SIMULINK仿真參數(shù)的設(shè)置

SIMULINK仿真的運(yùn)行 一 設(shè)置仿真參數(shù)和選擇解法器設(shè)置仿真參數(shù)和選擇解法器 選擇Simulation菜單下的Parameters命令 就會(huì)彈出一個(gè)仿真參數(shù)對(duì)話框 它主要用三個(gè)頁(yè)面來(lái)管理仿真的參數(shù) Solver頁(yè) 它允許用戶設(shè)置仿真的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間 選擇解法器 說(shuō)明解法器參數(shù)及選擇一些輸出選項(xiàng) WorkspaceI O頁(yè) 作用是管理模型從MATLAB工作空間的輸入和對(duì)它的輸出 Diagnostics頁(yè) 允許用戶選擇Simulink在仿真中顯示的警告信息的等級(jí) 構(gòu)建好一個(gè)系統(tǒng)的模型之后 接下來(lái)的事情就是運(yùn)行模型 得出仿真結(jié)果 運(yùn)行一個(gè)仿真的完整過(guò)程分成三個(gè)步驟 設(shè)置仿真參數(shù) 啟動(dòng)仿真和仿真結(jié)果分析 1 Solver頁(yè) 此頁(yè)可以進(jìn)行的設(shè)置有 選擇仿真開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間 選擇解法器 并設(shè)定它的參數(shù) 選擇輸出項(xiàng) 仿真時(shí)間 注意這里的時(shí)間概念與真實(shí)的時(shí)間并不一樣 只是計(jì)算機(jī)仿真中對(duì)時(shí)間的一種表示 比如10秒的仿真時(shí)間 如果采樣步長(zhǎng)定為0 1 則需要執(zhí)行100步 若把步長(zhǎng)減小 則采樣點(diǎn)數(shù)增加 那么實(shí)際的執(zhí)行時(shí)間就會(huì)增加 一般仿真開(kāi)始時(shí)間設(shè)為0 而結(jié)束時(shí)間視不同的因素而選擇 總的說(shuō)來(lái) 執(zhí)行一次仿真要耗費(fèi)的時(shí)間依賴于很多因素 包括模型的復(fù)雜程度 解法器及其步長(zhǎng)的選擇 計(jì)算機(jī)時(shí)鐘的速度等等 仿真步長(zhǎng)模式 用戶在Type后面的第一個(gè)下拉選項(xiàng)框中指定仿真的步長(zhǎng)選取方式 可供選擇的有Variable step 變步長(zhǎng) 和Fixed step 固定步長(zhǎng) 方式 變步長(zhǎng)模式可以在仿真的過(guò)程中改變步長(zhǎng) 提供誤差控制和過(guò)零檢測(cè) 固定步長(zhǎng)模式在仿真過(guò)程中提供固定的步長(zhǎng) 不提供誤差控制和過(guò)零檢測(cè) 用戶還可以在第二個(gè)下拉選項(xiàng)框中選擇對(duì)應(yīng)模式下仿真所采用的算法 變步長(zhǎng)模式解法器有 ode45 ode23 ode113 ode15s ode23s ode23t ode23tb和discrete ode45 缺省值 四 五階龍格 庫(kù)塔法 適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng) 但不適用于剛性 stiff 系統(tǒng) 它是單步解法器 也就是 在計(jì)算y tn 時(shí) 它僅需要最近處理時(shí)刻的結(jié)果y tn 1 一般來(lái)說(shuō) 面對(duì)一個(gè)仿真問(wèn)題最好是首先試試ode45 ode23 二 三階龍格 庫(kù)塔法 它在誤差限要求不高和求解的問(wèn)題不太難的情況下 可能會(huì)比ode45更有效 也是一個(gè)單步解法器 ode113 是一種階數(shù)可變的解法器 它在誤差容許要求嚴(yán)格的情況下通常比ode45有效 ode113是一種多步解法器 也就是在計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻輸出時(shí) 它需要以前多個(gè)時(shí)刻的解 ode15s 是一種基于數(shù)字微分公式的解法器 NDFs 也是一種多步解法器 適用于剛性系統(tǒng) 當(dāng)用戶估計(jì)要解決的問(wèn)題是比較困難的 或者不能使用ode45 或者即使使用效果也不好 就可以用ode15s ode23s 它是一種單步解法器 專門(mén)應(yīng)用于剛性系統(tǒng) 在弱誤差允許下的效果好于ode15s 它能解決某些ode15s所不能有效解決的stiff問(wèn)題 ode23t 是梯形規(guī)則的一種自由插值實(shí)現(xiàn) 這種解法器適用于求解適度stiff的問(wèn)題而用戶又需要一個(gè)無(wú)數(shù)字振蕩的解法器的情況 ode23tb 是TR BDF2的一種實(shí)現(xiàn) TR BDF2是具有兩個(gè)階段的隱式龍格 庫(kù)塔公式 