動態(tài)仿真集成環(huán)境-Simulink

1、1第第6 6章章 動態(tài)仿真集成環(huán)境動態(tài)仿真集成環(huán)境- - SimulinkSimulink 本章內(nèi)容本章內(nèi)容(1) 注意區(qū)分書中Simulink庫瀏覽窗口庫瀏覽窗口與Simulink模塊庫模塊庫的區(qū)別；(2) 熟悉Simulink模塊庫模塊庫和Simulink附加模塊庫中常用標(biāo)準模塊的功能附加模塊庫中常用標(biāo)準模塊的功能 及其應(yīng)用；及其應(yīng)用；(3) Simulink標(biāo)準模塊在用戶模型窗口中建立控制系統(tǒng)仿真模型建立控制系統(tǒng)仿真模型；(4) 熟悉利用Simulink進行系統(tǒng)仿真的兩種仿真方法：菜單法和行命令法兩種仿真方法：菜單法和行命令法；(5) 仿真算法和參數(shù)仿真算法和參數(shù)以及常用標(biāo)準模塊參數(shù)的設(shè)

2、置模塊參數(shù)的設(shè)置；(6) 仿真結(jié)果的三種處理方法，并注意輸出接口模塊(Out1)和將數(shù)據(jù)輸出 到工作空間模塊(To Workspace)的不同用法及其利用它們輸出信號時 的仿真參數(shù)的設(shè)置；(7) MATLAB求解非線性系統(tǒng)的線性化模型；(8) 熟悉子系統(tǒng)的兩種建立方法：菜單法和模塊法，以及條件子系統(tǒng)的應(yīng)用(9) 模型封裝模板編輯器的參數(shù)設(shè)置及系統(tǒng)模型的封裝步驟。 26.3 6.3 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真 創(chuàng)建好系統(tǒng)模型后，就可以在用戶模型窗創(chuàng)建好系統(tǒng)模型后，就可以在用戶模型窗口中利用口中利用Simulink的菜單命令的菜單命令或者在或者在MATLAB的命令窗口中利用的命令窗口中利

3、用MATLAB的指的指令操作方式令操作方式對系統(tǒng)進行仿真了。對系統(tǒng)進行仿真了。36.3.1 6.3.1 利用利用SimulinkSimulink菜單命令進行仿真菜單命令進行仿真 Simulink Simulink的菜單命令方式的菜單命令方式對于交互式工作非常對于交互式工作非常方便方便，這種在，這種在SimulinkSimulink窗口下進行的仿真最直觀，窗口下進行的仿真最直觀，它可使用它可使用ScopesScopes或者其他的顯示模塊，在運行仿或者其他的顯示模塊，在運行仿真時觀察仿真結(jié)果。仿真的結(jié)果還可保存到真時觀察仿真結(jié)果。仿真的結(jié)果還可保存到MATLABMATLAB工作空間的變量中，以待進

4、一步的處理。工作空間的變量中，以待進一步的處理。另外，在這種仿真方式下，無論是對框圖模型本另外，在這種仿真方式下，無論是對框圖模型本身還是對數(shù)值算法及參數(shù)的選擇都可以很方便地身還是對數(shù)值算法及參數(shù)的選擇都可以很方便地修改和操縱。修改和操縱。模型及仿真參數(shù)模型及仿真參數(shù)不僅在仿真前允許不僅在仿真前允許編程和修改，而且編程和修改，而且在仿真過程中也允許作一定程在仿真過程中也允許作一定程度的修改度的修改。在這種菜單仿真方式下，在一個系統(tǒng)。在這種菜單仿真方式下，在一個系統(tǒng)仿真的同時，仿真的同時，允許打開另一個系統(tǒng)允許打開另一個系統(tǒng)。4 在啟動仿真開始之前，首先應(yīng)選擇系統(tǒng)模型窗口中在啟動仿真開始之前，首

5、先應(yīng)選擇系統(tǒng)模型窗口中的的SimulationConfiguration Parameters命令來設(shè)命令來設(shè)置仿真算法和參數(shù)，這時將給出一個如圖置仿真算法和參數(shù)，這時將給出一個如圖6-31所示的所示的對話框，它包括對話框，它包括七個頁面和四個功能按鈕七個頁面和四個功能按鈕。其中，前。其中，前兩個頁面是經(jīng)常需要用戶改變設(shè)置的。兩個頁面是經(jīng)常需要用戶改變設(shè)置的。圖圖6-316-3151. 1. 求解器求解器(Solver)(Solver)頁面頁面 該頁面用來設(shè)置仿真開始和停止時間、選擇仿該頁面用來設(shè)置仿真開始和停止時間、選擇仿真算法和指定算法的參數(shù)等，如圖真算法和指定算法的參數(shù)等，如圖6-31所

6、示。所示。1) 仿真時間仿真時間(Simulation time)(Simulation time) 仿真時間是由參數(shù)對話框中的開始時間仿真時間是由參數(shù)對話框中的開始時間(Start (Start Time)Time)和停止時間和停止時間(Stop Time)(Stop Time)框中的內(nèi)容來確定框中的內(nèi)容來確定的，它們均可修改，缺省的開始時間為的，它們均可修改，缺省的開始時間為0.00.0秒，秒，停止時間為停止時間為10.010.0秒。在仿真過程中允許實時修改秒。在仿真過程中允許實時修改仿真的終止時間仿真的終止時間(Stop Time)(Stop Time)62) 求解器選項求解器選項 (S

7、olver options)(Solver options) 仿真涉及常微分方程組的數(shù)值積分，由于動態(tài)系統(tǒng)仿真涉及常微分方程組的數(shù)值積分，由于動態(tài)系統(tǒng)行為的多樣性，目前還沒有一種算法能夠保證所有模行為的多樣性，目前還沒有一種算法能夠保證所有模型的數(shù)值仿真結(jié)果總是準確、可靠的。為此，型的數(shù)值仿真結(jié)果總是準確、可靠的。為此，SimulinkSimulink提供了變步長提供了變步長 (Variable-step)(Variable-step)和定步長和定步長(Fixed-step) (Fixed-step) 兩大類數(shù)值積分算法供用戶選擇。對兩大類數(shù)值積分算法供用戶選擇。對于變步長算法，可以設(shè)定最大步

