國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab MATLAB/Simulink 教學.

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1 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab MATLAB/Simulink 教學

2 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab Simulink 在 MATLAB 的分析工具中，就分析的特性而言是個非常方便 之工具，不管是線性系統、數位控制、非線性系統、信號處理的分析 與驗證、通訊系統、模糊系統以及 RF 設計皆是非常方便的工具。 採用圖形輸入方式，只要知道訊號流程圖或是系統方塊圖，不管是線 性或是非線性系統皆能建立連續時間或離散時間或者兩者混合的系統 模型，系統也能夠是多取樣頻率 ( multirate ) ，即不同的系統能夠以不同 的取樣頻率組合起來進行分析模樣。 採用開放式的架構，可方便去發展副程式供 MATLAB 使用或是轉成 C 或 C++ 程式碼。 Simulink 使用基本上分為： (1) 模型的定義 ( 建立 ) ； (2) 模型的分析。這 兩種程序可以交互使用，藉由不斷的修改模型，改變模型方塊圖的參 數值，再不斷的模擬以得到所需系統的性能規格。 MATLAB/ Simulink 簡介

3 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab MATLAB 之工作環境視窗 開啟 MATLAB 套裝軟體後之工作環境視窗 開啟新 的 M-file 開啟 Simulink 工作空間(workspace) 歷史指令視窗 (History) 指令視窗 (Command Window) 目前的資料夾或目錄 （建議加以設定 ) Help

4 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab MATLAB 指令的輸入與執行 MATLAB 程式碼運算採用逐行指令編譯與執行之方式進行 。 在「指令視窗」中的提示符號「 >> 」可以直接輸入指令。例如輸入 9+10 ，按下 Enter 鍵，隨即編譯與執行並顯示結果 。

5 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab MATLAB 指令的輸入與執行 ( 續 ) 指令後面加上一個分號，表示執行指令不顯示結果。 指令後無分號，表示執行指令並顯示結果。

6 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 向量資料之輸入 從 1 到 4 ，間距為 1 ，建立 一個向量。 從 6 到 0 ，間距為 -2 ，建立 一個向量。 >> 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

7 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 矩陣資料建立與其元素之操作 實習零 MATLAB/Simulink 使用說明 在指令視窗中，建立一個矩陣資料之後，必須以索引值 ( 行與列 ) 取得矩 陣中特定之元素。 >> a = [ 1 2 3 ; 4 5 6 ; 7 8 9 ] a = >> a (1, 1) ，表示取出 矩陣中第一行與第一 列之元素。 >>a (2:3, 1:2) ，表示取出矩陣中第 二列至第三列裡，第一行與第二行 之元素。 若要取出矩陣中第三行元素 ， 有下 列三種方式 ： >> a ( [1 2 3], 3) >> a ( 1:3, 3 ) >> a ( :, 3)

8 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 基本繪圖程式範例 Example: >> Tstep=0.001; >> t=(0:Tstep:1); >> amp=1; >> freq=10; >> y=amp*sin(2*pi*freq*t); >> plot(t,y); 繪圖函數 plot(x, y) 會利用所提供的資料製作出一個連線圖。

9 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab  在 Matlab 裡，最常使用的二維繪圖函數是 plot 函數：  下表列出了字串 str 可使用的控制碼，以及它們所代表的意義：

10 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab

11 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 簡單的範例： >> x=linspace(0,10,64); >> y=x.*cos(4*x)./12; >> plot(x,y,'-ro')

12 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab >> axis([0,6,-0.6,0.6])

13 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 建立函數 ( Functions ) 函數 ( Functions ) MATLAB 函數 ( Functions ) - - 第一列是以文字函數 ( function ) 開始 - - 接收輸入引數 ( input arguments ) 以及傳回 輸出引數 ( return output arguments ) - - 變數存放於函數的工作空間 一個 MATLAB 函數通常包括函數定義列、函 數說明文字區以及函數之主體 關鍵字 輸出引數輸入引數 函數定義列 函數說明文字區 函數之主體 function y = times2(x) % This function multiplies % the input by 2 y = 2*x ; 例題

14 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab Simulink 介面說明 Simulink 的環境標示說明。 功能表 工具列 Simulink 函 數庫 Simulink 下之 工具夾 元件的基 本使用說 明 Simulink 函數庫之 元件圖示 與內容 Simulink 之元件目 錄 搜尋

15 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab Simulink 元件庫說明 圖示圖示 名稱說明 Commonly Used Blocks 常用元件 Continuous 連續性線性系統分析元件 DisContinuous 非連續性線性系統分析元件 Discrete 離散型線性系統的分析元件 Logic and Bit Operation 邏輯和位元運算元件 Lookup Table 一般查表功能元件 Math Operation 數學函數運算元件 Model Verification 模型驗證元件

16 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 開啟 Simulink 及新檔案 新檔案 ( 工作視窗 )

17 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 選取以及連接方塊圖 藉由拖曳之方式來收集方 塊建構模擬系統模型 使用滑鼠 左鍵連接 方塊

18 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 模擬參數 Max step size 設定 Simulink 以數位 ( 離散 ) 方式計算與模擬類比 ( 連續 ) 系 統，其計算結果之時域解析度與模擬參數 ( Max step size ) 息息相關， Max step size 通常設定為 auto ，內建 公式為 t start t stop Simulation 內 的 Configuration Parameters

19 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 存檔 接下來再用 File 下之 Save As 存檔，檔名的命名方 式為英文或數字命名 ( 但不能以數字作為檔名之開 頭 ) ，存檔可先做，或是編輯完系統後再存檔均可， 儲存完畢後的檔案為 “ XXX.mdl ” 。

20 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 建立子系統 建立子系統 ( subsystem ) ：當所建構的模型，其組成 的 block 數目越來越多，則會增加模型的大小及複雜 度。我們可以將代表某一個功能目的之數個 blocks 組 合成一個子系統 block ( 即以一個 block 表示 ) ，建立子 系統的好處有： 減少模型內的 block 的總數目。 允許將功能表上相關的 block 組合在一起，易於 除錯與修改。 所建構的系統模型有階層 ( hierarchical ) 的概念， ( 次 系統內仍可建立次系統 ) 。

21 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 建立子系統範例

22 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 參考文獻 洪維恩， Matlab 7 程式設計，旗標出版公司， 2009 年 3 月 李宜達，控制系統設計與模擬修定六版， 全華圖書公司， 2003 年 5 月 Matlab/Simulink online help manual PTT MATLAB 版

23 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 作業 1.(1) 考慮二階系統 設計一單位回授 之步階響應圖 ( 自訂 ) (2) 一受控廠為 利用單位回授，使用 P ( 比例 ) 控制器調不同 之步階響應圖。再使用 PD 控制 器控制並與 P 控制器做比較 ( 兩張圖結合 ) 2.(1) 利用 Simulink 實現 OP 比較器 ( 輸入 sin 和 cos ) (2) 由 (1) 設計之 OP 利用 Simulink 設計以下電路

24 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 以上題目需附參數設定 、方塊圖以及 Scope 的 輸入輸出圖

25 國立成功大學工程科學系 Department of Engineering Science -National Cheng Kung University 控制與訊號處理實驗室 Control & Signal Processing Lab 3. 使用 M 檔 畫出 及其半波整流訊號 畫出複數訊號 在複數平面之波形。 12/22 繳交作業 需附程式