MATLAB的Simulink的信号线

Simulink以模块为最小单位,通过信号线互相连接，用户可通过GUI调配每个模块的参数,且仿真的结果能够以数值和图像等形象化方式具现出来。信号线可以传递一维数据、多维数据、向量数据或矩阵数据,甚至Bus型数据。Simulink使用不同的线形表示传递不同数据类型的信号线,支持的信号包括Scalar(每个采样时刻传输1 1数据)信号、Matrix(包括Vector)信号、Bus信号、Trigger控制信号及可变维数信号。

信号线不是按照其内部传输信号的数据类型分类,而是按照所传递数据的维数虚拟性及维数可变性进行分类。信号线的分类显示并非在建模阶段就能够看到,建模时所有信号都按照Scalar信号线进行显示,当 Update model或者运行模型仿真之后,各种不同的信号线才会显示出来。

1.Simulink的信号操作

1.1 信号的创建和连接

信号用于连接模块,也源于模块，可以通过模型中任何有输入/输出端口的模块引出来。按住鼠标从输人或输出端口可以拖出一根未连接的信号线,显示为红色虚线,如图所示。一对输人/输出端口就可以满足信号线变为实线的连接需求,多个模块或单个带有输入/输出的模块都可以,如图所示。

1.2 信号命名

双击信号线,在信号线附近就会自动出现一个矩形可编辑区域,可输入表示信号名的字符,再单击编辑区域以外的地方,即可退出编辑状态,从而确定信号的名称，如图所示。

给信号命名还有一个方法,右键选择信号线，在菜单当中选择中选择Properties,会弹出信号属性对话框,在Signal name中输人表示信号名的字符即可,如图所示。

1.3 信号线分支抽出

信号线上可以分出分支。将鼠标放置在信号线上之后,同时按住Ctrl键与鼠标左键拖曳即可从原有的信号线上再新生出一个分支来,连接到其他模块的输人端口。分支处显示一个黑色圆点,如图所示。

1.4 信号线的删除

单击希望删除的信号线,则该信号线泛蓝显示,按下Delete键即可删除该信号线。或者右键信号名标签,弹出如图所示的 Delete Label菜单,单击此菜单即可。

2.1 Scalar信号线

Scalar信号（标量信号）是最常见的信号,在 Simulink 中由一根细实线表示。如图所示。选择模型的菜单项Display Signals&Ports Signal Dimen-sions,如图所示,选中此项后菜单中出现一个 ,可将信号维数表示在信号线上。但是对于Scalar信号,即使开启此功能1不显示。

2.2 Vector信号

向量信号是指每个采样时刻传输一个向量数据,如在Constant模块中输入一个向量数据时,在其输出端口输出的信号,或者在Mux模块将多个 Scalar信号合并后输出的信号。默认情况下Vector信号以同Scalar信号相同的细实线表示,如图所示。

示例1

示波器输出

示例2

2.3 Matrix信号

Matrix矩阵信号是指每个采样时刻传输一个向量数据，如Constant模块中输人一个矩阵数据时其输出端口输出的信号。默认情况下Matrix信号以同Scalar信号相同的细实线表示,如图所示。

Vector信号和Matrix信号都是非Scalar信号,非 Scalar信号是唯一可以切换其显示方式的信号。图的菜单中勾选第二项Wide Nonscalar Lines之后即可显示出加粗的信号线,如图所示。

示波器输出

形状改变，线变粗

2.4 Bus信号

2.4.1 Bus信号的虚拟性

Bus信号可以通过Bus Creator模块由多个输入的Scalar或非Scalar信号构建而成。根据虚拟性可以将 Bus信号分为虚拟Bus信号和非虚拟Bus信号。

虚拟Bus信号仅在视觉上不同,在仿真和代码生成时跟普通信号(非虚拟信号)一样没有特别作用。虚拟信号使用自身的存储空间。连接Bus信号的模块在仿真时会到Bus输入信号的存储空间读取信号的值,输出时找到虚拟Bus 信号的存储空间再写值进去。这些存储空间并不一定是连续的。

非虚拟Bus信号在模型代码生成时将Bus信号生成结构体。数据访问时,连接非虚拟Bus信号的模块在读取和写入值时并非直接访问Bus信号的存储空间,而是将非虚拟Bus信号的内容拷贝到一个连续存储空间再进行读/写,所以速度比虚拟Bus信号要慢一些,并且数据拷贝占用的存储空间也比虚拟Bus信号多。另外,非虚拟Bus信号中的每一个成员信号都必须具有同样的采样时间。

2.4.2 Bus数组信号线

Bus数组信号线是指信号线中传递数组规模的信号,数组的每一个元素都是同样的Bus类是指信号线中传递数组规模的信号,数组的每一个元素都是同样的Bus类型,并且必须是非虚拟Bus 信号。通常Bus数组信号用于多通道通信系统模型中,通过Concatenate模块可将多个Bus信号合并为Bus数组信号。Bus数组信号线由三条线构成，上下两条为细实线,中间为加粗的点虚线,如图。

