SIMULINK仿真的運行
構建好一個(gè)系統的模型之后，接下來(lái)的事情就是運行模型，得出仿真結果。運行一個(gè)仿真的完整過(guò)程分成三個(gè)步驟：設置仿真參數，啟動(dòng)仿真和仿真結果分析。
一、設置仿真參數和選擇解法器
設置仿真參數和選擇解法器，選擇Simulation菜單下的Parameters命令，就會(huì )彈出一個(gè)仿真參數對話(huà)框，它主要用三個(gè)頁(yè)面來(lái)管理仿真的參數。
Solver頁(yè)，它允許用戶(hù)設置仿真的開(kāi)始和結束時(shí)間，選擇解法器，說(shuō)明解法器參數及選擇一些輸出選項。
Workspace I/O頁(yè)，作用是管理模型從MATLAB工作空間的輸入和對它的輸出。
Diagnostics頁(yè)，允許用戶(hù)選擇Simulink在仿真中顯示的警告信息的等級。
1、Solver頁(yè)
此頁(yè)可以進(jìn)行的設置有：選擇仿真開(kāi)始和結束的時(shí)間；選擇解法器，并設定它的參數；選擇輸出項。
仿真時(shí)間：注意這里的時(shí)間概念與真實(shí)的時(shí)間并不一樣，只是計算機仿真中對時(shí)間的一種表示，比如10秒的仿真時(shí)間，如果采樣步長(cháng)定為0.1，則需要執行100步，若把步長(cháng)減小，則采樣點(diǎn)數增加，那么實(shí)際的執行時(shí)間就會(huì )增加。一般仿真開(kāi)始時(shí)間設為0，而結束時(shí)間視不同的因素而選擇?？偟恼f(shuō)來(lái)，執行一次仿真要耗費的時(shí)間依賴(lài)于很多因素，包括模型的復雜程度、解法器及其步長(cháng)的選擇、計算機時(shí)鐘的速度等等。
仿真步長(cháng)模式：用戶(hù)在Type后面的第一個(gè)下拉選項框中指定仿真的步長(cháng)選取方式，可供選擇的有Variable-step（變步長(cháng)）和Fixed-step（固定步長(cháng)）方式。變步長(cháng)模式可以在仿真的過(guò)程中改變步長(cháng)，提供誤差控制和過(guò)零檢測。固定步長(cháng)模式在仿真過(guò)程中提供固定的步長(cháng)，不提供誤差控制和過(guò)零檢測。用戶(hù)還可以在第二個(gè)下拉選項框中選擇對應模式下仿真所采用的算法。
變步長(cháng)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，適用于大多數連續或離散系統，但不適用于剛性（stiff）系統。它是單步解法器，也就是，在計算y(tn)時(shí)，它僅需要最近處理時(shí)刻的結果y(tn-1)。一般來(lái)說(shuō)，面對一個(gè)仿真問(wèn)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(wèn)題不太難的情況下，可能會(huì )比ode45更有效。也是一個(gè)單步解法器。
ode113：是一種階數可變的解法器，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，也就是在計算當前時(shí)刻輸出時(shí)，它需要以前多個(gè)時(shí)刻的解。
ode15s：是一種基于數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，當用戶(hù)估計要解決的問(wèn)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(zhuān)門(mén)應用于剛性系統，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(wèn)題。
ode23t：是梯形規則的一種自由插值實(shí)現。這種解法器適用于求解適度stiff的問(wèn)題而用戶(hù)又需要一個(gè)無(wú)數字振蕩的解法器的情況。
ode23tb：是TR-BDF2的一種實(shí)現， TR-BDF2 是具有兩個(gè)階段的隱式龍格－庫塔公式。
discrtet：當Simulink檢查到模型沒(méi)有連續狀態(tài)時(shí)使用它。固定步長(cháng)模式解法器有：ode5，ode4，ode3，ode2，ode1和discrete。
ode5：缺省值，是ode45的固定步長(cháng)版本，適用于大多數連續或離散系統，不適用于剛性系統。