discrtet 當(dāng)Simulink檢查到模型沒(méi)有連續(xù)狀態(tài)時(shí)使用它 固定步長(zhǎng)模式解法器有 ode5 ode4 ode3 ode2 ode1和discrete ode5 缺省值 是ode45的固定步長(zhǎng)版本 適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng) 不適用于剛性系統(tǒng) ode4 四階龍格 庫(kù)塔法 具有一定的計(jì)算精度 ode3 固定步長(zhǎng)的二 三階龍格 庫(kù)塔法 ode2 改進(jìn)的歐拉法 ode1 歐拉法 discrete 是一個(gè)實(shí)現(xiàn)積分的固定步長(zhǎng)解法器 它適合于離散無(wú)連續(xù)狀態(tài)的系統(tǒng) 步長(zhǎng)參數(shù) 對(duì)于變步長(zhǎng)模式 用戶可以設(shè)置最大的和推薦的初始步長(zhǎng)參數(shù) 缺省情況下 步長(zhǎng)自動(dòng)地確定 它由值auto表示 Maximumstepsize 最大步長(zhǎng)參數(shù) 它決定了解法器能夠使用的最大時(shí)間步長(zhǎng) 它的缺省值為 仿真時(shí)間 50 即整個(gè)仿真過(guò)程中至少取50個(gè)取樣點(diǎn) 但這樣的取法對(duì)于仿真時(shí)間較長(zhǎng)的系統(tǒng)則可能帶來(lái)取樣點(diǎn)過(guò)于稀疏 而使仿真結(jié)果失真 一般建議對(duì)于仿真時(shí)間不超過(guò)15s的采用默認(rèn)值即可 對(duì)于超過(guò)15s的每秒至少保證5個(gè)采樣點(diǎn) 對(duì)于超過(guò)100s的 每秒至少保證3個(gè)采樣點(diǎn) Initialstepsize 初始步長(zhǎng)參數(shù) 一般建議使用 auto 默認(rèn)值即可 仿真精度的定義 對(duì)于變步長(zhǎng)模式 Relativetolerance 相對(duì)誤差 它是指誤差相對(duì)于狀態(tài)的值 是一個(gè)百分比 缺省值為1e 3 表示狀態(tài)的計(jì)算值要精確到0 1 Absolutetolerance 絕對(duì)誤差 表示誤差值的門(mén)限 或者是說(shuō)在狀態(tài)值為零的情況下 可以接受的誤差 如果它被設(shè)成了auto 那么simulink為每一個(gè)狀態(tài)設(shè)置初始絕對(duì)誤差為1e 6 Mode 固定步長(zhǎng)模式選擇 Multitasking 選擇這種模式時(shí) 當(dāng)simulink檢測(cè)到模塊間非法的采樣速率轉(zhuǎn)換 它會(huì)給出錯(cuò)誤提示 所謂的非法采樣速率轉(zhuǎn)換指兩個(gè)工作在不同采樣速率的模塊之間的直接連接 在實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)中 如果任務(wù)之間存在非法采樣速率轉(zhuǎn)換 那么就有可能出現(xiàn)一個(gè)模塊的輸出在另一個(gè)模塊需要時(shí)卻無(wú)法利用的情況 通過(guò)檢查這種轉(zhuǎn)換 Multitasking將有助于用戶建立一個(gè)符合現(xiàn)實(shí)的多任務(wù)系統(tǒng)的有效模型 使用速率轉(zhuǎn)換模塊可以減少模型中的非法速率轉(zhuǎn)換 Simulink提供了兩個(gè)這樣的模塊 unitdelay模塊和zero orderhold模塊 對(duì)于從慢速率到快速率的非法轉(zhuǎn)換 可以在慢輸出端口和快輸入端口插入一個(gè)單位延時(shí)unitdelay模塊 而對(duì)于快速率到慢速率的轉(zhuǎn)換 則可以插入一個(gè)零階采樣保持器zero orderhold Singletasking 這種模式不檢查模塊間的速率轉(zhuǎn)換 它在建立單任務(wù)系統(tǒng)模型時(shí)非常有用 在這種系統(tǒng)就不存在任務(wù)同步問(wèn)題 Auto 這種模式 simulink會(huì)根據(jù)模型中模塊的采樣速率是否一致 自動(dòng)決定切換到multitasking和singletasking 輸出選項(xiàng)Refineoutput 這個(gè)選項(xiàng)可以理解成精細(xì)輸出 其意義是在仿真輸出太稀松時(shí) simulink會(huì)產(chǎn)生額外的精細(xì)輸出 這一點(diǎn)就像插值處理一樣 用戶可以在refinefactor設(shè)置仿真時(shí)間步間插入的輸出點(diǎn)數(shù) 產(chǎn)生更光滑的輸出曲線 改變精細(xì)因子比減小仿真步長(zhǎng)更有效 精細(xì)輸出只能在變步長(zhǎng)模式中才能使用 并且在ode45效果最好 Produceadditionaloutput 它允許用戶直接指定產(chǎn)生輸出的時(shí)間點(diǎn) 