2.5 Function-call 信号

Function-call 信号是用于进行子系统调用的控制类信号,并非实际信号。Trigger模块及自定义S函数模块可输出该信号。在各个半导体芯片的TSP(Target Support Package)模块库中,Interrupt模块通常输出 Function-call信号,连接一个触发子系统(Trigger Subsystem),用来生成嵌入式中断服务函数中的C代码或调用的C函数定义。Function-call信号线是一条长短线相间的虚线。如图所示。

2.6 尺寸可变信号

尺寸可变信号是指在Simulink仿真过程中每个维数中的元素个数可以变化的信号,即仿真过程中信号所包含的元素个数和值都是不固定的。但是信号的维数是不可变的,二维矩阵3 5的规模,仿真过程中可以变为3 7,但是不能变为3 3 2这种三维数据。Switch模块的两个分支输入都是固定信号,如果这两者信号尺寸不一致,那么Switch模块的输出信号就是变尺寸信号。S函数的输出也能设置为变尺寸信号。尺寸可变信号是一根粗线,中间带有白色的圆点，如图所示。

模型中使用Switch模块时,为了支持可变信号的输出,Coniguration Parameter的 Import data页面的Format必须选挣为Structure 有 SIruc-ture with time。Switch 的第二个输人端口的值必须是Scalar,并且要使能参数Allow different data input sizes,如图所示。

2.7 未连接信号

当信号线没有同时连接输入/输出端口时,被称为处于未连接状态,这时信号线显示为红色虚线,如图所示。

3.信号的属性

右键信号线可以在弹出的菜单栏中选择Properties打开如图所示的属性对话框，并可以进行编辑。

另外一种获取信号属性的方式是使用M语言。对于如图所示模型,使用下列语句即可返回信号线的句柄。

line = find_system(gcs,'findall','on','type','line')

find_system函数可查找模型里的模块(block)、信号线(signal)、端口(port)及注解( annotation)对象,并返回它们的句柄;当存在多个对象时,句柄以向量的形式返回。此函数参数列表为:

target_handle = find_system(sys，'c1',cv1,'c2',cv2,.. p1',v1,'p2'，v2,...)
其中:sys-——所指定模型的名字。
c1——约束类型,如LookUnderMasks, FindAll、RegExp 等。
cv1——约束类型对应的选择项,如 'on' / 'off'等值。
p1——参数类型,如 BlockType,type、BlockDialogParams等。
vl——参数的值,对应上述pl的三个参数类型,分别可以是'Constant' , 
'line'和 'X'。约束类型和参数都是成对出现的,且可以多组写在一个函数
中,如:
Sys =get_param('vdp','Handle');
也可以通过gcs函数获取当前被鼠标选中模型的句柄
line_object = find_system(sys，'FindAll'，'on'， 'type'，'line');

图所示模型使用上述语句,可返回模型里所有信号线对象的句柄,由于模型中只有一条信号线,故只返回一个句柄值，一个句柄是一个4字节(32位操作系统下是4字节,64位操作系统下为8字节)长的数值,来标识应用程序中的不同对象和同类对象中的不同的实例。line的值为

line =


   4.1810e+03

>> get(line) %在 Command Window中打印信号线的属性列表,如下所列:
                   DataLogging: 0
           DataLoggingNameMode: 'Use signal name'
               DataLoggingName: ''
       DataLoggingDecimateData: 0
         DataLoggingDecimation: '2'
         DataLoggingSampleTime: '-1'
    DataLoggingLimitDataPoints: 0
          DataLoggingMaxPoints: '5000'
                     TestPoint: 0
                  StorageClass: 'Auto'
       RTWStorageTypeQualifier: ''
     MustResolveToSignalObject: 0
                    SourcePort: 'In1:1'
             SignalObjectClass: 'Simulink.Signal'
                  SignalObject: []
                     CoderInfo: []
                  DocumentLink: ''
         ShowPropagatedSignals: 0
       TaskTransitionSpecified: 0
              TaskTransitionIC: '0'
           ExtrapolationMethod: 'Use global setting'
            TaskTransitionType: 'Use global setting'
          UserSpecifiedLogName: ''
             SignalPropagation: 'off'
                          Path: ''
                          Name: ''
                           Tag: ''
                   Description: ''
                          Type: 'line'
                        Parent: 'test16_1'
                        Handle: 4.1810e+03
               HiliteAncestors: 'none'
               RequirementInfo: ''
                      FontName: 'auto'
                      FontSize: -1
                    FontWeight: 'auto'
                     FontAngle: 'auto'
                      Selected: 'off'
                   SegmentType: 'trunk'
                 SrcPortHandle: 4.1780e+03
                SrcBlockHandle: 4.1770e+03
                 DstPortHandle: 4.1800e+03
                DstBlockHandle: 4.1790e+03
                        Points: [2 2 double]
                    LineParent: -1
                  LineChildren: []
           SignalNameFromLabel: ''
                     Connected: 'on'

信号线常用属性表

参考内容

[1] 孙忠潇.Simulink仿真及代码生成技术入门到精通[M].北京:北京航空航天大学出版社,2015.

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作 者 | 郭志龙
编 辑 | 郭志龙
校 对 | 郭志龙