第八讲其他工具箱及 SIMULINK

第八讲其他工具箱及SIMULINK 9.1 信号处理 SP 工具箱 9.2 控制 Control 工具箱 9.3 图像处理 Images 工具箱 9.4 通信 COMM 工具箱 9.5 可视系统仿真环境 SIMULINK 9.6 系统模型绘制 9.7 Simulink 中的子模块和封装技术 9.8 例子与习题

9.1 信号处理SP工具箱 可以用 help signal查看信号处理工具箱的所有函数，主要有以下几大类。 • 滤波器分析 filter analysis • 滤波器实现 filter implementation • 滤波器设计 filter design • 系统模型转换 model transformation • 窗函数 window functions • 各种变换 transforms • 随机信号分析及谱分析 statistical signal processing and spectral analysis • 参数估计与线性预测 parametric modeling and linear prediction • 多速率信号处理 multirate signal processing • 波形产生 waveform generation

9.1 信号处理SP工具箱 SP 工具箱提供了两个 GUI 接口程序，一个是滤波器设计与分析工具 fdatool，另一个是信号处理 sptool。这两个函数可以直接在MATLAB命令窗中调用，他们包含了信号处理的大部分内容。 • 除了SP 工具箱外， MATLAB还提供了其他一些信号处理有关的工具箱，直接有关的有： • dspblks 信号处理的 SIMULINK 模型库 • filterdesign 滤波器设计工具箱 • 而其他大部分的工具箱或多或少都与信号处理有关

9.1 信号处理SP工具箱 信号处理方面的演示例子，可以用 help sigdemos查看信号处理工具箱的演示例子，主要有以下一些 • 滤波器设计 • 滤波 • 频谱分析 • DTMF音分析 • 调制

9.2 控制 Control 工具箱 可以用 help control查看控制工具箱的所有函数，主要有以下几大类。 • 系统模型建立 Creating linear models • 系统模型转换 Conversions • 时域分析 Time-domain analysis • 频域分析 Frequency-domain analysis • 系统设计Design • 状态空间模型 State Space Model

9.2 控制 Control 工具箱 • 有四种模型 • TF（传递函数） • ZPK（零极点） • SS（状态空间） • FRD（频率响应数据）模型建立。 TF（传递函数）模型建立 >> s=tf('s'); h=s/(s^2+2*s+10) Transfer function: s -------------- s^2 + 2 s + 10 或者 >> num=[1 0]; den=[1 2 10]; >> h=tf(num, den);

9.2 控制 Control 工具箱 ZPK（零极点）模型建立 >> s=zpk('s'); >>h=-2*s/(s-2)/(s^2-2*s+2) Zero/pole/gain: -2 s -------------------- (s-2) (s^2 - 2s + 2) >> z=0; p=[ 2 1+i 1-i ]; k=-2; h=zpk(z,p,k) Zero/pole/gain: -2 s -------------------- (s-2) (s^2 - 2s + 2) 或者

9.2 控制 Control 工具箱 模型转换 sys = tf( sys), sys = zpk( sys) sys = ss( sys), sys = frd (sys) 模型连接串联：h=h1*h2; 或 h=series(h1, h2); 并联：h=h1+h2; 或 h=parallel(h1, h2); 负反馈：h=feedback( h1, h2); 正反馈：h=feedback( h1, h2, +1);

9.2 控制 Control 工具箱 系统分析 sys = rss( 3); %随机产生稳定的3阶连续系统 • 阶跃响应 step(sys) • 重激响应 impulse(sys) • BODE图 bode(sys) • Bode幅度图 bodemag(sys) • Nyquist图 nyquist(sys) • Nichols图 nichols(sys) • Sigma图 sigma(sys) • 零极点图 pzmap(sys) • 根轨迹图 rlocus(sys)

9.3 图像处理 Images 工具箱 可以用 help images查看图像处理工具箱的所有函数，主要有以下几大类。 • 图像显示与输入输出 • 几何分析 • 图像增强 • 二维滤波器设计与二维滤波 • 各种变换 • 图像型态分析 • 基于区域块分析 • 颜色处理 • 图像类型转换

9.3 图像处理 Images 工具箱 演示例子 • DCT图像压缩 dctdemo • 图像边沿检测 edgedemo • 图像二维滤波 firdemo • 去噪声 nrfiltdemo • 四叉树分解 qudemo

9.4 通信 comm 工具箱 可以用 help comm查看通信工具箱的所有函数，主要有以下几大类。 • 信号源与信号分析 • 信源编码 • 信道编码（纠错编码） • 调制与解调 • 特殊滤波器 • Galois域计算

9.4 通信 comm 工具箱 可以用 help commdemos查看通信工具箱的演示例子，主要有以下几个。 • rcosdemo 升余弦函数. • scattereyedemo 眼图. • basicsimdemo 通信基本连接 • vitsimdemo 卷积码与 Viterbi 解码 • commgettingstarted 通信基本例子 • simbasebandex 基带 QPSK 仿真 • simpassbandex 通带 QPSK 仿真

9.5 可视系统仿真环境 SIMULINK • Simulink 是 MATLAB 下的一个动态系统建模与仿真的软件包。 • 它支持线性与非线性系统，也支持连续系统与离散系统，同时还支持多速率系统。 • 整个Simulink系统以 GUI 用户界面形式提供给用户，方便用户建模与仿真。 • 基本 Simulink 软件包包含连续、离散、函数……等在内的九个模块，同时还包括有许多其他的扩展模块。

9.6 系统模型绘制 在 Simulink 下系统模型绘制非常简单，直接用鼠标拖拉的形式就可以建立任意复杂的系统。 • 在MATLAB命令窗下用命令 Simulink 打开 Simulink库。可以用鼠标操作打开各个子库查看他们包含那些子系统。 • 选择 File／New／Model 菜单建立一空的新的系统模型。 • 展开相关的子库，用鼠标拖拉的形式将要用的子系统复制到新的系统模型上来，重复该操作直到建立好新的系统。

9.7 SIMULINK中的子模块与封装技术 在实际仿真中，要仿真的模型可能更为复杂，这就需要将整个模型分解成若干个子模块，用户可以自己将构造出的子模块封装成常用模块。 • 首先画出整个模型图，再选中整个模型作为子系统

9.7 SIMULINK中的子模块与封装技术 • 选择菜单 Edit／Create Subsystem • 封装子模块，选中子系统，再选择 Edit ／ Mask Subsystem，打开一个对话框，选中 Initialization 标签，设置好变量

9.7 SIMULINK中的子模块与封装技术 • 模块参数初始化，建立好模块后，双击该子系统，将弹出系统参数对话框，可以设置系统默认参数。

9.8 例子与习题 • 运行各个工具箱的演示例子 • 在工业控制中经常把 PID 控制器的微分信号从标准的误差信号移动到输出信号，这是其数学表示为 • 这样就有了两路输入信号即 E(S) 和 Y(S)。在这样的结构下再用 Simulink 封装出一类新结构下的 PID 控制器模块。

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