SIMULINK仿真的运行 构建好一个系统的模型之后,接下来的事情就是运行模型,得出仿真 结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤:设置仿真参数,启动 仿真和仿真结果分析。 一、设置仿真参数和选择解法器 设置仿真参数和选择解法器,选择Simulation菜单下的Parameters命令,就会弹出一个仿真参数对话框,它主要用三个页面来管理仿 真的参数。 I. II. III. Solver页,它允许用户设置仿真的开始和结束时间,选择解法器, 说明解法器参数及选择一些输出选项。 Workspace I/O页,作用是管理模型从MATLAB工作空间的输入和 对它的输出。 Diagnostics页,允许用户选择Simulink在仿真中显示的警告信息的 等级。 1、Solver页 此页可以进行的设置有:选择仿真开始和结束的时间;选择解法器, 并设定它的参数;选择输出项。 1) 仿真时间:注意这里的时间概念与真实的时间并不一样,只是计算机 仿真中对时间的一种表示,比如10秒的仿真时间,如果采样步长定为 0.1,则需要执行100步,若把步长减小,则采样点数增加,那么实际 的执行时间就会增加。一般仿真开始时间设为0,而结束时间视不同 的因素而选择。总的说来,执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因 素,包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速 度等等。 2) 仿真步长模式:用户在Type后面的第一个下拉选项框中指定仿真的步 长选取方式,可供选择的有Variable-step(变步长)和Fixed-step(固 定步长)方式。变步长模式可以在仿真的过程中改变步长,提供误差 控制和过零检测。固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长,不提 供误差控制和过零检测。用户还可以在第二个下拉选项框中选择对应 模式下仿真所采用的算法。 变步长模式解法器有:ode45,ode23,ode113,ode15s,ode23s, ode23t,ode23tb和discrete。 a) ode45:缺省值,四/五阶龙格-库塔法,适用于大多数连续或离散系 统,但不适用于刚性(stiff)系统。它是单步解法器,也就是,在计 算y(tn)时,它仅需要最近处理时刻的结果y(tn-1)。一般来说,面对一 个仿真问题最好是首先试试ode45。 b) ode23:二/三阶龙格-库塔法,它在误差限要求不高和求解的问题不 太难的情况下,可能会比ode45更有效。也是一个单步解法器。 c) ode113:是一种阶数可变的解法器,它在误差容许要求严格的情况下 通常比ode45有效。ode113是一种多步解法器,也就是在计算当前时刻 输出时,它需要以前多个时刻的解。 d) ode15s:是一种基于数字微分公式的解法器(NDFs)。也是一种多步 解法器。适用于刚性系统,当用户估计要解决的问题是比较困难的, 或者不能使用ode45,或者即使使用效果也不好,就可以用ode15s。 e) ode23s:它是一种单步解法器,专门应用于刚性系统,在弱误差允 许下的效果好于ode15s。它能解决某些ode15s所不能有效解决的stiff 问题。 ode23t:是梯形规则的一种自由插值实现。这种解法器适用于求解 适度stiff的问题而用户又需要一个无数字振荡的解法器的情况。 f) g) ode23tb:是TR-BDF2的一种实现, TR-BDF2 是具有两个阶段的隐 式龙格-库塔公式。 h) discrtet:当Simulink检查到模型没有连续状态时使用它。 固定步长模式解法器有:ode5,ode4,ode3,ode2,ode1和discrete。 a) ode5:缺省值,是ode45的固定步长版本,适用于大多数连续或离散系 统,不适用于刚性系统。 b) ode4:四阶龙格-库塔法,具有一定的计算精度。 c) ode3:固定步长的二/三阶龙格-库塔法。 d) ode2:改进的欧拉法。 e) f) ode1:欧拉法。 discrete:是一个实现积分的固定步长解法器,它适合于离散无连续状 态的系统。 3) 步长参数:对于变步长模式,用户可以设置最大的和推荐的初始步长 参数,缺省情况下,步长自动地确定,它由值auto表示。 a) Maximum step size(最大步长参数):它决定了解法器能够使用的最 大时间步长,它的缺省值为“仿真时间/50”,即整个仿真过程中至少 取50个取样点,但这样的取法对于仿真时间较长的系统则可能带来取 样点过于稀疏,而使仿真结果失真。一般建议对于仿真时间不超过15s 的采用默认值即可,对于超过15s的每秒至少保证5个采样点,对于超 过100s的,每秒至少保证3个采样点。 b) Initial step size(初始步长参数):一般建议使用“auto”默认值即可。 4) 仿真精度的定义(对于变步长模式) a) Relative tolerance(相对误差):它是指误差相对于状态的值,是一个 百分比,缺省值为1e-3,表示状态的计算值要精确到0.1%。 b) Absolute tolerance(绝对误差):表示误差值的门限,或者是说在状 态值为零的情况下,可以接受的误差。如果它被设成了auto,那么 simulink为每一个状态设置初始绝对误差为1e-6。 5) Mode(固定步长模式选择) a) Multitasking:选择这种模式时,当simulink检测到模块间非法的采样 速率转换,它会给出错误提示。所谓的非法采样速率转换指两个工作 在不同采样速率的模块之间的直接连接。在实时多任务系统中,如果 任务之间存在非法采样速率转换,那么就有可能出现一个模块的输出 在另一个模块需要时却无法利用的情况。通过检查这种转换, Multitasking将有助于用户建立一个符合现实的多任务系统的有效模型。 使用速率转换模块可以减少模型中的非法速率转换。Simulink提供了 两个这样的模块:unit delay模块和zero-order hold模块。对于从慢速率 到快速率的非法转换,可以在慢输出端口和快输入端口插入一个单位 延时unit delay模块。而对于快速率到慢速率的转换,则可以插入一个 零阶采样保持器zero-order hold。 b) Singletasking:这种模式不检查模块间的速率转换,它在建立单任务系 统模型时非常有用,在这种系统就不存在任务同步问题。 c) Auto:这种模式,simulink会根据模型中模块的采样速率是否一致, 自动决定切换到multitasking和singletasking。 6) 输出选项 a) Refine output:这个选项可以理解成精细输出,其意义是在仿真输出太 稀松时,simulink会产生额外的精细输出,这一点就像插值处理一样。 用户可以在refine factor设置仿真时间步间插入的输出点数。 产生更光滑的输出曲线,改变精细因子比减小仿真步长更有效。精细 输出只能在变步长模式中才能使用,并且在ode45效果最好。 b) Produce additional output:它允许用户直接指定产生输出的时间点。