国立成功大学工程科学系
Department of Engineering Science
-National Cheng Kung University
控制与讯号处理实验室
Control & Signal Processing Lab
MATLAB/Simulink教学
MATLAB/ Simulink 简介
Simulink在MATLAB的分析工具中,就分析的特性而言是个非常方便之工具,不管是线性系统,数位控制,非线性系统,信号处理的分析与验证,通讯系统,模糊系统以及RF设计皆是非常方便的工具.
采用图形输入方式,只要知道讯号流程图或是系统方块图,不管是线性或是非线性系统皆能建立连续时间或离散时间或者两者混合的系统模型,系统也能够是多取样频率(multirate),即不同的系统能够以不同的取样频率组合起来进行分析模样.
采用开放式的架构,可方便去发展副程式供MATLAB使用或是转成C或C++程式码.
Simulink使用基本上分为:(1)模型的定义(建立);(2)模型的分析.这两种程序可以交互使用,藉由不断的修改模型,改变模型方块图的参数值,再不断的模拟以得到所需系统的性能规格.
MATLAB之工作环境视窗
开启MATLAB套装软体后之工作环境视窗
开启新的M-file
开启Simulink
工作空间
(workspace)
历史指令视窗(History)
指令视窗
(Command Window)
目前的资料夹或目录(建议加以设定)
Help
MATLAB指令的输入与执行
MATLAB 程式码运算采用逐行指令编译与执行之方式进行.
在「指令视窗」中的提示符号「>>」可以直接输入指令.例如输入
9+10,按下Enter键,随即编译与执行并显示结果 .
MATLAB指令的输入与执行(续)
指令后面加上一个分号,表示执行指令不显示结果.
指令后无分号,表示执行指令并显示结果.

向量资料之输入
从1到4,间距为1,建立一个向量.
从6到0,间距为-2,建立一个向量.
>> a = [ 1 2 3 4 ]
a =
1 2 3 4
>> b = 1 : 4
b =
1 2 3 4
>> c = 6 : -2 : 0
c =
6 4 2 0
矩阵资料建立与其元素之操作
实习零 MATLAB/Simulink使用说明
在指令视窗中,建立一个矩阵资料之后,必须以索引值(行与列)取得矩阵中特定之元素.
>> a = [ 1 2 3 ; 4 5 6 ; 7 8 9 ]
a =
>> a (1 , 1) ,表示取出矩阵中第一行与第一列之元素.
>>a (2:3 , 1:2) ,表示取出矩阵中第二列至第三列里,第一行与第二行之元素.
若要取出矩阵中第三行元素,有下列三种方式:
>> a ( [1 2 3] , 3)
>> a ( 1:3 , 3 )
>> a ( : , 3)
基本绘图程式范例
Example:
>> Tstep=0.001;
>> t=(0:Tstep:1);
>> amp=1;
>> freq=10;
>> y=amp*sin(2*pi*freq*t);
>> plot(t,y);
绘图函数plot(x, y)会利用所提供的资料制作出一个连线图.
在Matlab里,最常使用的二维绘图函数是plot函数:
下表列出了字串str可使用的控制码,以及它们所代表的意义:
简单的范例:
>> x=linspace(0,10,64);
>> y=x.*cos(4*x)./12;
>> plot(x,y,'-ro')
>> axis([0,6,-0.6,0.6])
建立函数(Functions)
MATLAB函数(Functions)
- 第一列是以文字函数(function)开始
- 接收输入引数(input arguments)以及传回输出引数(return output arguments)
- 变数存放於函数的工作空间
一个MATLAB函数通常包括函数定义列,函数说明文字区以及函数之主体
关键字
输出引数
输入引数
函数定义列
函数说明文字区
函数之主体
function y = times2(x)
% This function multiplies
% the input by 2
y = 2*x ;
例题
Simulink 介面说明
Simulink 的环境标示说明.
功能表
工具列
Simulink函数库
Simulink下之
工具夹
元件的基本使用说明
Simulink 函数库之元件图示与内容
Simulink 之元件目录
搜寻
Simulink 元件库说明
图示
名称
说明
Commonly Used Blocks
常用元件
Continuous
连续性线性系统分析元件
DisContinuous
非连续性线性系统分析元件
Discrete
离散型线性系统的分析元件
Logic and Bit Operation
逻辑和位元运算元件
Lookup Table
一般查表功能元件
Math Operation
数学函数运算元件
Model Verification
模型验证元件
开启Simulink及新档案
新档案
(工作视窗)
选取以及连接方块图
藉由拖曳之方式来收集方块建构模拟系统模型
使用滑鼠左键连接方块
模拟参数Max step size 设定
Simulink以数位(离散)方式计算与模拟类比(连续)系统,其计算结果之时域解析度与模拟参数 (Max step size)息息相关,Max step size 通常设定为auto,内建公式为
tstart
tstop
Simulation 内的Configuration Parameters
存档
接下来再用File 下之Save As存档,档名的命名方式为英文或数字命名(但不能以数字作为档名之开头),存档可先做,或是编辑完系统后再存档均可,储存完毕后的档案为"XXX .mdl".
建立子系统
建立子系统(subsystem):当所建构的模型,其组成的block数目越来越多,则会增加模型的大小及复杂度.我们可以将代表某一个功能目的之数个blocks组合成一个子系统block(即以一个block表示),建立子系统的好处有:
减少模型内的block的总数目.
允许将功能表上相关的block组合在一起,易於除错与修改.
所建构的系统模型有阶层(hierarchical)的概念,(次 系统内仍可建立次系统).
建立子系统范例
参考文献
洪维恩,Matlab 7 程式设计,旗标出版公司,2009年3月
李宜达,控制系统设计与模拟修定六版,全华图书公司,2003年5月
Matlab/Simulink online help manual
PTT MATLAB版
作业
1.(1)考虑二阶系统 设计一单位回授
之步阶响应图( 自订)
(2)一受控厂为 利用单位回授,使用P(比例)控制器调不同 之步阶响应图.再使用PD控制器控制并与P控制器做比较(两张图结合)
2.(1)利用Simulink实现OP比较器(输入sin和cos)
(2)由(1)设计之OP利用Simulink设计以下电路

以上题目需附参数设定,方块图以及Scope的输入输出图
3.使用M档
画出 及其半波整流讯号
画出 及其半波整流讯号
画出复数讯号 在复数平面之波形.

12/22 缴交作业
需附程式