11.4simulink各类仿真算法及实例

1、2022/8/12Matlab快速入门（ SIMULINK4 ）主讲人：张老师Zhang Eric 严禁实用框架完整动态PPT模板延时符大话成像All in camera SIMULINK运行仿真运行仿真过程SIMULINK一般使用窗口菜单命令进行仿真，方便且人机交互性强，用户可容易地进行仿真解法及仿真参数的选择、定义和修改等操作。使用窗口菜单命令进行仿真主要可以完成以下一些操作过程。1. 设置仿真参数选择菜单选项SimulationMode Configuration Parameters可以进行仿真参数及算法的设置。选择此选项后会显示仿真参数对话框，如图所示。仿真参数对话框此对话框包含的主

2、要属性页的内容及功能如下：(1) Solver：设置仿真的起始和终止时间，设置积分解法以及步长等参数；(2) Data Import/Export：SIMULINK和MATLAB工作间数据的输入和输出设定，以及数据存储时的格式、长度等参数设置；(3) Diagnostics：允许用户选择在仿真过程中警告信息显示等级。选择适当的算法并设置好其它仿真参数后，选择对话框中的“OK”或“Apply”命令，修改的设置生效。2. 启动仿真完成仿真参数的设置后，就可以开始仿真。确认待仿真的仿真平台窗口为当前窗口，选择菜单选项Simulation Start或点击工具栏中的图标启动仿真。3. 显示仿真结果如果

3、建立的模型没有错误，选择的参数合适，则仿真过程将顺利进行。这时，双击模型中用来显示输出的模块(如Scope模块)，就可以观察到仿真的结果。当然，也可以在仿真开始前先双击打开显示输出模块，再开始仿真。4. 停止仿真对于仿真时间较长的模型，如果在仿真过程结束之前，用户想停止此次仿真过程，可以选择菜单选项SimulationStop停止仿真。5. 仿真诊断在仿真过程中若出现错误，SIMULINK将会终止仿真并弹出一个标题为“Error Dialog”的带有明显出错图标的错误提示框。点击提示框中的“OK”按键，将显示错误信息对话框。该对话框分为如下三部分：(1) 出错信息列表。显示所有出错信息，包含四

4、个列项如下： Message：信息类型，如模块错误，连线警告等； Source：模型中出错的模块名； Reported by：出错信息来源，如SIMULINK、Stateflow、Workshop等； Summary：出错信息概括。(2) 当前错误详细信息显示。用户可以在出错信息列表中选择任意一条错误，当前所选错误的详细信息将显示在本区域。(3) 命令按键部分。点击“Open”按键可用来打开出错模型并以黄色突出显示。仿真参数的设置如前所述，选择菜单选项SimulationConfiguration Parameters，将显示仿真参数对话框，如图3-33所示。这里介绍解法设置属性页(Solve

5、r)中最常用的设置项，读者可以通过查阅help文档了解其它项目的相关内容。1. 设置仿真时间设置仿真时间非常重要，它决定了模型仿真的时间或取值区域，其设置完全根据待仿真系统的特性确定，反映在输出显示上就是示波器的横轴坐标值的取值范围。“Start time”和“Stop time”项分别用以设置仿真开始时间(或取值区域下限)和终止时间(或取值区域上限)，默认值分别为0.0和10.0。2. 选择仿真算法在SIMULINK的仿真过程中选择合适的算法是很重要的。仿真算法是求常微分方程、传递函数、状态方程解的数值计算方法，主要有欧拉法(Eular)、阿达姆斯法(Adams)和龙格库塔法(Runge-K

6、utta)。由于动态系统的差异性，使得某种算法对某类问题比较有效，而另外算法对另一类问题更有效。因此，对不同的问题，可以选择不同的适应算法和相应的参数，以得到更准确、快速的解。根据仿真步长，SIMULINK中提供的常微分方程数值计算的算法大致可以分两类：(1) Variable Step：可变步长类算法，在仿真过程中可以自动调整步长，并通过减小步长来提高计算的精度。(2) Fixed Step：固定步长类算法，在仿真过程中采取基准采样时间作为固定步长。一般而言，使用变步长的自适应算法是比较好的选择。这类算法会按照设定的精确度在各积分段内自适应地寻找最大步长进行积分，从而使得效率最高。SIMUL

7、INK中的各种仿真算法及其说明参见下表。SIMULINK中的各种仿真算法及其说明 示波器的使用示波器(Scope)模块是SIMULINK仿真中非常重要的一个模块，不仅可以实现仿真结果波形的显示，而且可以同时保存波形数据，是人机交互的重要手段。双击示波器模块图标，即可弹出示波器的窗口界面。示波器模块属性的设置对用户观察和分析仿真结果影响很大，必须进行合适的属性设置才能得到满意的显示效果。示波器窗口界面1. 示波器参数点击“示波器参数”按键，弹出示波器参数对话框. “时间范围”(Time )文本框：用于设定示波器时间轴的最大值，一般可选“自动”(auto)，这样x轴可以自动以系统的仿真起始和终止时

8、间作为示波器的时间显示范围。 “单位标签”(Time-axis labels)下拉框：用于选择标签的贴放位置。Logging标签页(1) “仅显示最新的数据”(Limit data points to last)复选框：用于数据点数设置。选中后，其后的文本框被激活，默认值为5000，表示示波器显示5000个数据，若超过5000个数据，也仅显示最后的5000个数据。若不选该项，所有数据都显示，但对计算机内存要求较高。(2) “保存数据至工作间”(Log data to workspace)复选框：数据在显示的同时被保存到MATLAB工作空间中。若选中该项，将激活该复选框下的另两个参数设置项：“变

9、量名”文本框用于设置保存数据的名称，以便在MATLAB工作空间中识别和调用该数据；“格式”文本框用于设置数据的保存格式。数据的保存格式有三种：“数组”(Array)格式，用于只有一个输入变量的数据保存格式；“带时间变量的结构” (Structure with time)格式，用于同时保存波形数据和时间；“结构”(Structure)格式，用于仅保存波形数据。图形缩放仿真波形在示波器中显示，有时用户需要对波形显示区域和大小进行适当调整，达到最佳观察效果。示波器窗口的工具栏提供了四个工具按键用以图形缩放操作。(1) 区域放大按键：首先在工具栏中点击区域放大按键，然后在窗口中需要放大的区域上按住鼠标

10、左键并拖曳一个矩形框，用矩形框框住需要放大的图形区域，松开鼠标左键，该区域被放大显示。(2) x轴放大按键：首先在工具栏中点击x轴放大按键，然后在窗口中需要放大的区域按住鼠标左键，并沿x轴方向拖拉即可。(3) y轴放大按键：首先在工具栏中点击y轴放大按键，然后在窗口中需要放大的区域上按住鼠标左键，并沿y轴方向拖拉即可。(4) 自动尺寸按键：能自动地调整示波器的横轴和纵轴，既可完全显示用户设置的仿真时间域以及对应的结果数值域，又能取得合理的显示效果，应用非常方便。坐标轴范围示波器的x轴和y轴的最大取值范围一般是自动设定的，利用图形缩放中的放大镜功能可以在x轴和y轴的范围内选取其中一部分显示。当需要进一步放大y轴的范围或更精确地标定y轴的坐标范围时，可以利用轴参数设置页进行设置。在示波器窗口的图形区域内单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“Co