Simulink 最基础教程（一）

1.1基本概念

一个典型的Simulink模型大致如上图这样：
1）模块 block：图中画圈的那些，每个模块可以完成一些特定的任务，类似MATLAB中函数的概念。软件提供了很多模块，当然也可以自定义新的模块
2）信号线 signal line：连接模块的线条，类似MATLAB中变量的概念。信号线是有箭头的，沿箭头方向经过模块，就相当于调用这个模块（函数），对信号线（变量）做了一次运算。
3）模型 model：由模块，和模块间的信号线，共同组成。MATLAB中写一个脚本来完成一堆任务，Simulink中就是搭个模型来完成计算。简单对比：
MATLAB	Simulink
函数	模块
脚本	模型
变量	信号线

1.2 启动 Simulink
最简单的启动方法之一，是在 MATLAB 界面上找到 Simulink 按钮，在弹出的菜单中，选择空白模型。除了空白模型，当然还有其他模板，但这些在最基础教程中都不会用到。

1.3 Simulink 界面
一个典型的 Simulink 界面，按照蓝色线条划分，分为三个部分：
1）实线框：里面写着untitled，这是文件名，或者模型名。
2）虚线以上：一般称为工具栏，用来进行各种设置的。
19a及以前，这块是菜单结构，19b及之后，这块改为标签结构，可能造成老用户找不到相关工具。不过，工具的快捷键基本没改过，因此本教程中会尽量用快捷键来操作。
3）虚线以下：一般称为画布。一些常用操作：鼠标滚轮用来缩放视角，”空格“会自动缩放到最佳。

随后是红色部分，框出了一些最常用的工具：
1）文件存取，这块和绝大多数软件一样，新建、保存、打开。
2）模块库，点击后，会出现 Simulink 自带的模块。对初学者而言，新建模型后，第一件事往往就是打开模块库。
3）模型配置。这个三角点开后会有很多工具，其中最常用的是model configuration，快捷键是 ctrl+e。这个用于配置“模型参数“，模型参数是啥？后面再讲。
4）运行区域，当模型搭建完成后，就要去运行模型，求解模型，那么就是Run按钮了。快捷键是 ctrl+t。其他几个按钮，暂停、停止就是字面意思，也都很好理解。step是调试用的类似MATLAB里的debug。
5）显示采样时间（sample time），是个很常用的 debug 工具，会在后续进一步用到。

1.4两个例子
1.4.1图形化编程

在之前介绍的 Simulink 界面基础上，按照红色箭头，打开模型库、拖入模块到画布、连接信号线、点击Run，就实现了整个模型的建立和仿真。双击示波器（scope模块），就能看到曲线。

下面来稍微解释一下这个模型的过程：
1）constant模块，是一个输出模块，或者源模块，特点是只有输出，没有输入。输出的是一条始终为1，不随时间变化的直线y(t)=1
2）integrator模块，是一个运算模块，特点是有输入，也有输出。其功能是对时间积分，即对输入的曲线y(t) 进行积分得到 int(y(t)dt)+C。在这里，输入是y(t)=1，定积分取C=0，因此输出就是 y(t)=t
3）scope模块，是一个输入模块，或者终点模块，特点是只有输入，没有输出。这类模块的功能一般都是用于显示结果，例如这个scope模块，就是显示y(t)曲线，因此示波器双击后，出现曲线y(t)=t（严格说是直线），当然只有t=0~10的这段。

通过这个例子，希望说明的是 Simulink 的图形化编程思路：
1）模型由模块，和模块之间的连线组成
2）信号线，其本质是一个与时间t相关的函数 y(t)
3）模块分为输出模块、运算模块、输入模块三种
4）输出模块给信号线赋值y(t)，例如constant模块输出 y(t)=1
5）运算模块对信号线的函数进行运算，例如integrator模块输出和输入的关系为对时间t积分
6）输入模块用于显示y(t)的某项性值，例如scope模块显示 y(t) 的时域函数曲线

1.4.2求解常微分方程组

随手写一个常微分方程组：
y1’=y2+1
y2’=y1+y2
y1(0)=0
y2(0)=0
然后搭建一个Simulink模型：

这里大多数模块与上一个例子一样，唯一多用到的是sum模块。如果按照上一个例子中的分析，那么就很容易发现，integrator模块的输出信号，正是我们要找的y1和y2，通过scope模块就能看到这两个信号的结果。由此，这里出现Simulink的一个应用场景：求解常微分方程组。

具体的搭建过程是：
1）将方程（组）写成标准形式 y‘=f(y,t)
其中，y可以是一个向量，即y=[y1(t) y2(t) …]
2）对每一个yi分配一个integrator模块，并视该模块输出为yi(t)
3）搭建 f(y,t)，这块是最有技术含量的，如果 f 的表达形式非常复杂，就不会那么容易了。可以说，学习 Simulink 的过程，就是不断掌握更复杂 f 的搭建方法
4）将 f 的输出接到integrator模块的输入端

1.5小结
这结非常长，原因是我希望在一开始就说明 Simulink 的思路——图形化编程：
信号线+模块=模型
信号线=函数y(t)
模块=对函数y(t)运算
至于最开始的界面简介，只是用来帮助搭建那两个例子，反而显得不是那么重要了。