8、長（于變步長算法，可以設(shè)定最大步長（Max step Max step sizesize）、最小步長）、最小步長(Min step size)(Min step size)、起始步長、起始步長（Initial step sizeInitial step size）、相對容差）、相對容差(Relative (Relative tolerance)tolerance)和絕對容差和絕對容差(Absolute tolerance)(Absolute tolerance)。對于。對于定步長算法，可以設(shè)定固定步長（定步長算法，可以設(shè)定固定步長（Fixed step sizeFixed step size）

9、和選擇仿真模式和選擇仿真模式(Mode)(Mode)。因此為得到準確仿真結(jié)果，。因此為得到準確仿真結(jié)果，用戶必須針對不同模型仔細選擇算法及參數(shù)。用戶必須針對不同模型仔細選擇算法及參數(shù)。7（1 1）仿真算法）仿真算法 在求解器選項在求解器選項 (Solver options)(Solver options)最上面的兩最上面的兩個選擇框中，可選擇相應(yīng)的仿真算法。個選擇框中，可選擇相應(yīng)的仿真算法。變步長變步長(Variable-step)(Variable-step)算法算法 可以選擇的變步長算法有以下幾種。缺省情況下，可以選擇的變步長算法有以下幾種。缺省情況下，連續(xù)系統(tǒng)采用連續(xù)系統(tǒng)采用ode45o

10、de45；離散系統(tǒng)采用；離散系統(tǒng)采用discretediscrete。定步長定步長(Fixed-step)(Fixed-step)算法算法 可以選擇的定步長算法有以下幾種。可以選擇的定步長算法有以下幾種。8（2 2）仿真步長）仿真步長 在求解器選項在求解器選項 (Solver options)(Solver options)下面的選擇框下面的選擇框中。對于變步長算法，可以設(shè)定最大步長（中。對于變步長算法，可以設(shè)定最大步長（Max Max step sizestep size）、最小步長）、最小步長(Min step size)(Min step size)和起始步和起始步長（長（Initial

11、 step sizeInitial step size）。對于定步長算法，可以）。對于定步長算法，可以設(shè)定固定步長（設(shè)定固定步長（Fixed step sizeFixed step size）。缺省情況下，）。缺省情況下，這些參數(shù)均為這些參數(shù)均為autoauto，即這些參數(shù)將被自動地設(shè)定。，即這些參數(shù)將被自動地設(shè)定。 對于變步長算法，采用變步長的方法進行仿真，對于變步長算法，采用變步長的方法進行仿真，仿真開始時是以起始步長作為計算步長的，在仿真仿真開始時是以起始步長作為計算步長的，在仿真過程中，算法會把算得的局部估計誤差與誤差容限過程中，算法會把算得的局部估計誤差與誤差容限相比較，在滿足仿真精

12、度的前提下，自動拉大步長，相比較，在滿足仿真精度的前提下，自動拉大步長，提高計算效率。提高計算效率。 9 一般情況下，最大步長可以選擇一個較大的數(shù)值，一般情況下，最大步長可以選擇一個較大的數(shù)值，但如果選擇的過大，可能會出現(xiàn)在仿真點處仿真結(jié)但如果選擇的過大，可能會出現(xiàn)在仿真點處仿真結(jié)果是正確的，但仿真曲線不是很光滑的情況，故果是正確的，但仿真曲線不是很光滑的情況，故最最大步長一般選擇為仿真范圍的大步長一般選擇為仿真范圍的1/501/50。通常，最小步。通常，最小步長都取的很小，但如果取的太小，會增大計算量。長都取的很小，但如果取的太小，會增大計算量。仿真的最小步長和最大步長均可在仿真過程中進行仿

13、真的最小步長和最大步長均可在仿真過程中進行實時修改。實時修改。10（3 3）誤差容限）誤差容限 相對容差相對容差(Relative tolerance)(Relative tolerance)和絕對容差和絕對容差(Absolute tolerance)(Absolute tolerance)中所填寫的容差值是用來定中所填寫的容差值是用來定義仿真精度的。在變步長仿真過程中，算法會把算義仿真精度的。在變步長仿真過程中，算法會把算得的局部估計誤差與這里填寫的容許誤差限來相比得的局部估計誤差與這里填寫的容許誤差限來相比較，當(dāng)誤差超過這一誤差限時會自動地對仿真步長較，當(dāng)誤差超過這一誤差限時會自動地對仿真

14、步長作適當(dāng)?shù)男拚?，所以說在變步長仿真時，誤差限的作適當(dāng)?shù)男拚哉f在變步長仿真時，誤差限的設(shè)置是很重要的，它將關(guān)系到微分方程求解的精度。設(shè)置是很重要的，它將關(guān)系到微分方程求解的精度。誤差限經(jīng)常誤差限經(jīng)常在在0.10.1和和1e-61e-6之間取值之間取值，它越小，積分，它越小，積分的步數(shù)就越多，精度也越高，但是過小（如的步數(shù)就越多，精度也越高，但是過小（如1e-101e-10）由于計算舍入誤差的顯著增加，而影響整個精度，由于計算舍入誤差的顯著增加，而影響整個精度，誤差限在仿真過程中允許實時修改。誤差限在仿真過程中允許實時修改。11（4 4）仿真模式）仿真模式(Mode)(Mode) 在采用在

15、采用定步長定步長(Fixed-step)(Fixed-step)算法進行仿真時算法進行仿真時，需要在求解器選項需要在求解器選項 (Solver options)(Solver options)下面的仿真下面的仿真模式模式(Mode)(Mode)選擇框列表中選擇仿真模式。選擇框列表中選擇仿真模式。 多任務(wù)模式多任務(wù)模式(Multi Tasking)(Multi Tasking) 如果檢測到模塊間進行非法采樣類轉(zhuǎn)換，即直如果檢測到模塊間進行非法采樣類轉(zhuǎn)換，即直接相連模塊之間以不同的采樣類運算，單模式會接相連模塊之間以不同的采樣類運算，單模式會出現(xiàn)錯誤。在實時多任務(wù)系統(tǒng)中，任務(wù)間非法采出現(xiàn)錯誤。在實

