通信系统仿真(第四次课)精品文稿.ppt

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1、通信系通信系统仿真仿真(第四第四次次课)第1页，本讲稿共30页内容内容Simulink简介简介1Simulink功能模块的处理功能模块的处理23连续时间系统的建模与仿真连续时间系统的建模与仿真第2页，本讲稿共30页SIMULINK仿真基础仿真基础 1990年，Math Works软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段。但因其名字与当时比较著名的软件SIMULA类似，所以1992年正式将该软件更名为SIMULINK。SIMULINK的出现，给控制系统分析与设计带来了福音。

2、顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。第3页，本讲稿共30页第一节 SIMULINK简介vSIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。v所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块

3、的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。一、什么是SIMULINK第4页，本讲稿共30页2、在MATLAB命令窗口中输入simulink3结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的Library:simulink3的Simulink模块库窗口。SIMULINK的启的启动1、在MATLAB命令窗口中输入simulink结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。也可以通过MATLAB主窗

4、口的快捷按钮来打开Simulink Library Browser窗口。两种模块库窗口界面只是不同的显示形式，用户可以根据各人喜好进行选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易于初学者，但使用时会打开太多的子窗口。第5页，本讲稿共30页第6页，本讲稿共30页第7页，本讲稿共30页 SIMULINK的模的模块库介介绍SIMILINK模块库按功能进行分类，包括以下8类子库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）

5、Sources（输入源模块）第8页，本讲稿共30页1、连续模块（Continuous）continuous.mdlIntegrator：输入信号积分Derivative：输入信号微分State-Space：线性状态空间系统模型Transfer-Fcn：线性传递函数模型Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型Memory：存储上一时刻的状态值Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出第9页，本讲稿共30页2、离散模块（Discrete）discrete.mdlDiscrete-time In

6、tegrator：离散时间积分器Discrete Filter：IIR与FIR滤波器Discrete State-Space：离散状态空间系统模型Discrete Transfer-Fcn：离散传递函数模型Discrete Zero-Pole：以零极点表示的离散传递函数模型First-Order Hold：一阶采样和保持器Zero-Order Hold：零阶采样和保持器Unit Delay：一个采样周期的延时第10页，本讲稿共30页3、Function&Tables（函数和表格模块）function.mdlFcn：用自定义的函数（表达式）进行运算MATLAB Fcn：利用matlab的现有函数

7、进行运算S-Function：调用自编的S函数的程序进行运算Look-Up Table：建立输入信号的查询表（线性峰值匹配）Look-Up Table(2-D)：建立两个输入信号的查询表（线性峰值匹配）第11页，本讲稿共30页Sum：加减运算Product：乘运算Dot Product：点乘运算Gain：比例运算Math Function：包括指数函数、对数函数、求平方、开根号等常用数学函数Trigonometric Function：三角函数，包括正弦、余弦、正切等MinMax：最值运算Abs：取绝对值Sign：符号函数4、Math（数学模块）math.mdl第12页，本讲稿共30页Logi

8、cal Operator：逻辑运算Relational Operator：关系运算Complex to Magnitude-Angle：由复数输入转为幅值和相角输出Magnitude-Angle to Complex：由幅值和相角输入合成复数输出Complex to Real-Imag：由复数输入转为实部和虚部输出Real-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成复数输出第13页，本讲稿共30页5、Nonlinear（非线性模块）nonlinear.mdlSaturation：饱和输出，让输出超过某一值时能够饱和。Relay：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。Switch：开

9、关选择，当第二个输入端大于临界值时，输出由第一个输入端而来，否则输出由第三个输入端而来。Manual Switch：手动选择开关第14页，本讲稿共30页6、Signal&Systems（信号和系统模块）sigsys.mdlMux：将多个单一输入转化为一个复合输出。Demux：将一个复合输入转化为多个单一输出。Selector:从多路输入中按希望的顺序输出所需路数的信号Model Info:显示模型的有关信息矩阵基本运算:读矩阵From,数据结构自动转换data type conversion,矩阵重新定维reshape第15页，本讲稿共30页7、Sinks（接收器模块）sinks.mdlSco

10、pe：示波器。XY Graph：显示二维图形。To Workspace：将输出写入MATLAB的工作空间。To File(.mat)：将输出写入数据文件。Out1：输出端。Terminator：连接到没有连接到的输出端。Stop simulation:若输入信号为非零,则强行终止仿真Display:数字显示第16页，本讲稿共30页8、Sources（输入源模块）sources.mdlConstant：常数信号。Clock：时钟信号。From Workspace：来自MATLAB的工作空间。From File(.mat)：来自数据文件。Pulse Generator：脉冲发生器。Repeatin

11、g Sequence：重复信号。Signal Generator：信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波及随意波。Sine Wave：正弦波信号。Step：阶跃波信号。In1：输入端。Ground：连接到没有连接到的输入端。第17页，本讲稿共30页SIMULINK建模仿真的一般建模仿真的一般过程程1、简单模型的建立（1）建立模型窗口:Library窗口中File|new|model（2）在模块库中选取需要的模块，并拖到到编辑窗口 里。（3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型。（4）按数学模型进行参数修改。（5）单击开始按钮进行仿真分析，在仿真的同时，可以观察仿真结果。如果发现错误，可以立即

