SIMULINK仿真參數(shù)的設(shè)置

SIMULINK仿真的運行 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 就會彈出一個仿真參數(shù)對話框 它主要用三個頁面來管理仿真的參數(shù) Solver頁 它允許用戶設(shè)置仿真的開始和結(jié)束時間 選擇解法器 說明解法器參數(shù)及選擇一些輸出選項 WorkspaceI O頁 作用是管理模型從MATLAB工作空間的輸入和對它的輸出 Diagnostics頁 允許用戶選擇Simulink在仿真中顯示的警告信息的等級 構(gòu)建好一個系統(tǒng)的模型之后 接下來的事情就是運行模型 得出仿真結(jié)果 運行一個仿真的完整過程分成三個步驟 設(shè)置仿真參數(shù) 啟動仿真和仿真結(jié)果分析 1 Solver頁 此頁可以進行的設(shè)置有 選擇仿真開始和結(jié)束的時間 選擇解法器 并設(shè)定它的參數(shù) 選擇輸出項 仿真時間 注意這里的時間概念與真實的時間并不一樣 只是計算機仿真中對時間的一種表示 比如10秒的仿真時間 如果采樣步長定為0 1 則需要執(zhí)行100步 若把步長減小 則采樣點數(shù)增加 那么實際的執(zhí)行時間就會增加 一般仿真開始時間設(shè)為0 而結(jié)束時間視不同的因素而選擇 總的說來 執(zhí)行一次仿真要耗費的時間依賴于很多因素 包括模型的復雜程度 解法器及其步長的選擇 計算機時鐘的速度等等 仿真步長模式 用戶在Type后面的第一個下拉選項框中指定仿真的步長選取方式 可供選擇的有Variable step 變步長 和Fixed step 固定步長 方式 變步長模式可以在仿真的過程中改變步長 提供誤差控制和過零檢測 固定步長模式在仿真過程中提供固定的步長 不提供誤差控制和過零檢測 用戶還可以在第二個下拉選項框中選擇對應(yīng)模式下仿真所采用的算法 變步長模式解法器有 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 在計算y tn 時 它僅需要最近處理時刻的結(jié)果y tn 1 一般來說 面對一個仿真問題最好是首先試試ode45 ode23 二 三階龍格 庫塔法 它在誤差限要求不高和求解的問題不太難的情況下 可能會比ode45更有效 也是一個單步解法器 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 也就是在計算當前時刻輸出時 它需要以前多個時刻的解 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) 當用戶估計要解決的問題是比較困難的 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問題 ode23t 是梯形規(guī)則的一種自由插值實現(xiàn) 這種解法器適用于求解適度stiff的問題而用戶又需要一個無數(shù)字振蕩的解法器的情況 ode23tb 是TR BDF2的一種實現(xiàn) TR BDF2是具有兩個階段的隱式龍格 庫塔公式 discrtet 當Simulink檢查到模型沒有連續(xù)狀態(tài)時使用它 固定步長模式解法器有 ode5 ode4 ode3 ode2 ode1和discrete ode5 缺省值 是ode45的固定步長版本 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 庫塔法 具有一定的計算精度 ode3 固定步長的二 三階龍格 庫塔法 ode2 改進的歐拉法 ode1 歐拉法 discrete 是一個實現(xiàn)積分的固定步長解法器 它適合于離散無連續(xù)狀態(tài)的系統(tǒng) 步長參數(shù) 對于變步長模式 用戶可以設(shè)置最大的和推薦的初始步長參數(shù) 缺省情況下 步長自動地確定 它由值auto表示 Maximumstepsize 最大步長參數(shù) 它決定了解法器能夠使用的最大時間步長 它的缺省值為 仿真時間 50 即整個仿真過程中至少取50個取樣點 但這樣的取法對于仿真時間較長的系統(tǒng)則可能帶來取樣點過于稀疏 而使仿真結(jié)果失真 一般建議對于仿真時間不超過15s的采用默認值即可 對于超過15s的每秒至少保證5個采樣點 對于超過100s的 每秒至少保證3個采樣點 Initialstepsize 初始步長參數(shù) 一般建議使用 auto 默認值即可 仿真精度的定義 對于變步長模式 Relativetolerance 相對誤差 它是指誤差相對于狀態(tài)的值 是一個百分比 缺省值為1e 3 表示狀態(tài)的計算值要精確到0 1 Absolutetolerance 絕對誤差 表示誤差值的門限 或者是說在狀態(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為每一個狀態(tài)設(shè)置初始絕對誤差為1e 6 Mode 固定步長模式選擇 Multitasking 選擇這種模式時 當simulink檢測到模塊間非法的采樣速率轉(zhuǎn)換 它會給出錯誤提示 所謂的非法采樣速率轉(zhuǎn)換指兩個工作在不同采樣速率的模塊之間的直接連接 