16、時多任務(wù)系統(tǒng)中，任務(wù)間非法采樣類轉(zhuǎn)換可能導(dǎo)致當(dāng)另一個任務(wù)需要時，某一任樣類轉(zhuǎn)換可能導(dǎo)致當(dāng)另一個任務(wù)需要時，某一任務(wù)輸出不能用。通過此類轉(zhuǎn)換檢查，多任務(wù)模式務(wù)輸出不能用。通過此類轉(zhuǎn)換檢查，多任務(wù)模式可以幫助創(chuàng)建現(xiàn)實中的合法的多任務(wù)系統(tǒng)模型，可以幫助創(chuàng)建現(xiàn)實中的合法的多任務(wù)系統(tǒng)模型，模型中何處表示是同時執(zhí)行的任務(wù)。模型中何處表示是同時執(zhí)行的任務(wù)。12 單任務(wù)模式單任務(wù)模式(Single Tasking)(Single Tasking) 該模式不檢查模塊間的采樣類轉(zhuǎn)換。該模式該模式不檢查模塊間的采樣類轉(zhuǎn)換。該模式對于建造單任務(wù)系統(tǒng)模型非常有用，在此類系對于建造單任務(wù)系統(tǒng)模型非常有用，在此類系統(tǒng)中，任

17、務(wù)同步不是問題。統(tǒng)中，任務(wù)同步不是問題。 自動模式自動模式(Auto)(Auto) 當(dāng)選用此模式時，如果模型中所有模塊運行于當(dāng)選用此模式時，如果模型中所有模塊運行于同樣的采樣率下，同樣的采樣率下，SimulinkSimulink使用單任務(wù)模式；使用單任務(wù)模式；如果模型包含有不同采樣率運行的模塊，則使如果模型包含有不同采樣率運行的模塊，則使用多任務(wù)模式。用多任務(wù)模式。133) 輸出選項輸出選項(Output options)(Output options) 在輸出選項在輸出選項(Output options)(Output options)中，可以選擇以中，可以選擇以下三種輸出。下三種輸出。(1

18、）細化輸出細化輸出(Refine output)(Refine output)(2）產(chǎn)生額外的輸出產(chǎn)生額外的輸出(Produce additional output)(Produce additional output)(3）只產(chǎn)生指定的輸出只產(chǎn)生指定的輸出(Produce specified output (Produce specified output only)only)142.2.數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入/輸出輸出(Data Import/Export)頁面頁面 該頁面可以將仿真的輸出結(jié)果保存到該頁面可以將仿真的輸出結(jié)果保存到MATLAB的工作的工作空間變量中，也可以從空間變量中，也可以從M

19、ATLAB的工作空間取得輸入的工作空間取得輸入和初始狀態(tài)，如圖和初始狀態(tài)，如圖6-32所示。所示。圖圖6-326-32151) 從從MATLAB的工作空間裝入輸入和初始狀的工作空間裝入輸入和初始狀態(tài)態(tài)(Load from workspace) 系統(tǒng)開始仿真時的初始狀態(tài)，通常在系統(tǒng)開始仿真時的初始狀態(tài)，通常在模塊中模塊中指指定，定，也可以在也可以在Data Import/Export頁的頁的Load Load from workspacefrom workspace域的初始狀態(tài)域的初始狀態(tài)(Initial states) (Initial states) 編輯框中重新指定，以重新裝載在模塊中指定

20、的編輯框中重新指定，以重新裝載在模塊中指定的初始條件。初始條件。 在仿真運行期間，在仿真運行期間，Simulink也可以把也可以把MATLAB工作空間的變量值當(dāng)作模型的輸入信號工作空間的變量值當(dāng)作模型的輸入信號，它是通，它是通過輸入端口輸入到模型中。要指定這一選項，在過輸入端口輸入到模型中。要指定這一選項，在 Data Import/Export頁面的頁面的 Load from workspace域中，選中域中，選中 Input選框，然后在其后的選框，然后在其后的編輯框中輸入外部輸入變量編輯框中輸入外部輸入變量(缺省內(nèi)容為缺省內(nèi)容為t，u)，并選擇并選擇 Apply或或OK按鈕。按鈕。16外部

21、輸入可以采用下列任何一種形式。外部輸入可以采用下列任何一種形式。(l)(l)外部輸入矩陣外部輸入矩陣(Array)(Array) 外部輸入矩陣的第一列必須是升序排列的時間外部輸入矩陣的第一列必須是升序排列的時間向量，其余列指定輸入值。每列代表不同輸入向量，其余列指定輸入值。每列代表不同輸入模塊信號序列，每行則是相應(yīng)時間的輸入值。模塊信號序列，每行則是相應(yīng)時間的輸入值。如果選擇了數(shù)據(jù)插值如果選擇了數(shù)據(jù)插值(interpolate data)選項，選項，必要時必要時 Simulink對輸入值進行線性插值或外推。對輸入值進行線性插值或外推。輸入矩陣的總列數(shù)必須等于輸入矩陣的總列數(shù)必須等于 n+l，其

22、中，其中n為進入為進入模型的信號輸入端口總數(shù)。如果在模型的信號輸入端口總數(shù)。如果在MATLAB工工作空間中定義了作空間中定義了t和和u，則可以直接采用缺省的，則可以直接采用缺省的外部輸入標(biāo)識外部輸入標(biāo)識 t，u。17(2)(2)具有時間的結(jié)構(gòu)具有時間的結(jié)構(gòu)(Structure with Time)(Structure with Time) Simulink可以從可以從MATLAB工作空間中讀入結(jié)工作空間中讀入結(jié)構(gòu)形式的數(shù)據(jù)，但其名字必須在構(gòu)形式的數(shù)據(jù)，但其名字必須在 Input后的編后的編輯框中指定。輸入結(jié)構(gòu)必須有兩個字段：時輯框中指定。輸入結(jié)構(gòu)必須有兩個字段：時間和信號。時間字段包含一列仿真