一旦選擇了該項(xiàng) 則在它的右邊出現(xiàn)一個(gè)outputtimes編輯框 在這里用戶指定額外的仿真輸出點(diǎn) 它既可以是一個(gè)時(shí)間向量 也可以是表達(dá)式 與精細(xì)因子相比 這個(gè)選項(xiàng)會(huì)改變仿真的步長(zhǎng) Producespecifiedoutputonly 它的意思是讓simulink只在指定的時(shí)間點(diǎn)上產(chǎn)生輸出 為此解法器要調(diào)整仿真步長(zhǎng)以使之和指定的時(shí)間點(diǎn)重合 這個(gè)選項(xiàng)在比較不同的仿真時(shí)可以確保它們?cè)谙嗤臅r(shí)間輸出 2 WorkspaceI O頁(yè) 此頁(yè)主要用來(lái)設(shè)置SIMULINK與MATLAB工作空間交換數(shù)值的有關(guān)選項(xiàng) Loadfromworkspace 選中前面的復(fù)選框即可從MATLAB工作空間獲取時(shí)間和輸入變量 一般時(shí)間變量定義為t 輸入變量定義為u Initialstate用來(lái)定義從MATLAB工作空間獲得的狀態(tài)初始值的變量名 Savetoworkspace 用來(lái)設(shè)置存往MATLAB工作空間的變量類型和變量名 選中變量類型前的復(fù)選框使相應(yīng)的變量有效 一般存往工作空間的變量包括輸出時(shí)間向量 Time 狀態(tài)向量 States 和輸出變量 Output Finalstate用來(lái)定義將系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值存往工作空間所使用的變量名 Saveoption 用來(lái)設(shè)置存往工作空間的有關(guān)選項(xiàng) Limitrowstolast用來(lái)設(shè)定SIMULINK仿真結(jié)果最終可存往MATLAB工作空間的變量的規(guī)模 對(duì)于向量而言即其維數(shù) 對(duì)于矩陣而言即其秩 Decimation設(shè)定了一個(gè)亞采樣因子 它的缺省值為1 也就是對(duì)每一個(gè)仿真時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生值都保存 而若為2 則是每隔一個(gè)仿真時(shí)刻才保存一個(gè)值 Format用來(lái)說(shuō)明返回?cái)?shù)據(jù)的格式 包括矩陣matrix 結(jié)構(gòu)struct及帶時(shí)間的結(jié)構(gòu)structwithtime 3 Diagnostics頁(yè) 此頁(yè)分成兩個(gè)部分 仿真選項(xiàng)和配置選項(xiàng) 配置選項(xiàng)下的列表框主要列舉了一些常見(jiàn)的事件類型 以及當(dāng)SIMULINK檢查到這些事件時(shí)給予的處理 仿真選項(xiàng)options主要包括是否進(jìn)行一致性檢驗(yàn) 是否禁用過(guò)零檢測(cè) 是否禁止復(fù)用緩存 是否進(jìn)行不同版本的SIMULINK的檢驗(yàn)等幾項(xiàng) 除了上述3個(gè)主要的頁(yè)外 仿真參數(shù)設(shè)置窗口還包括real timeworkshop頁(yè) 主要用于與C語(yǔ)言編輯器的交換 通過(guò)它可以直接從SIMULINK模型生成代碼并且自動(dòng)建立可以在不同環(huán)境下運(yùn)行的程序 這些環(huán)境包括實(shí)時(shí)系統(tǒng)和單機(jī)仿真 二 啟動(dòng)仿真設(shè)置仿真參數(shù)和選擇解法器之后 就可以啟動(dòng)仿真而運(yùn)行 選擇Simulink菜單下的start選項(xiàng)來(lái)啟動(dòng)仿真 如果模型中有些參數(shù)沒(méi)有定義 則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤信息提示框 如果一切設(shè)置無(wú)誤 則開(kāi)始仿真運(yùn)行 結(jié)束時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出一鳴叫聲 除了直接在SIMULINK環(huán)境下啟動(dòng)仿真外 還可以在MATLAB命令窗口中通過(guò)函數(shù)進(jìn)行 格式如下 t x y sim 模型文件名 totf simset 參數(shù)1 參數(shù)值1 參數(shù)2 參數(shù)值2 其中to為仿真起始時(shí)間 tf為仿真終止時(shí)間 t x y 為返回值 t為返回的時(shí)間向量值 x為返回的狀態(tài)值 y為返回的輸出向量值 simset定義了仿真參數(shù) 包括以下一些主要參數(shù) AbsTol 默認(rèn)值為1e 6設(shè)定絕對(duì)誤差范圍 Decimation 默認(rèn)值為1 決定隔多少個(gè)