Simulink查表和延時(shí)模塊介紹PPT課件

1、2021/3/91Simulink查表和延時(shí)模塊介紹王文科2018/05/202021/3/92逼近一維函數(shù)（模塊是 n-D Lookup Table 模塊的一維版本）（常用）逼近二維函數(shù)（模塊是 n-D Lookup Table 模塊的二維版本）通過(guò)利用象限波對(duì)稱(chēng)性的查找表方法實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)正弦或余弦波為 N 維表進(jìn)行索引，以檢索元素、列或二維矩陣使用預(yù)先計(jì)算的索引和小數(shù)值快速求 N 維函數(shù)近似值使用動(dòng)態(tài)表逼近一維函數(shù)（常用）逼近N維函數(shù)計(jì)算 Interpolation Using Prelookup 模塊的索引和小數(shù)通過(guò)利用象限波對(duì)稱(chēng)性的查找表方法實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)正弦或余弦波Lookup Tables共

2、包含9個(gè)查表模塊，其中1-D Lookup Table和Lookup Table Dynamic為常用模塊一、查表模塊一、查表模塊2021/3/93Lookup Table DynamicLookup Table Dynamic：簡(jiǎn)介： 模塊使用 xdat 和 ydat 向量計(jì)算函數(shù) y = f(x) 的近似值。查找方法可以使用內(nèi)插、外插或原始輸入值； 支持以下數(shù)據(jù)類(lèi)型：雙精度 | 單精度 | 布爾 | 基整數(shù) | 定點(diǎn)； xdat 和 ydat 輸入都必須提供 1n 的向量，其中xdat必須嚴(yán)格單調(diào)遞增； xdat 和 x 輸入、ydat 和 y 輸出必須具有相同的符號(hào)、偏差和小數(shù)斜率。此外

3、，x 的精度和范圍必須大于或等于 xdat 的精度和范圍。（偏差？小數(shù)斜率？ydat和y的關(guān)系？) 模塊輸出通常設(shè)置為“通過(guò)反向傳播繼承”。ydat和y可以符號(hào)不同，查表結(jié)果可能溢出ydat和y可以類(lèi)型范圍不同，查表結(jié)果可能溢出輸出類(lèi)型選擇“自動(dòng)”時(shí)，會(huì)與ydat相同一、查表模塊一、查表模塊2021/3/94查表方法： 動(dòng)態(tài)表逼近模塊的查表方法通常選用默認(rèn)值“Interpolation-Use End Values”； 查表配合“舍入方式” 和“溢出方式”獲得預(yù)期結(jié)果。Lookup MethodLookup Method模塊操作模塊操作“Interpolation-Extrapolation”

4、對(duì)輸入執(zhí)行線性?xún)?nèi)插和外插。如果輸入與斷點(diǎn)匹配，則輸出表數(shù)據(jù)中的對(duì)應(yīng)元素。如果輸入與斷點(diǎn)不匹配，模塊將通過(guò)在表的兩個(gè)元素之間執(zhí)行線性?xún)?nèi)插來(lái)確定輸出。如果輸入不在斷點(diǎn)值的范圍內(nèi)，模塊將使用前兩個(gè)或最后兩個(gè)點(diǎn)進(jìn)行外插。注意注意Simulink Coder 軟件無(wú)法為此模塊生成代碼?！癐nterpolation-Use End Values”（默認(rèn)值）執(zhí)行線性?xún)?nèi)插，但不會(huì)在斷點(diǎn)數(shù)據(jù)的端點(diǎn)外進(jìn)行外插，而是會(huì)轉(zhuǎn)而使用端點(diǎn)值?！癠se Input Nearest”查找 xdat 中最接近當(dāng)前輸入的元素，輸出 ydat 中的對(duì)應(yīng)元素。如果與左右兩個(gè)xdat距離相同，使用較大一個(gè)?！癠se Input Belo

5、w”查找 xdat 中最接近并且低于當(dāng)前輸入的元素。輸出 ydat 中的對(duì)應(yīng)元素。如果 xdat 中沒(méi)有任何元素低于當(dāng)前輸入，模塊將查找最接近的元素?！癠se Input Above”查找 xdat 中最接近并且高于當(dāng)前輸入的元素。輸出 ydat 中的對(duì)應(yīng)元素。如果 xdat 中沒(méi)有任何元素高于當(dāng)前輸入，模塊將查找最接近的元素。一、查表模塊一、查表模塊Lookup Table DynamicLookup Table Dynamic：2021/3/95模塊設(shè)置： 查表方法通常不需要設(shè)置； 舍入方式根據(jù)需要從列表中選擇，默認(rèn)為“Floor”； 溢出方式通常保持默認(rèn)狀態(tài)。查表方法選擇，通常使用默認(rèn)設(shè)