23、時間的向間和信號。時間字段包含一列仿真時間的向量；信號字段包含子結(jié)構(gòu)數(shù)組，每個對應(yīng)模量；信號字段包含子結(jié)構(gòu)數(shù)組，每個對應(yīng)模型的一個輸出端口；每個子結(jié)構(gòu)有字段型的一個輸出端口；每個子結(jié)構(gòu)有字段:值；值；值字段包含相應(yīng)輸入端口的輸入列向量。值字段包含相應(yīng)輸入端口的輸入列向量。18(3)(3)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(Structure)(Structure) 結(jié)構(gòu)格式與具有時間的結(jié)構(gòu)格式一樣，只是結(jié)構(gòu)格式與具有時間的結(jié)構(gòu)格式一樣，只是其 時 間 字 段 為 空 。 如 在 上 例 中 ， 可 以 指其 時 間 字 段 為 空 。 如 在 上 例 中 ， 可 以 指定定: :ex.time=ex.time=。(4)

24、(4)外部輸入時間表達式外部輸入時間表達式(External input time (External input time expression)expression) 時間表達式可以是任何時間表達式可以是任何 MATLAB表達式、計算表達式、計算行向量，其長度與模型輸入端口的信號數(shù)一樣。行向量，其長度與模型輸入端口的信號數(shù)一樣。192) 2) 將結(jié)果保存到將結(jié)果保存到MATLABMATLAB的工作空間變量中的工作空間變量中(Save to (Save to workspace)workspace) S i m u l i n k 將 仿 真 結(jié) 果 存 放 在將 仿 真 結(jié) 果 存 放 在

25、 S a v e t o WorksPace域中指定名字的向量中域中指定名字的向量中。它可以通過。它可以通過在在 Workspace I/O頁面的頁面的Save to workspace域中，域中，任意選擇時間任意選擇時間(Time)、狀態(tài)、狀態(tài)(States)、輸出、輸出(Output)和最終狀態(tài)和最終狀態(tài)(Final state)選框，并指定返選框，并指定返回的變量名。變量名即可任意指定，也可采用默認回的變量名。變量名即可任意指定，也可采用默認值。值。若要將某一結(jié)果輸出到多個變量中，可在此參若要將某一結(jié)果輸出到多個變量中，可在此參數(shù)輸入框中同時指定多個變量名，數(shù)輸入框中同時指定多個變量名，

26、各變量名之間用各變量名之間用逗號分開后外加方括號逗號分開后外加方括號。指定的返回變量使得指定的返回變量使得 Simulink將時間、狀態(tài)、輸出和最終狀態(tài)值的軌跡將時間、狀態(tài)、輸出和最終狀態(tài)值的軌跡輸出到輸出到MATLAB工作空間中，以便進一步對其分析。工作空間中，以便進一步對其分析。如果想保存一個穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)果并如果想保存一個穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)果并從那個已知的狀從那個已知的狀態(tài)重新啟動仿真態(tài)重新啟動仿真，那么，那么保存最終狀態(tài)保存最終狀態(tài)(Final state)將非常有用。將非常有用。20 可以通過可以通過 Save optionsSave options域來指定輸出存儲的域來指定輸出存儲的格式和

27、限制保存輸出的數(shù)量。格式和限制保存輸出的數(shù)量。其格式選項可以采其格式選項可以采用下列任何一種形式。用下列任何一種形式。(l)(l)矩陣矩陣(Array)(Array) Simulink將所選定的以上輸出結(jié)果分別存儲在將所選定的以上輸出結(jié)果分別存儲在 Save to Workspace域中各編輯框命名的矩陣中，域中各編輯框命名的矩陣中，缺省值分別為缺省值分別為tout,xout,yout和和xFinal。矩陣的每。矩陣的每一列與模型的一個輸出或狀態(tài)相對應(yīng)，第一行與一列與模型的一個輸出或狀態(tài)相對應(yīng)，第一行與初始時間相對應(yīng)。初始時間相對應(yīng)。21(2)(2)具有時間的結(jié)構(gòu)具有時間的結(jié)構(gòu)(Structu

28、re with Time)(Structure with Time) Simulink保存模型的結(jié)果到一個結(jié)構(gòu)中保存模型的結(jié)果到一個結(jié)構(gòu)中，該結(jié)，該結(jié)構(gòu)的名字是由構(gòu)的名字是由Save to Workspace域中各編輯框命域中各編輯框命名的，該結(jié)構(gòu)有兩個頂層字段：名的，該結(jié)構(gòu)有兩個頂層字段：時間和信號時間和信號。時間。時間字段包含仿真時間向量；信號字段包含子結(jié)構(gòu)數(shù)組，字段包含仿真時間向量；信號字段包含子結(jié)構(gòu)數(shù)組，每個子結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個模型輸出端口或與具有狀態(tài)的每個子結(jié)構(gòu)對應(yīng)一個模型輸出端口或與具有狀態(tài)的模塊相對應(yīng)。模塊相對應(yīng)。每個子結(jié)構(gòu)包含三個字段：值、標(biāo)簽、每個子結(jié)構(gòu)包含三個字段：值、標(biāo)簽、模塊

29、名模塊名。值字段包含相應(yīng)輸出端口的輸出向量；標(biāo)。值字段包含相應(yīng)輸出端口的輸出向量；標(biāo)簽字段指定與輸出相連的信號標(biāo)簽；模塊名字段指簽字段指定與輸出相連的信號標(biāo)簽；模塊名字段指定輸出端口的名字。定輸出端口的名字。Simulink存儲模型的狀態(tài)到一存儲模型的狀態(tài)到一個結(jié)構(gòu)組成相同的模型輸出結(jié)構(gòu)中。個結(jié)構(gòu)組成相同的模型輸出結(jié)構(gòu)中。22(3)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(Structure) 該格式與前面所述的結(jié)構(gòu)基本一樣，只是該格式與前面所述的結(jié)構(gòu)基本一樣，只是不保存不保存仿真時間仿真時間到結(jié)構(gòu)的時間字段中。到結(jié)構(gòu)的時間字段中。 要限制保存數(shù)據(jù)的行數(shù)，可選擇要限制保存數(shù)據(jù)的行數(shù)，可選擇 Limit rows to Lim

