Установка параметров моделирования

Выполнение процесса моделирования в Simulinke осуществляется нажатием клавиши Start simulation на панели инструментов, либо выбором команды Start меню Simulation окна модели. Процесс моделиро­вания можно завершить досрочно, выбрав команду Stop меню Simulation или соответствующую кнопку на панели инструментов. Моделирование также можно приостановить (Simulation/Pause) и затем продолжить (Simulation/Continue).

Однако прежде чем выполнять само моделирование необходимо, если это требуется, выполнить установку параметров моделирования. Окно настройки параметров моделирования открывается выбором команды Simulation parametersменю Simulation. Окно настройки параметров имеет следующие вкладки:

1. Solver(Решатель) – установка параметров моделирования.

2. Workspace I/O(Ввод/вывод данных в рабочую область) - установка параметров обмена данными с рабочей областью MATLAB.

3. Diagnostics(Диагностика) - выбор параметров режима диагностики.

4. Advanced(Дополнительно) - установка дополнительных параметров.

5. Real-Time Workshop - параметры инструмента "Мастерская реального времени".

Установка параметров моделирования модели выполняется на вкладке Solver, которая разделена на 3 группы:

· Simulation time (Интервал моделирования);

· Solver options (Параметры решателя);

· Output options (Параметры вывода).

В разделе Simulation time устанавливаются следующие параметры:

- Start time – начальное значение интервала времени моделирования;

- Stop time – конечное значение интервала времени моделирования.

В разделе Solver options необходимо ука­зать метод интегрирования (Туре) (либо с фиксированным (Fixed-step), либо с переменным (Variable-step) шагом) и выбрать один из следующих методов интегрирования:

- ode45 - одношаговые явные методы Рунге - Кутты 4-го и 5-го порядка;

- ode23 - одношаговые явные методы Рунге - Кутты 2-го и 3-го порядка;

- ode113 - многошаговый метод Адамса - Башворта - Мултона перемен­ного порядка;

- ode 15s - многошаговый метод переменного порядка (от 1 до 5), исполь­зующий формулы численного дифференцирования;

- ode23s - одношаговый метод, использующий модифицированную фор­мулу Розенброка 2-го порядка;

- ode23t - метод трапеций с интерполяцией;

- ode23tb - неявный метод Рунге - Кутты в начале решения и метод, ис­пользующий формулы обратного дифференцирования 2-го порядка в по­следующем.

Если в разделе Туре выбирается метод интегрирования с фиксированным шагом Fixed-step, то появляется текстовое поле Fixed-step size (Величина фиксированного шага), позволяющее указывать величину шага интегриро­вания. По умолчанию величина шага интегрирования устанавли­вается системой автоматически (auto). В противном случае требуемая величина шага задается числом, либо определяется из выражения.

При выборе Fixed-step необходимо также задать режим расчета (Mode):

- MultiTasking (Многозадачный). Используется, если в модели присутствуют параллельно работающие подсистемы и результат работы модели зависит от временных параметров этих подсистем. Режим позво­ляет выявить несоответствие между скоростью и дискретностью сигналов, пересы­лаемых блоками друг другу;

- SingleTasking (Однозадачный). Используется для тех моделей, в кото­рых недостаточно строгая синхронизация работы отдельных составляю­щих не влияет на конечный результат моделирования;

- Auto (Автоматический выбор режима). Simulink автоматиче­ски устанавливает режим MultiTasking для тех моделей, в которых используются блоки с различными скоростями передачи сигналов, и ре­жим SingleTasking для моделей, в которых содержатся блоки, опери­рующие одинаковыми скоростями.

При выборе метода интегрирования с переменным шагом интегрирования Variable-step появляются поля для установки трех параметров:

- Max step size – максимальный шаг интегрирования. По умолчанию он устанавливается автоматически (auto), и его значение в этом случае равно (Stop Time – Start Time)/50. Если это значение оказыва­ется слишком большим, то графики решений представляют собой ломаные, а не плавные линии. В этом случае величину максимального шага интегрирования необходимо задавать явным образом;

- Min step size – минимальный шаг интегрирования.

- Initial step size – начальное значение шага интегрирования.

При моделировании непрерывных систем с использованием переменно­го шага необходимо указать точность вычислений: относительную (Relative tolerance) и абсолютную (Absolute tolerance). По умолчанию они равны со­ответственно 10 ^-3 и auto.

