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# 系统定义与布局

Sysblock 模型的顶层系统分布是许多工程团队使用的公共环境，是基于模型的设计范式：分析、设计、校验和实现。可以通过确定模型的结构和各个组件来定义顶层系统。然后，将模型按照层次结构进行组织，分别与系统的各个组件相对应。接下来，再定义每个组件的接口以及组件之间的连接。

本教程讨论的是一个旋转变压器，它是一种将角位转换为电信号的位移传感器，也是能进行坐标换算和函数运算的解算元件，常用于运动伺服控制系统中。此模型通过 Sin 波和 Cos 波计算完整的角度位置，如下：

  • Sin 波 - 用于捕捉转子的方向变化，并且其幅值随着角度的变化而变化。
  • Cos 波 - 与 Sin 波方向正交的信号，提供了与转子角度相对应的第二个测量方向。

两种波形的计算都从角位 0 开始，也就是说，时间和角位均为零。按照上述假设，可以对 Sin 波组件和 Cos 波组件分别建模。

# 确定建模目的

在设计模型之前，明确目的和需求。目的决定模型的结构和详细程度。如果目的只是弄清楚角度变化对参考电压的影响，那么只对参考电压模块进行建模就足够了。本教程的模型构建目的是基于角度和时间变化，观察 Vref、Vcos 和 Vsin 之间的输出关系，模型必须：

  • 确定参考电压，用于驱动旋转变压器
  • 提供 Vcos 和 Vsin 输出电压的计算和显示模块，以便后续的数据观察

第一个建模目的能够驱动模型数据变化，以便提供参考数据。第二个目的是能够对旋转变压器的其他两路电压进行观察和测试。

# 确定组件和接口

明确建模需求之后，即可开始确定系统的组件。确定顶层机构的各个组件及其关系有助于以系统化方式构建比较复杂的模型。这些步骤是在建构模型之前在 Sysblock 环境外部进行的。

执行此任务需要回答以下问题：

  • 系统需要哪些结构组件和功能组件？当布局能够反映物理结构和功能结构时，将有助于理解、构建、进行通信和测试系统。当需要在设计过程中的不同阶段实现系统的各个组成部分时，这一点将变得更加重要。
  • 每个组件的输入和输出是什么？绘制一个显示各组件连接情况的图形。此图可帮助可视化模型中的信号流，确定每个信号的信源和信宿，并确定是否所有必要的组件都存在。
  • 需要达到多高的详细程度？在图中包括主要系统参数。绘制系统图可以帮助识别并建模对要观察的行为非常重要的部件。实现建模目的所需的每个组件和参数在模型中都要有一个对应的表示，但需要在模型的复杂程度和可读性之间权衡。建模可以是一个反复的过程。可以从具有很少细节的简要模型开始，然后根据需要逐渐提高复杂程度。

思考以下问题通常也很有帮助：

  • 系统的哪些组成部分需要测试？
  • 测试数据和成功的标准是什么？
  • 哪些输出是分析和设计任务所必需的？

# 确定旋转变压器组件

本教程中的系统定义了一个旋转变压器，它通过时间和角度的变化，输出三个不同维度的电压信号。其中包括：

  • 输入信号组件，提供常量信号源和信号生成器，用于数据驱动；
  • 信号处理组件，提供数学函数和增益组件，计算电压信号和调整输出电压幅值；
  • 输出显示组件，显示信号的数值和输出信号的波形；
  • 仿真控制组件，通过时钟提供时间基准和校准仿真设置。

# 定义组件之间的接口

参考右侧示例模型。

确定子系统和组件之间的输入和输出连接。输入和输出值在仿真工程中动态变化。模块之间的连接线代表数据传输。下表显示每个组件的输入和输出。

模块 输入 输出 相关信息
模拟信号 无 内部模拟信号、角度信号值 内部模拟信号
Sin 计算模块 基准电压、角度信号值 Sin 输出波形 无
Cos 计算模块 基准电压 Cos 输出波形 无
Switch 模块 基准电压、判断条件、角度信号值 根据判断流程的电压和角度 切换内部模拟或外部信号
输入输出模块 输入或输出值 输入或输出值 提供信号或观察值

一些模块的输入和输出并不完全匹配。因此，除了各个组件的动态特性之外，模型还必须计算如下内容：

电压衰减的计算 - 根据指定的衰减系数模拟电压损耗和衰减流程。

添加必要的组件并完成连接：

  1. 模拟信号的输出子系统添加输入和输出端口。双击名称为 Internal 的 SubSystem 模块。

    输出基于基准电压 U 和 Sine 波形的计算值，以及基于仿真时间的角度信号值。

    单击面板左上角的模型层次可以退出子系统。

  2. Sine 和 Cos 电压信号的输出子系统添加输入和输出端口。双击对应名称为 SinVoltage 和 CosVoltage 的 SubSystem 模块。

    将输入的基准电压信号和角度信号值，通过指定计算流程，输出对应的波形计算值。

    上述为 Sine 电压波形的输出子系统模块 SinVoltage，Cos 电压波形的输出子系统模块 CosVoltage 与上图类似。

  3. 完成系统连接。

# 参数和数据

确定模型需要的参数以及参数的值。根据建模目的决定这些值是始终固定，还是针对不同的仿真而更改。实现建模目的所需的参数必须在模型中显式表示。

参数 模块 符号 值 类型
载波电压 模拟信号 U 3.5 V 可变
载波频率 模拟信号 W 5000 Hz 可变
衰减系数 Sin 和 Cos 电压计算模块 k 0.8 可变
时钟信号 模拟信号 无 随仿真时间变化 固定形式

Sysblock 环境可以使用建模页面下的数据字典来管理可变参数。可在 Sysblock 模型绑定的数据字典内管理这些参数：

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