30、it rows to lastlast編輯框，并指定保存的行數(shù)。要使用抽取編輯框，并指定保存的行數(shù)。要使用抽取(Decimation)(Decimation)因子，在因子，在 DecimationDecimation文本框中輸入數(shù)文本框中輸入數(shù)值。例如，在值。例如，在 DecimationDecimation文本框中輸入的值為文本框中輸入的值為2 2時，時，產(chǎn)生的點將每產(chǎn)生的點將每隔一個隔一個保存一個。保存一個。 此外如果計算出來的結(jié)果太多，也可以改變此外如果計算出來的結(jié)果太多，也可以改變Limit Limit rows of last( rows of last( 限用最后的點數(shù)限用最后的點

31、數(shù)) )引導(dǎo)的編輯框來進引導(dǎo)的編輯框來進行設(shè)置，行設(shè)置，在一般情況下，該參數(shù)選擇為在一般情況下，該參數(shù)選擇為10001000也就足也就足夠了。夠了。233. 優(yōu)化優(yōu)化(Optimazition)頁面頁面 在該頁面中，可以選擇不同的選項來在該頁面中，可以選擇不同的選項來提高提高仿真性能以及產(chǎn)生代碼的性能仿真性能以及產(chǎn)生代碼的性能。其中，。其中，Simulation and code Generation欄設(shè)置欄設(shè)置對模型仿真及代碼生成共同有效；對模型仿真及代碼生成共同有效；Code Generation欄設(shè)置僅對代碼生成有效欄設(shè)置僅對代碼生成有效。244. 診斷診斷(Diagnostics)頁面

32、頁面 在診斷頁面中，可以在診斷頁面中，可以設(shè)定設(shè)定一致性檢查一致性檢查(Consistency checking)(Consistency checking)和和邊界檢查邊界檢查(Bounds checking)(Bounds checking)。對于每一事件類型，。對于每一事件類型，可以選擇是否需要提示消息，是警告消息可以選擇是否需要提示消息，是警告消息還是錯誤消息。警告消息不會終止仿真，還是錯誤消息。警告消息不會終止仿真，錯誤消息則會終止仿真的運行。錯誤消息則會終止仿真的運行。255. 硬件設(shè)置硬件設(shè)置(Hardware Implementation)頁面頁面 該頁面主要針對于計算機系統(tǒng)模

33、型，如該頁面主要針對于計算機系統(tǒng)模型，如嵌入式嵌入式控制器控制器。允許設(shè)置這些用來執(zhí)行模型所表示系統(tǒng)。允許設(shè)置這些用來執(zhí)行模型所表示系統(tǒng)的硬件參數(shù)。的硬件參數(shù)。6. 模型參考模型參考(Model Referencing)頁面頁面 該頁面允許用戶設(shè)置模型中的其它子模型，或該頁面允許用戶設(shè)置模型中的其它子模型，或者包含在其它模型中的此模型，以便仿真的調(diào)試者包含在其它模型中的此模型，以便仿真的調(diào)試和目標(biāo)代碼的生成。和目標(biāo)代碼的生成。7. 實時工作空間實時工作空間 (Real-time Workshop)頁面頁面 在該頁面中，可以設(shè)置影響在該頁面中，可以設(shè)置影響Real-time Workshop生成

34、代碼和構(gòu)建可執(zhí)行文件的諸多參生成代碼和構(gòu)建可執(zhí)行文件的諸多參數(shù)和選項。數(shù)和選項。266.3.2 6.3.2 仿真結(jié)果分析仿真結(jié)果分析 設(shè) 置 完 以 上 仿 真 控 制 參 數(shù) 后 ， 則 可 選 擇設(shè) 置 完 以 上 仿 真 控 制 參 數(shù) 后 ， 則 可 選 擇Simulation|StartSimulation|Start命令來啟動仿真過程命令來啟動仿真過程, ,在仿真在仿真結(jié)束結(jié)束時時會自動發(fā)出一聲會自動發(fā)出一聲鳴叫鳴叫。在仿真過程中還允許采用。在仿真過程中還允許采用SimulationSimulation菜單下的菜單下的PausePause和和 ContinueContinue命令來

35、暫?；蛎顏頃和；蚶^續(xù)仿真過程，若選擇繼續(xù)仿真過程，若選擇Simulation|StopSimulation|Stop命令命令, ,則人為則人為中止仿真過程。中止仿真過程。結(jié)果分析有助于模型的改進和完善，結(jié)果分析有助于模型的改進和完善，同時結(jié)果分析也是仿真的主要目的同時結(jié)果分析也是仿真的主要目的。仿真結(jié)果可采用。仿真結(jié)果可采用以下幾種方法得到。以下幾種方法得到。27(1) 利用示波器模塊利用示波器模塊(Scope)得到輸出結(jié)果得到輸出結(jié)果 當(dāng)利用示波器模塊作輸出時，它不僅會自動地將當(dāng)利用示波器模塊作輸出時，它不僅會自動地將仿真的結(jié)果從示波器上實時地顯示出來。而且仿真的結(jié)果從示波器上實時地顯示出

36、來。而且也可也可同時把示波器緩沖區(qū)存儲的數(shù)據(jù)，送到同時把示波器緩沖區(qū)存儲的數(shù)據(jù)，送到MATLAB工工作空間指定的變量中保存起來作空間指定的變量中保存起來，以便利用繪圖命令，以便利用繪圖命令在在MATLAB命令窗口里繪制出圖形。命令窗口里繪制出圖形。 游離示波器游離示波器可在仿真過程中實時觀察任何一點的可在仿真過程中實時觀察任何一點的動態(tài)波形動態(tài)波形28 在示波器模塊的窗口中，利用快捷按鈕在示波器模塊的窗口中，利用快捷按鈕“ ”，可打開如圖可打開如圖6-35所示的所示的示波器模塊參數(shù)示波器模塊參數(shù)(parameters)對話框?qū)υ捒?。示波器參?shù)對話框中有兩個。示波器參數(shù)對話框中有兩個頁面，圖頁面

