SIMULINK仿真的運行

SIMULINK仿真的運行
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。
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。
Workspace I/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。
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?？偟恼f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(fù)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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。
Maximum step size（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。
Initial step size（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）
Relative tolerance（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%。
Absolute tolerance（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(dāng)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：unit delay模塊和zero-order hold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unit delay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-order hold。
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
Refine output：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refine factor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。
Produce additional output：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output times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。
Produce specified output only：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。
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。
Load from workspace：選中前面的復(fù)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。 Initial state用來定義從MATLAB工作空間獲得的狀態(tài)初始值的變量名。
Save to workspace：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(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間向量（Time）、狀態(tài)向量（States）和輸出變量（Output）。 Final state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。
Save option：用來設(shè)置存往工作空間的有關(guān)選項。Limit rows to last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)struct with time。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(dāng)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(fù)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-time workshop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’,[to tf],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，決定隔多少個點返回狀態(tài)和輸出值。
Solver：解法器的選擇。
MaxRows：默認值為0，表示不限制。若為大于零的值，則表示限制輸?? 出和狀態(tài)的規(guī)模，使其最大行數(shù)等于該數(shù)值。
InitialState：一個向量值，用于設(shè)定初始狀態(tài)。
FixedStep：用一個正數(shù)表示步階的大小，僅用于固定步長模式。
MaxStep：默認值為auto。用于變步長模式，表示最大的步階大小。

如果知道模型文件名稱，可以用以下命令得到該模型的仿真參數(shù)：
simget(‘模型文件名’）