11.4simulink各類仿真算法及實例

1、2022/8/12Matlab快速入門（ SIMULINK4 ）主講人：張老師Zhang Eric 嚴禁實用框架完整動態(tài)PPT模板延時符大話成像All in camera SIMULINK運行仿真運行仿真過程SIMULINK一般使用窗口菜單命令進行仿真，方便且人機交互性強，用戶可容易地進行仿真解法及仿真參數(shù)的選擇、定義和修改等操作。使用窗口菜單命令進行仿真主要可以完成以下一些操作過程。1. 設(shè)置仿真參數(shù)選擇菜單選項SimulationMode Configuration Parameters可以進行仿真參數(shù)及算法的設(shè)置。選擇此選項后會顯示仿真參數(shù)對話框，如圖所示。仿真參數(shù)對話框此對話框包含的主

2、要屬性頁的內(nèi)容及功能如下：(1) Solver：設(shè)置仿真的起始和終止時間，設(shè)置積分解法以及步長等參數(shù)；(2) Data Import/Export：SIMULINK和MATLAB工作間數(shù)據(jù)的輸入和輸出設(shè)定，以及數(shù)據(jù)存儲時的格式、長度等參數(shù)設(shè)置；(3) Diagnostics：允許用戶選擇在仿真過程中警告信息顯示等級。選擇適當?shù)乃惴ú⒃O(shè)置好其它仿真參數(shù)后，選擇對話框中的“OK”或“Apply”命令，修改的設(shè)置生效。2. 啟動仿真完成仿真參數(shù)的設(shè)置后，就可以開始仿真。確認待仿真的仿真平臺窗口為當前窗口，選擇菜單選項Simulation Start或點擊工具欄中的圖標啟動仿真。3. 顯示仿真結(jié)果如果

3、建立的模型沒有錯誤，選擇的參數(shù)合適，則仿真過程將順利進行。這時，雙擊模型中用來顯示輸出的模塊(如Scope模塊)，就可以觀察到仿真的結(jié)果。當然，也可以在仿真開始前先雙擊打開顯示輸出模塊，再開始仿真。4. 停止仿真對于仿真時間較長的模型，如果在仿真過程結(jié)束之前，用戶想停止此次仿真過程，可以選擇菜單選項SimulationStop停止仿真。5. 仿真診斷在仿真過程中若出現(xiàn)錯誤，SIMULINK將會終止仿真并彈出一個標題為“Error Dialog”的帶有明顯出錯圖標的錯誤提示框。點擊提示框中的“OK”按鍵，將顯示錯誤信息對話框。該對話框分為如下三部分：(1) 出錯信息列表。顯示所有出錯信息，包含四

4、個列項如下： Message：信息類型，如模塊錯誤，連線警告等； Source：模型中出錯的模塊名； Reported by：出錯信息來源，如SIMULINK、Stateflow、Workshop等； Summary：出錯信息概括。(2) 當前錯誤詳細信息顯示。用戶可以在出錯信息列表中選擇任意一條錯誤，當前所選錯誤的詳細信息將顯示在本區(qū)域。(3) 命令按鍵部分。點擊“Open”按鍵可用來打開出錯模型并以黃色突出顯示。仿真參數(shù)的設(shè)置如前所述，選擇菜單選項SimulationConfiguration Parameters，將顯示仿真參數(shù)對話框，如圖3-33所示。這里介紹解法設(shè)置屬性頁(Solve

5、r)中最常用的設(shè)置項，讀者可以通過查閱help文檔了解其它項目的相關(guān)內(nèi)容。1. 設(shè)置仿真時間設(shè)置仿真時間非常重要，它決定了模型仿真的時間或取值區(qū)域，其設(shè)置完全根據(jù)待仿真系統(tǒng)的特性確定，反映在輸出顯示上就是示波器的橫軸坐標值的取值范圍?！癝tart time”和“Stop time”項分別用以設(shè)置仿真開始時間(或取值區(qū)域下限)和終止時間(或取值區(qū)域上限)，默認值分別為0.0和10.0。2. 選擇仿真算法在SIMULINK的仿真過程中選擇合適的算法是很重要的。仿真算法是求常微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程解的數(shù)值計算方法，主要有歐拉法(Eular)、阿達姆斯法(Adams)和龍格庫塔法(Runge-K