37、，圖6-35（a）為）為一般參數(shù)設(shè)置一般參數(shù)設(shè)置（General），），圖圖6-35（b）為）為數(shù)據(jù)存儲參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)存儲參數(shù)設(shè)置（Data history）。）。圖圖6-3529例例6-4 對圖對圖6-36所示的系統(tǒng)進行仿真。所示的系統(tǒng)進行仿真。圖圖6-366-3630012345678910-3-2-10123sin 選擇選擇SimulationStart命令啟動仿真過程，便可命令啟動仿真過程，便可在示波器上看到相應(yīng)的曲線。在示波器上看到相應(yīng)的曲線。另外另外，在在MATLAB命命令窗口中利用以下命令令窗口中利用以下命令，便可得到如圖，便可得到如圖6-38所示的輸所示的輸出曲線。出曲線。plo

38、t(y(:,1),y(:,2);title(sin)圖圖6-3831解解: : 在求解器選項在求解器選項 (Solver options)頁面中，把固定步頁面中，把固定步長（長（Fixed-step size）一欄中的默認值）一欄中的默認值auto改為改為0.05，以以確保最大仿真步長小于周期的確保最大仿真步長小于周期的1/10，否則波形就失否則波形就失真真，設(shè)置完參數(shù)后用鼠標(biāo)單擊，設(shè)置完參數(shù)后用鼠標(biāo)單擊OK按鈕接收新參數(shù)，按鈕接收新參數(shù)，同時關(guān)閉此對話框。同時關(guān)閉此對話框。 在在Simulink中，仿真中的動態(tài)中，仿真中的動態(tài)數(shù)據(jù)的計算都是由數(shù)值積分實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算都是由數(shù)值積分實現(xiàn)的。盡管本

39、例從信號發(fā)生器到示的。盡管本例從信號發(fā)生器到示波器沒通過其他環(huán)節(jié)波器沒通過其他環(huán)節(jié)(實際上可認實際上可認為經(jīng)過一個增益為為經(jīng)過一個增益為1的比例環(huán)節(jié)的比例環(huán)節(jié))，但動態(tài)數(shù)據(jù)仍是經(jīng)數(shù)值積分計算但動態(tài)數(shù)據(jù)仍是經(jīng)數(shù)值積分計算得到的，因此在得到的，因此在仿真前，仍需執(zhí)仿真前，仍需執(zhí)行行SimulationConfiguration Parameters命令來設(shè)置仿真控制命令來設(shè)置仿真控制面板中相應(yīng)的參數(shù)，面板中相應(yīng)的參數(shù)，參圖參圖6-31。 32 除了示波器形象的輸出之外，用戶除了示波器形象的輸出之外，用戶還還可以用可以用To Workspace模塊或模塊或Out1模模塊將仿真結(jié)果返回到塊將仿真結(jié)果返

40、回到MATLAB的工作的工作空間變量中空間變量中，這樣返回的結(jié)果當(dāng)然可，這樣返回的結(jié)果當(dāng)然可以利用以利用MATLAB命令來進一步處理。命令來進一步處理。 33(2)(2)利用輸出接口模塊利用輸出接口模塊(Out1)(Out1)得到輸出結(jié)果得到輸出結(jié)果 利用輸出接口利用輸出接口(Out1)模塊把仿真結(jié)果返回到模塊把仿真結(jié)果返回到MATLAB的工作空間時，就的工作空間時，就必須選定圖必須選定圖6-32所示的所示的Data Import/Export頁面中的時間變量頁面中的時間變量(Time)和輸和輸出變量出變量(Output)對話框?qū)υ捒颍瑢υ捒蛑械淖兞棵纯刹?，對話框中的變量名即可采用默認的，也

41、可根據(jù)需要更名。狀態(tài)變量用默認的，也可根據(jù)需要更名。狀態(tài)變量(States)和終值狀態(tài)變量和終值狀態(tài)變量(Final state)對話框為任選。對話框為任選。34例例6-5 對圖對圖6-39所示的模型框圖進行仿真。所示的模型框圖進行仿真。 圖圖6-396-3935 選擇選擇SimulationConfiguration Parameters命令，打開仿真參數(shù)控制面板，在圖命令，打開仿真參數(shù)控制面板，在圖6-31所示的求所示的求解器選項解器選項 (Solver options)頁面，頁面，把終止時間把終止時間 (Stop time) 欄中的內(nèi)容改為欄中的內(nèi)容改為20，其余參數(shù)采用默，其余參數(shù)采用

42、默認值；在圖認值；在圖6-32所示的數(shù)據(jù)輸入所示的數(shù)據(jù)輸入/輸出輸出(Data Import/Export)頁面，頁面，把時間變量把時間變量(Time)和輸出變和輸出變量量(Output)對話框中的變量改為對話框中的變量改為t和和y，其余參數(shù)采，其余參數(shù)采用默認值，按【用默認值，按【OK】鍵返回?！挎I返回。 選擇選擇SimulationStart命令開始仿真，等命令開始仿真，等聽到聽到一聲嘟后仿真便結(jié)束一聲嘟后仿真便結(jié)束，此時可返到，此時可返到MATLAB工作工作窗口，運行命令窗口，運行命令 plot(t,y)36便可得到圖便可得到圖6-406-40所示的輸出響應(yīng)曲線。所示的輸出響應(yīng)曲線。02

