📚 课程目录第3章 Simulink 子系统与模型层次划分

3. Simulink 子系统与模型层次划分

一个可维护的 MBD 模型，通常不是把所有模块平铺在一张画布上，而是按“职责边界”拆成若干子系统。重构的核心判断标准只有一条：每个子系统对外只暴露必要的输入/输出端口，内部实现可以独立替换而不影响其他部分。

下面以一个“电机转速闭环控制”扁平模型为例。原始模型包含：转速指令 SpeedRef、转速反馈 SpeedFbk、误差计算、PI 控制器、限幅、被控对象（电机+负载）、以及一个用于监视的示波器。所有模块都在同一层，信号线交叉严重。

按功能职责，将扁平模型拆为三个子系统，并明确各自的边界：

拆分后，顶层模型只保留三个子系统块和它们之间的信号连线，不再出现任何增益、积分器或限幅模块。这样做的直接收益是：修改 PI 参数只需进入 Ctrl_Core，替换电机模型只需进入 Plant_Model，两者互不干扰。

框选与创建子系统：在 Simulink 中框选误差计算、PI、限幅三个模块，右键选择 Create Subsystem from Selection，重命名为 Ctrl_Core。
整理端口：进入 Ctrl_Core，确认输入端口为 SpeedRef 和 SpeedFbk，输出端口为 uCmd。删除内部多余的信号标签，只保留端口名称。
同样处理被控对象：将电机惯性环节和负载叠加封装为 Plant_Model，输入 uCmd、LoadTq，输出 SpeedFbk。
建立监视子系统：将示波器替换为 To Workspace 模块，封装为 Monitor，输入为三路信号，不产生输出端口。
顶层连线：在顶层只连接三个子系统之间的信号，确保没有悬空端口。使用 Signal Label 标注关键信号名。

验证方法：重构完成后，运行仿真，检查 Monitor 记录的数据与重构前一致。若 SpeedFbk 波形出现异常，优先检查 Plant_Model 的输入端口是否误接了 SpeedRef，以及反馈路径是否在子系统外部正确闭合。

常见错误：创建子系统时，Simulink 会自动生成 In1、Out1 端口。务必手动重命名为有意义的信号名，否则后续接口追溯和代码生成都会出现混乱。另外，子系统内部不要保留未使用的输入端口，否则会触发编译警告。