ode4：四階龍格－庫塔法，具有一定的計算精度。
ode3：固定步長(cháng)的二/三階龍格－庫塔法。
ode2：改進(jìn)的歐拉法。
ode1：歐拉法。
discrete：是一個(gè)實(shí)現積分的固定步長(cháng)解法器，它適合于離散無(wú)連續狀態(tài)的系統。步長(cháng)參數：對于變步長(cháng)模式，用戶(hù)可以設置最大的和推薦的初始步長(cháng)參數，缺省情況下，步長(cháng)自動(dòng)地確定，它由值auto表示。
Maximum step size（最大步長(cháng)參數）：它決定了解法器能夠使用的最大時(shí)間步長(cháng)，它的缺省值為“仿真時(shí)間/50”，即整個(gè)仿真過(guò)程中至少取50個(gè)取樣點(diǎn)，但這樣的取法對于仿真時(shí)間較長(cháng)的系統則可能帶來(lái)取樣點(diǎn)過(guò)于稀疏，而使仿真結果失真。一般建議對于仿真時(shí)間不超過(guò)15s的采用默認值即可，對于超過(guò)15s的每秒至少保證5個(gè)采樣點(diǎn)，對于超過(guò)100s的，每秒至少保證3個(gè)采樣點(diǎn)。
Initial step size（初始步長(cháng)參數）：一般建議使用“auto”默認值即可。
仿真精度的定義（對于變步長(cháng)模式）
Relative tolerance（相對誤差）：它是指誤差相對于狀態(tài)的值，是一個(gè)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(mén)限，或者是說(shuō)在狀態(tài)值為零的情況下，可以接受的誤差。如果它被設成了auto，那么simulink為每一個(gè)狀態(tài)設置初始絕對誤差為1e-6。
Mode（固定步長(cháng)模式選擇）
Multitasking：選擇這種模式時(shí)，當simulink檢測到模塊間非法的采樣速率轉換，它會(huì )給出錯誤提示。所謂的非法采樣速率轉換指兩個(gè)工作在不同采樣速率的模塊之間的直接連接。在實(shí)時(shí)多任務(wù)系統中，如果任務(wù)之間存在非法采樣速率轉換，那么就有可能出現一個(gè)模塊的輸出在另一個(gè)模塊需要時(shí)卻無(wú)法利用的情況。通過(guò)檢查這種轉換，Multitasking將有助于用戶(hù)建立一個(gè)符合現實(shí)的多任務(wù)系統的有效模型。
使用速率轉換模塊可以減少模型中的非法速率轉換。Simulink提供了兩個(gè)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換，可以在慢輸出端口和快輸入端口插入一個(gè)單位延時(shí)unit delay模塊。而對于快速率到慢速率的轉換，則可以插入一個(gè)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換，它在建立單任務(wù)系統模型時(shí)非常有用，在這種系統就不存在任務(wù)同步問(wèn)題。
Auto：這種模式，simulink會(huì )根據模型中模塊的采樣速率是否一致，自動(dòng)決定切換到multitasking和singletasking。
輸出選項
Refine output：這個(gè)選項可以理解成精細輸出，其意義是在仿真輸出太稀松時(shí)，simulink會(huì )產(chǎn)生額外的精細輸出，這一點(diǎn)就像插值處理一樣。用戶(hù)可以在refine factor設置仿真時(shí)間步間插入的輸出點(diǎn)數。
產(chǎn)生更光滑的輸出曲線(xiàn)，改變精細因子比減小仿真步長(cháng)更有效。精細輸出只能在變步長(cháng)模式中才能使用，并且在ode45效果最好。
Produce additional output：它允許用戶(hù)直接指定產(chǎn)生輸出的時(shí)間點(diǎn)。一旦選擇了該項，則在它的右邊出現一個(gè)output times編輯框，在這里用戶(hù)指定額外的仿真輸出點(diǎn)，它既可以是一個(gè)時(shí)間向量，也可以是表達式。與精細因子相比，這個(gè)選項會(huì )改變仿真的步長(cháng)。