43、46810121416182000.20.40.60.811.21.437(3)(3)利用把數(shù)據(jù)傳送到工作空間模塊利用把數(shù)據(jù)傳送到工作空間模塊(To (To Workspace)Workspace)得到輸出結(jié)果得到輸出結(jié)果 利用利用To Workspace 模塊模塊向向MATLAB工作空間傳送工作空間傳送數(shù)據(jù)時，應(yīng)該為其指定一數(shù)據(jù)時，應(yīng)該為其指定一個變量名，它是通過用鼠個變量名，它是通過用鼠標(biāo)左鍵雙擊該模塊的圖標(biāo)標(biāo)左鍵雙擊該模塊的圖標(biāo)來完成的，這將給出如圖來完成的，這將給出如圖6-41所示的對話框。用戶所示的對話框。用戶可以在可以在Variable name (變變量名量名)引導(dǎo)的編輯框中輸入

44、引導(dǎo)的編輯框中輸入相應(yīng)的變量名。相應(yīng)的變量名。38例例6-6 對圖對圖6-42 所示系統(tǒng)模型進行仿真所示系統(tǒng)模型進行仿真 圖圖6-426-4239MATLABMATLAB工作窗口，運行命令：工作窗口，運行命令：plot (plot (t, ,y) )便可得到如圖便可得到如圖6-436-43所示的圖形。所示的圖形。406.3.3 6.3.3 利用利用MATLABMATLAB的指令操作方式進行仿真的指令操作方式進行仿真 除了利用除了利用Simulink 菜單對系統(tǒng)進行仿真外，菜單對系統(tǒng)進行仿真外，還可以在還可以在MATLAB工作窗口中，利用命令函工作窗口中，利用命令函數(shù)數(shù)sim( )或或ode45

45、( )對系統(tǒng)進行仿真對系統(tǒng)進行仿真，MATLAB命令行方式對于處理成批的仿真比命令行方式對于處理成批的仿真比較有用。較有用。411利用函數(shù)利用函數(shù)sim( )進行仿真進行仿真 當(dāng)系統(tǒng)的當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖描述數(shù)學(xué)模型以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖描述時，在時，在MATLAB的工作窗口中，通常利用函數(shù)的工作窗口中，通常利用函數(shù)sim( ) 對系對系統(tǒng)進行仿真，函數(shù)統(tǒng)進行仿真，函數(shù)sim( )的調(diào)用格式為的調(diào)用格式為 t, ,x, ,y=sim(model,=sim(model,tf,options,options,ut) )或或 t, ,x, , y1 1, , y2 2, yn n=sim(model,

46、=sim(model,tf,options,options,ut,),)42例例6-8 對例對例6-5中圖中圖6-39所示系統(tǒng)進行所示系統(tǒng)進行初始狀態(tài)不同設(shè)置初始狀態(tài)不同設(shè)置的仿真。的仿真。解解 對于圖對于圖6-39所示的所示的系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型ex6_5，在數(shù)據(jù)輸入，在數(shù)據(jù)輸入/輸輸出出(Data Import/Export)頁面中，選定從工作空間輸入頁面中，選定從工作空間輸入?yún)?shù)功能欄參數(shù)功能欄(Load from workspace)中的初始狀態(tài)選擇中的初始狀態(tài)選擇框框(Initial state)，并輸入，并輸入初始狀態(tài)向量初始狀態(tài)向量0.5 0，其余參，其余參數(shù)同例數(shù)同例6-5，在接收

47、以上參數(shù)后，將其另存為模型文件，在接收以上參數(shù)后，將其另存為模型文件ex6_8； 在在MATLAB指令窗口中，運行以下指令，可得圖指令窗口中，運行以下指令，可得圖6-45所示的相軌跡圖。所示的相軌跡圖。 t,x1,y1=sim(ex6_5,20); t,x2,y2=sim(ex6_8,20); plot(x1(:,1), x1(:,2), r:, x2(:,1), x2(:,2),b-); legend(零初始狀態(tài)零初始狀態(tài),非零初始狀態(tài)非零初始狀態(tài))43 對圖對圖6-42所示框圖模型，采用以上命令將不可所示框圖模型，采用以上命令將不可能獲得輸出響應(yīng)，因為能獲得輸出響應(yīng)，因為To Worksp

48、ace模塊不同模塊不同于輸出接口模塊于輸出接口模塊(out1)，因由這條指令運行所得因由這條指令運行所得的輸出的輸出y將是空將是空“ ”。圖圖6-45442利用函數(shù)利用函數(shù)ode45( )進行仿真進行仿真 當(dāng)系統(tǒng)的當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以微分方程給出時數(shù)學(xué)模型以微分方程給出時，通常在，通常在MATLAB的工作窗口中，利用函數(shù)的工作窗口中，利用函數(shù)ode45( ) 對系統(tǒng)對系統(tǒng)進行仿真求解運算，函數(shù)進行仿真求解運算，函數(shù)ode45 ( )的調(diào)用格式為的調(diào)用格式為 t,x=ode45(fun,tspan,x0,tol) 其中，其中，fun為函數(shù)名，為用來描述系統(tǒng)狀態(tài)方程的為函數(shù)名，為用來描述系統(tǒng)狀態(tài)方程

49、的M函數(shù)文件；函數(shù)文件；tspan為仿真時間區(qū)間，當(dāng)其為標(biāo)量為仿真時間區(qū)間，當(dāng)其為標(biāo)量tf時，時，默認仿真時間區(qū)間為默認仿真時間區(qū)間為0,tf，當(dāng)其為二元行向量，當(dāng)其為二元行向量t0,tf時，仿真時間區(qū)間為時，仿真時間區(qū)間為t0,tf； x0為狀態(tài)方程的初始為狀態(tài)方程的初始向量值；向量值；tol用來指定精度，其默認值為用來指定精度，其默認值為10-3；返回；返回變量變量t為時間，為時間，x為狀態(tài)方程的解向量。為狀態(tài)方程的解向量。45 另外，利用函數(shù)另外，利用函數(shù)ode45( ), ode23( ), ode113( ), ode15s( ), ode23s( ), ode23t( )和和ode