12、单击停止按钮停止仿真。第18页，本讲稿共30页SIMULINK简单模型的建立及模型特点模型的建立及模型特点2、模型的特点v在SIMULINK里提供了许多如Scope的接收器模块，这使得用SIMULNK进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果。vSIMULINK的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层母系统。vSIMULINK提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系统的图标和设置参数对话框。第19页，本讲稿共30页SIMULINK在通信仿真中的在通信仿真中的应用用Simulink中提供了通信系统的建模、仿真和分析优化的专业库 communication blockset。库中包含了1

13、5个字库，近200个模块。该模块库提供了完整的模拟/数字通信系统建模、仿真和分析优化图形所需的模块。第20页，本讲稿共30页 SIMULINK功能模功能模块的的处理理v模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左键不放）而放到模型窗口中进行处理。v在模型窗口中，选中模块，则其4个角会出现黑色标记。此时可以对模块进行以下的基本操作。功能模块的基本操作，包括模块的移动、复制、删除、转向、改变大小、模块命名、颜色设定、参数设定、属性设定、模块输入输出信号等。第21页，本讲稿共30页SIMULINK功能模功能模块的的处理理1)移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离

14、线而移动，可按住shift键，再进行拖曳。2)复制：选中模块，然后按住鼠标右键或ctrl进行拖曳即可复制同样的一个功能模块。3)删除：选中模块，按Delete键即可。若要删除多个模块，可以同时按住Shift键，再用鼠标选中多个模块，按Delete键即可。也可以用鼠标选取某区域，再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除。第22页，本讲稿共30页4)转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要转向。在菜单Format中选择Flip Block旋转180度，选择Rotate Block顺时针旋转90度。或者直接按Ctrl+F键执行Flip Block，按Ctrl+

15、R键执行Rotate Block。5)改变大小：选中模块，对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。SIMULINK功能模功能模块的的处理理第23页，本讲稿共30页6)模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。7)颜色设定：Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景颜色，Background Color可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜色可以通过Screen Color来改变。SIMULI

16、NK功能模功能模块的的处理理第24页，本讲稿共30页8)参数设定：用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口，从而对模块进行参数设定。参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以点击其上的help按钮。通过对模块的参数设定，就可以获得需要的功能模块。9)属性设定：选中模块，打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进行属性设定。包括Description属性、Priority优先级属性、Tag属性、Open function属性、Attributes format string属性。其中Open function属性是一个很有用的属性，通过它指定一个函数

17、名，则当该模块被双击之后，Simulink就会调用该函数执行，这种函数在MATLAB中称为回调函数。SIMULINK功能模功能模块的的处理理第25页，本讲稿共30页10)模块的输入输出信号：模块处理的信号包括标量信号和向量信号；标量信号是一种单一信号，而向量信号为一种复合信号，是多个信号的集合，它对应着系统中几条连线的合成。缺省情况下，大多数模块的输出都为标量信号，对于输入信号，模块都具有一种“智能”的识别功能，能自动进行匹配。某些模块通过对参数的设定，可以使模块输出向量信号。SIMULINK功能模功能模块的的处理理第26页，本讲稿共30页模模块间信号信号线的的连接接起始端位于模块输出口的信号

18、线生成法。起始端位于其他信号线上的信号线生成法。第27页，本讲稿共30页连续时间系统的建模与仿真连续时间系统的建模与仿真 创建建动态系系统simulink模型的模型的步步骤：（1）建立物理系建立物理系统的数学模型（的数学模型（微分方程微分方程）（2）打开打开SIMULINK并并新建模型窗新建模型窗（3）从模从模块库复制所需模复制所需模块到新建模型窗到新建模型窗（4）模模块结构参数构参数设置（置（如如 输入入输出口的数目出口的数目）（5）模模块间信号信号线的的连接接（6）系系统参数参数设置置（如系如系统初始条件初始条件）（7）仿真运行参数仿真运行参数设置。置。(如解算器如解算器“ode45”、仿

19、真、仿真终止止时间)（8）把新建模型保存把新建模型保存为*.mdl。（9）试运行，运行，发现问题加以改善。加以改善。第28页，本讲稿共30页（1）根据牛根据牛顿定律可以写出定律可以写出数学模型数学模型：（微分方程微分方程）按按步步骤(2)(9)建立仿真模型并建立仿真模型并执行。行。例例：右右图所所示示的的系系统中中，已已知知质量量m=1kg，阻阻尼尼b=N.sec/m，弹簧簧系系数数k=100N/m，且且 质 量量 块 的的 初初 始始 位位 移移x(0)=0.05m，其其初初始始速速度度x(0)=0m/s，要要求求创建建该系系统的的SIMULINK模模型型，并并进行仿真运行行仿真运行(忽略重力忽略重力）。）。第29页，本讲稿共30页思考：思考：若建立若建立该方程的方程的simulink仿真模型需要一些什么仿真模型需要一些什么实际模模块？(1)积分模分模块或微分模或微分模块（一般不用微分模一般不用微分模块）(2)加法模加法模块 （加减法器）（加减法器）(3)增益模增益模块 （放大器）（放大器）(4)示波器模示波器模块-显示仿真示仿真结果果仿真模型如下：仿真模型如下：按步按步骤演示演示和和执行！行！第30页，本讲稿共30页