В разделе Output optionsустанавливаются параметры вывода сигналов моделируемой системы:

- Refine output (Скорректированный вывод) – позволяет изменять шаг ре­гистрации модельного времени и тех сигналов, которые сохраняются в рабочей области MATLAB с помощью блока То Workspace. Установка такта дискретности выполняется в строке редактирования Refine factor, расположенной справа. По умолчанию значение Refine factor равно 1, это означает, что регистрация производится с шагом Δt = 1 (т. е. для ка­ждого значения модельного времени). Если задать Refine factor рав­ным 2, это означает, что будет регистрироваться каждое второе значение сигналов, 3 – каждое третье и т. д. Параметр Refine factor может прини­мать только целые положительные значения.

- Produce additional output (Дополнительный вывод) – обеспечивает до­полнительную регистрацию параметров модели в заданные моменты времени. Их значения вводятся в строке редактирования (в этом случае она называется Output times) в виде списка, заключенного в квадратные скобки. При использовании этого варианта базовый шаг регистрации (Dt)равен 1. Значения времени в списке Output times могут быть дроб­ными числами и иметь любую точность.

- Produce specified output only (Формировать только заданный вывод) –устанавливает вывод параметров модели только в заданные моменты времени, которые указываются в поле Output times (Моменты времени вывода) в виде вектора.

На вкладке Workspace I/Oнаходятся элементы, позволяющие управлять вводом в рабочую область MATLAB и выводом из нее промежуточных данных и результатов моделирования:

· Load from workspace (Загрузить из рабочей области). Если флажок Input (Входные данные) установлен, то в расположенное справа текстовое по­ле можно ввести формат данных, которые будут считываться из рабочей области MATLAB. Установка флажка Initial State (Начальное состояние) позволяет ввести в связанное с ним текстовое поле имя переменной, со­держащей параметры начального состояния модели. Данные, указанные в полях Input и Initial State, передаются в исполняемую модель посредст­вом одного или более блоков In (из раздела библиотеки Sources).

· Save to workspace (Записать в рабочую область) – позволяет установить режим вывода значений сигналов в рабочей области MATLAB и задать их имена.

· Save options (Параметры записи) – задает количество строк при передаче переменных в рабочую область. Если флажок Limit rows to last установ­лен, то в поле ввода можно указать количество передаваемых строк (от­счет строк производится от момента завершения расчета). Если флажок не установлен, то передаются все данные. Параметр Decimation (Проре­живание) задает шаг записи переменных в рабочую область (аналогично параметру Refine factor вкладки Solver). Параметр Format (формат дан­ных) задает формат передаваемых в рабочую область данных. Доступ­ные форматы Array (Массив), Structure (Структура), Structure With Time (Структура с дополнительным полем "Время").

Вкладка Diagnostics позволяет изменять перечень диагности­ческих сообщений, выводимых Simulink в командном окне MATLAB, а также устанавливать дополнительные параметры диагностики модели.

Сообщения об ошибках или проблемных ситуациях, обнаруженных Simulink в ходе моделирования и требующих вмешательства разработчика, выводятся в командном окне MATLAB. Исходный перечень таких ситуаций приведен в списке Configuration options (Опции конфигурации). Разработ­чик может указать вид реакции на каждую ситуацию, используя группу пе­реключателей в поле Action (Действие). С помощью переключателей можно выбрать один из вариантов реакции:

· None – игнорировать;

· Warning – выдать предупреждение и продолжить моделирование;

· Error - выдать сообщение об ошибке и остановить процесс моделирования.

Выбранный вид реакции отображается в списке рядом с наименованием события.

В панели Simulation options (Опции моделирования) можно задать виды проверки работы S-функций: Consistency Checking (Проверка совместимо­сти) и Bounds Checking (Проверка границ). Выбор опции Consistency Check­ing дает возможность Simulink контролировать правильность работы поль­зовательской S-функции для выбранного решателя. С помощью опции Bounds Checking проверяется возможный выход за границы массивов при вычислении S-функцией вектора переменных состояния и их производных. Установка данных опций имеет смысл на этапе отладки модели, поскольку время расчета в этом случае значительно увеличивается.

Создание подсистем

Если блок–схема модели слишком сложная и имеет большие размеры, ее можно упростить, группируя блоки в подсистемы. Построение структурных схем с использованием подсистем позволяет сделать схему наглядной и создавать иерархические структуры. При этом сокращается количество блоков, которые выводятся в окне модели, и появляется возможность объединить в одну группу (подсистему) функционально связанные блоки. Количество подсистем в модели не ограничивается. Подсистема сама в свою очередь может содержать подсистемы, при этом уровень вложенности подсистем также не ограничивается.

Подсистему можно создать двумя способами:

· добавить блокSubsystem в модель, потом войти в этот блок и создать подсистему в появившемся окне подсистемы;

· выделить часть блок–схемы модели и объединить ее в подсис­тему.