在實時多任務(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)一個模塊的輸出在另一個模塊需要時卻無法利用的情況 通過檢查這種轉(zhuǎn)換 Multitasking將有助于用戶建立一個符合現(xiàn)實的多任務(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提供了兩個這樣的模塊 unitdelay模塊和zero orderhold模塊 對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單位延時unitdelay模塊 而對于快速率到慢速率的轉(zhuǎn)換 則可以插入一個零階采樣保持器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)模型時非常有用 在這種系統(tǒng)就不存在任務(wù)同步問題 Auto 這種模式 simulink會根據(jù)模型中模塊的采樣速率是否一致 自動決定切換到multitasking和singletasking 輸出選項Refineoutput 這個選項可以理解成精細輸出 其意義是在仿真輸出太稀松時 simulink會產(chǎn)生額外的精細輸出 這一點就像插值處理一樣 用戶可以在refinefactor設(shè)置仿真時間步間插入的輸出點數(shù) 產(chǎn)生更光滑的輸出曲線 改變精細因子比減小仿真步長更有效 精細輸出只能在變步長模式中才能使用 并且在ode45效果最好 Produceadditionaloutput 它允許用戶直接指定產(chǎn)生輸出的時間點 一旦選擇了該項 則在它的右邊出現(xiàn)一個outputtimes編輯框 在這里用戶指定額外的仿真輸出點 它既可以是一個時間向量 也可以是表達式 與精細因子相比 這個選項會改變仿真的步長 Producespecifiedoutputonly 它的意思是讓simulink只在指定的時間點上產(chǎn)生輸出 為此解法器要調(diào)整仿真步長以使之和指定的時間點重合 這個選項在比較不同的仿真時可以確保它們在相同的時間輸出 2 WorkspaceI O頁 此頁主要用來設(shè)置SIMULINK與MATLAB工作空間交換數(shù)值的有關(guān)選項 Loadfromworkspace 選中前面的復選框即可從MATLAB工作空間獲取時間和輸入變量 一般時間變量定義為t 輸入變量定義為u Initialstate用來定義從MATLAB工作空間獲得的狀態(tài)初始值的變量名 Savetoworkspace 用來設(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間向量 Time 狀態(tài)向量 States 和輸出變量 Output Finalstate用來定義將系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值存往工作空間所使用的變量名 Saveoption 用來設(shè)置存往工作空間的有關(guān)選項 Limitrowstolast用來設(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 對于向量而言即其維數(shù) 對于矩陣而言即其秩 Decimation設(shè)定了一個亞采樣因子 它的缺省值為1 也就是對每一個仿真時間點產(chǎn)生值都保存 而若為2 則是每隔一個仿真時刻才保存一個值 Format用來說明返回數(shù)據(jù)的格式 包括矩陣matrix 結(jié)構(gòu)struct及帶時間的結(jié)構(gòu)structwithtime 3 Diagnostics頁 此頁分成兩個部分 仿真選項和配置選項 配置選項下的列表框主要列舉了一些常見的事件類型 以及當SIMULINK檢查到這些事件時給予的處理 仿真選項options主要包括是否進行一致性檢驗 是否禁用過零檢測 是否禁止復用緩存 是否進行不同版本的SIMULINK的檢驗等幾項 除了上述3個主要的頁外 仿真參數(shù)設(shè)置窗口還包括real timeworkshop頁 主要用于與C語言編輯器的交換 通過它可以直接從SIMULINK模型生成代碼并且自動建立可以在不同環(huán)境下運行的程序 這些環(huán)境包括實時系統(tǒng)和單機仿真 二 啟動仿真設(shè)置仿真參數(shù)和選擇解法器之后 就可以啟動仿真而運行 選擇Simulink菜單下的start選項來啟動仿真 如果模型中有些參數(shù)沒有定義 則會出現(xiàn)錯誤信息提示框 如果一切設(shè)置無誤 則開始仿真運行 結(jié)束時系統(tǒng)會發(fā)出一鳴叫聲 除了直接在SIMULINK環(huán)境下啟動仿真外 還可以在MATLAB命令窗口中通過函數(shù)進行 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為仿真起始時間 tf為仿真終止時間 t x y 為返回值 t為返回的時間向量值 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 默認值為1e 6設(shè)定絕對誤差范圍 Decimation 默認值為1 決定隔多少個