Produce specified output only：它的意思是讓simulink只在指定的時(shí)間點(diǎn)上產(chǎn)生輸出。為此解法器要調整仿真步長(cháng)以使之和指定的時(shí)間點(diǎn)重合。這個(gè)選項在比較不同的仿真時(shí)可以確保它們在相同的時(shí)間輸出。
此頁(yè)主要用來(lái)設置SIMULINK與MATLAB工作空間交換數值的有關(guān)選項。
Load from workspace：選中前面的復選框即可從MATLAB工作空間獲取時(shí)間和輸入變量，一般時(shí)間變量定義為t，輸入變量定義為u。 Initial state用來(lái)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(lái)設置存往MATLAB工作空間的變量類(lèi)型和變量名，選中變量類(lèi)型前的復選框使相應的變量有效。一般存往工作空間的變量包括輸出時(shí)間向量（Time）、狀態(tài)向量（States）和輸出變量（Output）。 Final state用來(lái)定義將系統穩態(tài)值存往工作空間所使用的變量名。
Save option：用來(lái)設置存往工作空間的有關(guān)選項。Limit rows to last用來(lái)設定SIMULINK仿真結果最終可存往MATLAB工作空間的變量的規模，對于向量而言即其維數，對于矩陣而言即其秩；Decimation設定了一個(gè)亞采樣因子，它的缺省值為1，也就是對每一個(gè)仿真時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)生值都保存，而若為2，則是每隔一個(gè)仿真時(shí)刻才保存一個(gè)值。Format用來(lái)說(shuō)明返回數據的格式，包括矩陣matrix、結構struct及帶時(shí)間的結構struct with time。3、Diagnostics頁(yè)
此頁(yè)分成兩個(gè)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(jiàn)的事件類(lèi)型，以及當SIMULINK檢查到這些事件時(shí)給予的處理。仿真選項options主要包括是否進(jìn)行一致性檢驗、是否禁用過(guò)零檢測、是否禁止復用緩存、是否進(jìn)行不同版本的SIMULINK的檢驗等幾項。
除了上述3個(gè)主要的頁(yè)外，仿真參數設置窗口還包括real-time workshop頁(yè)，主要用于與C語(yǔ)言編輯器的交換，通過(guò)它可以直接從SIMULINK模型生成代碼并且自動(dòng)建立可以在不同環(huán)境下運行的程序，這些環(huán)境包括實(shí)時(shí)系統和單機仿真。
二、啟動(dòng)仿真
設置仿真參數和選擇解法器之后，就可以啟動(dòng)仿真而運行。
選擇Simulink菜單下的start選項來(lái)啟動(dòng)仿真，如果模型中有些參數沒(méi)有定義，則會(huì )出現錯誤信息提示框。如果一切設置無(wú)誤，則開(kāi)始仿真運行，結束時(shí)系統會(huì )發(fā)出一鳴叫聲。
除了直接在SIMULINK環(huán)境下啟動(dòng)仿真外，還可以在MATLAB命令窗口中通過(guò)函數進(jìn)行，格式如下：
[t,x,y]=sim(‘模型文件名’,[to tf],simset(‘參數1’,參數值1,‘參數2’,參數值2, …))
其中to為仿真起始時(shí)間，tf為仿真終止時(shí)間。[t,x,y]為返回值，t為返回的時(shí)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，包括以下一些主要參數：
AbsTol：默認值為1e-6設定絕對誤差范圍。
Decimation：默認值為1，決定隔多少個(gè)點(diǎn)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)的規模，使其最大行數等于該數值。
InitialState：一個(gè)向量值，用于設定初始狀態(tài)。
FixedStep：用一個(gè)正數表示步階的大小，僅用于固定步長(cháng)模式。
MaxStep：默認值為auto。用于變步長(cháng)模式，表示最大的步階大小。
如果知道模型文件名稱(chēng)，可以用以下命令得到該模型的仿真參數：
simget(‘模型文件名’）
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