名称。

1. 双击空白模型窗口中的任意位置。将出现一个搜索框。
2. 输入 sine，然后从出现的列表中选择 Sine Wave（正弦波）模块。按 Enter 键。该模块将被添加到您的模型中。
3. 再次双击画布。输入 scope，然后选择 Scope（示波器）模块。按 Enter 键。

现在您的模型窗口中应该有两个模块：一个“正弦波”模块，它是一个源（它生成信号），以及一个“示波器”模块，它是一个接收器（它显示信号）。

步骤 2：连接模块

要将信号从源发送到接收器，您需要连接它们。

1. 将鼠标悬停在“正弦波”模块的右侧，直到出现一个小 > 符号（一个输出端口）。
2. 点击输出端口。将出现一条蓝线，跟随您的光标。
3. 将光标移到“示波器”模块的左侧，直到其输入端口 < 被高亮显示。
4. 点击输入端口以完成连接。现在应该有一根实心箭头连接这两个模块。

箭头表示信号流的方向，从正弦波发生器流向示波器可视化器。

步骤 3：运行仿真

模型完成后，您可以运行仿真。在模型窗口的工具条中，您将看到一个“运行”按钮（一个绿色的播放图标）。

1. 确保仿真停止时间设置为合理的值，例如 10.0（默认值）。您可以在工具条中更改此设置。
2. 点击运行按钮。
3. 仿真将快速运行。要查看输出，请双击示波器模块。

将打开一个名为“Scope”的新窗口，显示正弦波在 0 到 10 秒时间轴上的图形。您可以使用 Scope 窗口中的工具来缩放、平移和测量信号。

现代开发实践

• MATLAB Function 模块： 对于复杂的逻辑，您可以使用 ‘MATLAB Function’ 模块将自己的 MATLAB 代码直接嵌入到 Simulink 模型中。这对于将算法代码与系统级模型结合起来非常强大。
• Simulink 项目： 对于任何非简单项目，请使用 Simulink 项目（.prj 文件）来管理所有相关文件（模型、脚本、数据）。这有助于路径管理、源代码控制集成以及与他人共享您的工作。
• 版本控制： 以现代 .slx 格式保存的 Simulink 模型更容易通过 Git 等版本控制系统进行管理。.slx 文件是一个包含 XML 文件的压缩包，这比旧的二进制 .mdl 格式具有更好的差异比较和合并能力。