6、置（Interpolation-Use End Values）勾選后，溢出結(jié)果變?yōu)樵擃?lèi)型的最大值或最小值整數(shù)舍入模式整數(shù)舍入模式說(shuō)明說(shuō)明Ceiling在正無(wú)窮的方向上舍入到最接近的可表示數(shù)字Convergent四舍五入，向偶數(shù)方向舍入，向負(fù)無(wú)窮方向舍入Floor在負(fù)無(wú)窮的方向上舍入到最接近的可表示數(shù)字Nearest四舍五入，向正無(wú)窮方向舍入（常用）Round向最接近的絕對(duì)值最大的可表示數(shù)舍入Simplest在Floor和Zero之間自動(dòng)選擇以生成盡可能高效的代碼Zero向0方向進(jìn)行舍入一、查表模塊一、查表模塊Lookup Table DynamicLookup Table Dynamic：20

7、21/3/96n-D Lookup Tablen-D Lookup Table： 一、查表模塊一、查表模塊2021/3/97查表算法設(shè)置： 插值方法和外插方法主要設(shè)置項(xiàng)插值方法插值方法說(shuō)明說(shuō)明Flat（平面）禁用插值，并使用名為 “Use Input Below” 的舍入操作（參見(jiàn)Lookup Table Dynamic的查表方法）Nearest 禁用內(nèi)插，并返回與最接近輸入的斷點(diǎn)對(duì)應(yīng)的表值。如果輸入與兩個(gè)相鄰斷點(diǎn)之間的距離相等，則選擇索引值較大的斷點(diǎn)Linear在相鄰斷點(diǎn)之間擬合一條線，并返回該線條上與輸入對(duì)應(yīng)的點(diǎn)Cubic spline（立方樣條）在相鄰斷點(diǎn)之間擬合一條三次樣條曲線，并返回

8、該樣條曲線上與輸入對(duì)應(yīng)的點(diǎn)外插方法外插方法說(shuō)明說(shuō)明Clip禁用外插，并返回與斷點(diǎn)數(shù)據(jù)集范圍的端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的表數(shù)據(jù)Linear如果插值方法為 “Linear”，將在第一對(duì)斷點(diǎn)間或最后一對(duì)斷點(diǎn)間擬合一條線。如果插值方法為 “Cubic spline”，將使用插值函數(shù)在第一個(gè)或最后一個(gè)斷點(diǎn)處的斜率來(lái)擬合一個(gè)線性曲面。將返回生成的線性曲面上與輸入對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。Cubic spline對(duì)第一對(duì)或最后一對(duì)斷點(diǎn)擬合一條三次樣條曲線，返回生成的線性曲面上與輸入對(duì)應(yīng)的點(diǎn)（插值方法必須也為Cubic spline）一、查表模塊一、查表模塊n-D Lookup Tablen-D Lookup Table：2021/3/98

9、查表算法設(shè)置： 插值方法為“Linear”外插方法為“Clip”時(shí)出現(xiàn)“Use last table value for inputs at or above last breakpoint”選項(xiàng)，當(dāng)輸入大于斷點(diǎn)數(shù)據(jù)最后一個(gè)元素，選中該選項(xiàng)會(huì)使用斷點(diǎn)數(shù)據(jù)的最后一個(gè)元素，不選擇該選項(xiàng)會(huì)使用斷點(diǎn)數(shù)據(jù)的倒數(shù)第二個(gè)元素并使間距為1。根據(jù)生成代碼區(qū)別分析，兩者結(jié)果相同。一、查表模塊一、查表模塊n-D Lookup Tablen-D Lookup Table：2021/3/99查表算法設(shè)置： 索引搜索方式設(shè)置用來(lái)根據(jù)斷點(diǎn)集選擇不同的搜索方式，以獲得最佳查表速度或性能。包含Evenly spaced poi