6、utta)。由于動態(tài)系統(tǒng)的差異性，使得某種算法對某類問題比較有效，而另外算法對另一類問題更有效。因此，對不同的問題，可以選擇不同的適應(yīng)算法和相應(yīng)的參數(shù)，以得到更準確、快速的解。根據(jù)仿真步長，SIMULINK中提供的常微分方程數(shù)值計算的算法大致可以分兩類：(1) Variable Step：可變步長類算法，在仿真過程中可以自動調(diào)整步長，并通過減小步長來提高計算的精度。(2) Fixed Step：固定步長類算法，在仿真過程中采取基準采樣時間作為固定步長。一般而言，使用變步長的自適應(yīng)算法是比較好的選擇。這類算法會按照設(shè)定的精確度在各積分段內(nèi)自適應(yīng)地尋找最大步長進行積分，從而使得效率最高。SIMUL

7、INK中的各種仿真算法及其說明參見下表。SIMULINK中的各種仿真算法及其說明 示波器的使用示波器(Scope)模塊是SIMULINK仿真中非常重要的一個模塊，不僅可以實現(xiàn)仿真結(jié)果波形的顯示，而且可以同時保存波形數(shù)據(jù)，是人機交互的重要手段。雙擊示波器模塊圖標，即可彈出示波器的窗口界面。示波器模塊屬性的設(shè)置對用戶觀察和分析仿真結(jié)果影響很大，必須進行合適的屬性設(shè)置才能得到滿意的顯示效果。示波器窗口界面1. 示波器參數(shù)點擊“示波器參數(shù)”按鍵，彈出示波器參數(shù)對話框. “時間范圍”(Time )文本框：用于設(shè)定示波器時間軸的最大值，一般可選“自動”(auto)，這樣x軸可以自動以系統(tǒng)的仿真起始和終止時

8、間作為示波器的時間顯示范圍。 “單位標簽”(Time-axis labels)下拉框：用于選擇標簽的貼放位置。Logging標簽頁(1) “僅顯示最新的數(shù)據(jù)”(Limit data points to last)復選框：用于數(shù)據(jù)點數(shù)設(shè)置。選中后，其后的文本框被激活，默認值為5000，表示示波器顯示5000個數(shù)據(jù)，若超過5000個數(shù)據(jù)，也僅顯示最后的5000個數(shù)據(jù)。若不選該項，所有數(shù)據(jù)都顯示，但對計算機內(nèi)存要求較高。(2) “保存數(shù)據(jù)至工作間”(Log data to workspace)復選框：數(shù)據(jù)在顯示的同時被保存到MATLAB工作空間中。若選中該項，將激活該復選框下的另兩個參數(shù)設(shè)置項：“變

9、量名”文本框用于設(shè)置保存數(shù)據(jù)的名稱，以便在MATLAB工作空間中識別和調(diào)用該數(shù)據(jù)；“格式”文本框用于設(shè)置數(shù)據(jù)的保存格式。數(shù)據(jù)的保存格式有三種：“數(shù)組”(Array)格式，用于只有一個輸入變量的數(shù)據(jù)保存格式；“帶時間變量的結(jié)構(gòu)” (Structure with time)格式，用于同時保存波形數(shù)據(jù)和時間；“結(jié)構(gòu)”(Structure)格式，用于僅保存波形數(shù)據(jù)。圖形縮放仿真波形在示波器中顯示，有時用戶需要對波形顯示區(qū)域和大小進行適當調(diào)整，達到最佳觀察效果。示波器窗口的工具欄提供了四個工具按鍵用以圖形縮放操作。(1) 區(qū)域放大按鍵：首先在工具欄中點擊區(qū)域放大按鍵，然后在窗口中需要放大的區(qū)域上按住鼠標

10、左鍵并拖曳一個矩形框，用矩形框框住需要放大的圖形區(qū)域，松開鼠標左鍵，該區(qū)域被放大顯示。(2) x軸放大按鍵：首先在工具欄中點擊x軸放大按鍵，然后在窗口中需要放大的區(qū)域按住鼠標左鍵，并沿x軸方向拖拉即可。(3) y軸放大按鍵：首先在工具欄中點擊y軸放大按鍵，然后在窗口中需要放大的區(qū)域上按住鼠標左鍵，并沿y軸方向拖拉即可。(4) 自動尺寸按鍵：能自動地調(diào)整示波器的橫軸和縱軸，既可完全顯示用戶設(shè)置的仿真時間域以及對應(yīng)的結(jié)果數(shù)值域，又能取得合理的顯示效果，應(yīng)用非常方便。坐標軸范圍示波器的x軸和y軸的最大取值范圍一般是自動設(shè)定的，利用圖形縮放中的放大鏡功能可以在x軸和y軸的范圍內(nèi)選取其中一部分顯示。當需要進一步放大y軸的范圍或更精確地標定y軸的坐標范圍時，可以利用軸參數(shù)設(shè)置頁進行設(shè)置。在示波器窗口的圖形區(qū)域內(nèi)單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“Co