50、23tb( )也可對系統(tǒng)進行同樣的仿真，也可對系統(tǒng)進行同樣的仿真，他們的調(diào)用格式與函數(shù)他們的調(diào)用格式與函數(shù)ode45( )完全相同。完全相同。 這些函數(shù)的這些函數(shù)的使用范圍與使用范圍與Simulink求解器求解器選項（選項（Solver options）中變步長仿真算法）中變步長仿真算法相對應(yīng)。相對應(yīng)。46例例6-9 求微分方程求微分方程在其初始條件下的解。在其初始條件下的解。解解 首先根據(jù)以上微分方程編寫一個函數(shù)首先根據(jù)以上微分方程編寫一個函數(shù)ex6_9.m。 %ex6_9.m function dx=ex6_9(t,x) dx=x(2);(1-x(1)2)*x(2)-x(1); 再利用以下

51、再利用以下MATLAB命令，即可求出微分方程在時命令，即可求出微分方程在時間區(qū)間間區(qū)間0,30上的解曲線（見圖上的解曲線（見圖1-10）。）。 t,x=ode45(ex6_9,0,30,1;0); plot(t,x(:,1),t,x(:,2); xlabel(t);ylabel(x(t)0)0(1)0(,)1 (211221221xxxxxxxx476.3.4 6.3.4 模塊參數(shù)的動態(tài)交換模塊參數(shù)的動態(tài)交換1. 1. 在在MATLABMATLAB工作空間中定義變量工作空間中定義變量 框圖模塊在仿真時所需的參數(shù)和初始變量框圖模塊在仿真時所需的參數(shù)和初始變量取自模塊對話框，而模塊對話框中填寫的取

52、自模塊對話框，而模塊對話框中填寫的MATLABMATLAB變量以及表達式又來自變量以及表達式又來自MATLABMATLAB工作工作空間，不管仿真以何種方式進行空間，不管仿真以何種方式進行, ,總可以在總可以在MATLABMATLAB工作空間中為工作空間中為SimulinkSimulink模塊預(yù)定義模塊預(yù)定義參數(shù)和初始變量參數(shù)和初始變量, ,也可以也可以在指令窗口或命令在指令窗口或命令文件中交互地進行變量的數(shù)值傳遞文件中交互地進行變量的數(shù)值傳遞。48 例例6-106-10在在MATLABMATLAB空間中預(yù)定義框圖模塊參數(shù)?？臻g中預(yù)定義框圖模塊參數(shù)?？紤]考慮 一個單輸入雙輸出的狀態(tài)空間表達式一個

53、單輸入雙輸出的狀態(tài)空間表達式 其中其中 矩陣矩陣A, ,b, ,C, ,d和初始條件向量和初始條件向量x0 0分別為分別為duCxybuAxx 131011,001,03 . 203 . 262. 09 . 2003 . 0CbA111,100 xd49解解 （1 1）構(gòu)造如圖）構(gòu)造如圖6-466-46所示的框圖系統(tǒng)并將其保存所示的框圖系統(tǒng)并將其保存為為ex6_10ex6_10文件；文件；（2 2）輸入接口）輸入接口(In1)(In1)和輸出接口和輸出接口(Out1)(Out1)分別復(fù)制于分別復(fù)制于信號源與接收模塊庫，并將兩個輸出接口模塊的信號源與接收模塊庫，并將兩個輸出接口模塊的標(biāo)題依次改為

54、標(biāo)題依次改為y1 1和和y2 2。圖圖6-466-4650（3 3）DemuxDemux模塊模塊( (分離模塊分離模塊) )復(fù)制于信號與系統(tǒng)模塊復(fù)制于信號與系統(tǒng)模塊庫庫(Signals & Systems)(Signals & Systems)，它將一個向量信號分解，它將一個向量信號分解為若干個輸出信號，輸出信號的數(shù)目由為若干個輸出信號，輸出信號的數(shù)目由DemuxDemux模塊模塊參數(shù)對話框中的輸出數(shù)目參數(shù)對話框中的輸出數(shù)目(Number of outputs)(Number of outputs)欄欄中的內(nèi)容確定。中的內(nèi)容確定。（4 4）狀態(tài)空間表達式模塊）狀態(tài)空間表達式模塊

55、(State-Space)(State-Space)復(fù)制于連復(fù)制于連續(xù)系統(tǒng)模塊庫續(xù)系統(tǒng)模塊庫(Continuous)(Continuous)中中, ,用鼠標(biāo)打開狀態(tài)空用鼠標(biāo)打開狀態(tài)空間模塊的參數(shù)對話框，并將間模塊的參數(shù)對話框，并將A, ,b, ,C, ,d分別填入?yún)⒎謩e填入?yún)?shù)對話框中的數(shù)對話框中的A, ,B, ,C, ,D四個矩陣參數(shù)輸入欄中四個矩陣參數(shù)輸入欄中, ,而在初始條件而在初始條件( Initial Conditions)( Initial Conditions)欄中直接填欄中直接填入初始向量參數(shù)入初始向量參數(shù)1;1;11;1;1，如圖，如圖6-476-47所示。所示。51圖6-4

56、752（5 5）在）在MATLABMATLAB指令方式下指令方式下, ,運行以下指令運行以下指令, ,得得圖圖6-486-48A =-0.3,0,0;2.9,-0.62,-2.3;0,2.3,0;=-0.3,0,0;2.9,-0.62,-2.3;0,2.3,0; b =1;0;0;=1;0;0;C =1,1,0;1,-3,1;=1,1,0;1,-3,1;d =0;1;=0;1; t, ,x, ,y=sim(ex6_10,10);=sim(ex6_10,10);plot(plot(t, ,y(:,1),:b,(:,1),:b, t, ,y(:,2),-r); (:,2),-r); legend(legend(y1 1,y2 2)圖圖6-486-48012345678910-1012345 y1y253 在本例中如把矩陣在本例中如把矩陣A, ,b, ,C, ,d的值直接填入狀態(tài)的值直接填入狀態(tài)空間參數(shù)對話框中相應(yīng)的欄目中，則以上前兩行空間參數(shù)對話框中相應(yīng)的欄目中