10、nts、Linear search 和 Binary search三種方式。一、查表模塊一、查表模塊n-D Lookup Tablen-D Lookup Table：搜索方式搜索方式說(shuō)明說(shuō)明Evenly spaced points（均勻間隔點(diǎn)）對(duì)于平均分布的斷點(diǎn)集，此方法可以獲得最佳速度。此算法僅使用斷點(diǎn)集的前兩個(gè)斷點(diǎn)來(lái)確定其余點(diǎn)的偏移量和間距。Linear search（線性搜索）對(duì)于非均勻分布的斷點(diǎn)集，如果輸入信號(hào)在時(shí)間步之間的變化不大，選擇 Linear search 與 Begin index search using previous index result 可以獲得最佳性能。Bi

11、nary search（二進(jìn)制搜索）如果輸入信號(hào)在每個(gè)時(shí)間步中跳過(guò)的表間隔超過(guò)一個(gè)或兩個(gè)，選擇 Binary search 可以獲得最佳性能。超出范圍檢測(cè)超出范圍檢測(cè)說(shuō)明說(shuō)明Simulink對(duì)輸入超范圍的診斷警報(bào)包括：None/Warning/Error三種生成代碼移除范圍檢測(cè)（類(lèi)型范圍？斷點(diǎn)集范圍？）勾選可以提高查表效率；不勾選可以提高安全性勾選后僅有一個(gè)輸入端口，需要寬度為N個(gè)元素的信號(hào)，對(duì)多維查表有效果，可以使模型線條減少更有條理。勾選后生成代碼允許調(diào)整表大小而無(wú)需重新生成代碼，參數(shù)個(gè)數(shù)需要使用單獨(dú)參數(shù)定義。2021/3/910Discrete共包含22個(gè)查表模塊，本次介紹其中的Dela

12、y、Unit Delay、Enabled Delay、Difference四個(gè)模塊二、離散時(shí)間函數(shù)模塊二、離散時(shí)間函數(shù)模塊固定或可變采樣周期延遲輸入信號(hào)計(jì)算一個(gè)時(shí)間步內(nèi)的信號(hào)變化計(jì)算離散時(shí)間導(dǎo)數(shù)構(gòu)建無(wú)限沖激響應(yīng) (IIR) 濾波器模型構(gòu)建 FIR 濾波器模型對(duì)連續(xù)或離散時(shí)間 PID 控制器進(jìn)行仿真對(duì)連續(xù)或離散時(shí)間二自由度 PID 控制器進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)離散狀態(tài)空間系統(tǒng)執(zhí)行信號(hào)的離散時(shí)間積分或累積實(shí)現(xiàn)離散傳遞函數(shù)模型系統(tǒng)由離散傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)定義帶有外部使能的可變周期延遲實(shí)現(xiàn)一階采樣保持器輸出上一個(gè)時(shí)間步的輸入按可變采樣周期延遲輸入信號(hào)并用外部信號(hào)復(fù)位將標(biāo)量信號(hào)延遲多個(gè)采樣期間并輸出所有延遲版本

13、實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間一階傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)離散時(shí)間前導(dǎo)或滯后補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)具有實(shí)零和無(wú)極點(diǎn)的離散時(shí)間傳遞函數(shù)將信號(hào)延遲一個(gè)采樣期間可變采樣周期延遲輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)一個(gè)采樣期間的零階保持2021/3/911DelayDelay、Unit DelayUnit Delay、Enabled DelayEnabled Delay功能對(duì)比：功能對(duì)比：簡(jiǎn)介： Unit Delay將輸入延遲一個(gè)運(yùn)行周期后輸出； Delay模塊可以設(shè)置延時(shí)的周期數(shù)及延時(shí)期間的輸出值； Enabled Delay在Delay的功能基礎(chǔ)上增加使能信號(hào)，在非使能時(shí)間內(nèi)保持狀態(tài)；二、離散時(shí)間函數(shù)模塊二、離散時(shí)間函數(shù)模塊2021/3/912Delay Del

14、ay ：主要設(shè)置選項(xiàng)： 包括數(shù)據(jù)設(shè)置、算法設(shè)置、控制使能設(shè)置、采樣時(shí)間間隔設(shè)置； 通常使用固定延遲長(zhǎng)度和基于樣本的輸入處理； 在延遲長(zhǎng)度較大時(shí)可以選擇環(huán)形緩沖區(qū)來(lái)存儲(chǔ)狀態(tài)。二、離散時(shí)間函數(shù)模塊二、離散時(shí)間函數(shù)模塊說(shuō)明說(shuō)明延時(shí)時(shí)間設(shè)置。直接在對(duì)話(huà)框中輸入延遲長(zhǎng)度（固定延遲），還是從輸入端口繼承（可變延遲），可變延遲時(shí)可設(shè)置最大限值。初始模塊輸出，支持定值和從端口輸入。指定模塊是執(zhí)行基于樣本還是基于幀的處理選擇在仿真和代碼生成時(shí)使用環(huán)形緩沖區(qū)來(lái)存儲(chǔ)狀態(tài)。在其他情況下，則使用數(shù)組緩沖區(qū)來(lái)存儲(chǔ)狀態(tài)。當(dāng)延遲長(zhǎng)度值很大時(shí)，使用環(huán)形緩沖區(qū)可以提高執(zhí)行速度。延遲長(zhǎng)度下限設(shè)置。如果選中此復(fù)選框，對(duì)于基于樣本的信

15、號(hào)，下限為 1；對(duì)于基于幀的信號(hào)，下限為幀的長(zhǎng)度。如果清除此復(fù)選框，則下限為零。選擇此選項(xiàng)可刪除用來(lái)檢查超出范圍的延遲長(zhǎng)度的代碼，犧牲一定的安全性提高代碼效率。指定當(dāng)輸入 d 小于下限或大于 Delay length:Upper limit 時(shí)是否生成警告或錯(cuò)誤。選擇此選項(xiàng)以顯示此模塊的使能端口。此端口可以控制模塊的執(zhí)行。當(dāng)此端口的輸入非零時(shí)，模塊被視為啟用；當(dāng)輸入為 0 時(shí)，模塊被視為禁用。輸入的值在執(zhí)行模塊的同一時(shí)間步進(jìn)行檢查。指定用于將狀態(tài)重置為初始條件的觸發(fā)事件。2021/3/913Delay Delay ：環(huán)形緩沖區(qū)： 數(shù)組緩沖每次挪動(dòng)數(shù)組中所有數(shù)據(jù)，保證數(shù)組索引的第一個(gè)值為延遲后的

16、數(shù)據(jù)； 環(huán)形緩沖實(shí)用獨(dú)立索引來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)頭的位置，該位置即是延遲后的數(shù)據(jù)。二、離散時(shí)間函數(shù)模塊二、離散時(shí)間函數(shù)模塊環(huán)形緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖操作數(shù)組緩沖區(qū)數(shù)據(jù)緩沖操作取延遲后數(shù)據(jù)操作2021/3/914Delay Delay ：狀態(tài)屬性設(shè)置： 設(shè)置狀態(tài)名并將其關(guān)聯(lián)到信號(hào)后，生成代碼中的延遲緩沖數(shù)據(jù)名稱(chēng)使用設(shè)定名稱(chēng)； 設(shè)置狀態(tài)名但不將其關(guān)聯(lián)到信號(hào)，狀態(tài)名成為緩沖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體的一個(gè)成員。二、離散時(shí)間函數(shù)模塊二、離散時(shí)間函數(shù)模塊2021/3/915Difference Difference ：簡(jiǎn)介： Difference 模塊輸出當(dāng)前輸入值減去上一輸入值的差值； 從代碼生成情況看，Difference實(shí)際在使用

17、的是Unit Delay模塊；二、離散時(shí)間函數(shù)模塊二、離散時(shí)間函數(shù)模塊2021/3/916Difference Difference ：主要設(shè)置： “Initial condition for previous input”為上一個(gè)輸入設(shè)置初始條件； “Input processing”指定模塊是執(zhí)行基于樣本還是基于幀的處理：二、離散時(shí)間函數(shù)模塊二、離散時(shí)間函數(shù)模塊處理方式處理方式說(shuō)明說(shuō)明Elements as channels (sample based)將輸入信號(hào)的每個(gè)元素視為一個(gè)單獨(dú)的通道（基于樣本的處理）Columns as channels (frame based)將輸入信號(hào)的每一列視為一個(gè)單獨(dú)的通道（基于幀的處理）Inherited繼承輸入信號(hào)的處理模式并相應(yīng)地延遲輸入?？梢酝ㄟ^(guò)觀察信號(hào)線來(lái)確定輸入信號(hào)是基于樣本還是基于幀。Simulink 用單線條表示基于樣本的信號(hào)，用雙線條表示基于幀的信號(hào)初始值為0和3的效果對(duì)比2021/3/917Difference Difference ：二、離散時(shí)間函數(shù)模塊二、離散時(shí)間函數(shù)模塊信號(hào)屬性設(shè)置： 設(shè)置輸出