【文章內容簡介】 AB算法。 （7）使用定步長或變步長運行仿真，根據仿真模式來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型。 （8）圖形化的調試器和剖析器來檢查仿真結果，診斷設計的性能和異常行為。 （9）可訪問MATLAB從而對結果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數和測試數據。 （10）模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤。Simulink 可以對實際的動態(tài)系統建模，仿真并實時分析系統輸出的變化。利用Simulink仿真動態(tài)系統分兩步：（1）用戶創(chuàng)建一個結構框圖，利用Simulink 模型編輯器，通過系統的輸入，傳遞函數，輸出描述數學關系（2）仿真系統的模型，并指定開始時間和結束時間仿真結構圖是動態(tài)系統數學模型的圖形化描述，數學模型由一組方程組表示，包括比例，微分，微分方程。創(chuàng)建動態(tài)系統模型的要素：用戶可以用Simulink軟件包建模、仿真和分析模型輸出隨時間而改變的系統，這樣的系統通常是指動態(tài)系統：利用Simulink，用戶可以搭建很多領域的動態(tài)系統，包括電子電路、減振器、剎車系統和許多其他的電子、機械和熱力學系統。使用Simulink仿真動態(tài)系統包括兩個過程。首先，利用Simulink的模型編輯器創(chuàng)建被仿真系統的模型方塊圖，系統模型描述了系統中輸入、輸出、狀態(tài)和時間的數學關系，然后使用Simulink根據用戶輸入的模型信息在一個時間段內仿真動態(tài)系統。本節(jié)綜合給出了用戶在Simulink中創(chuàng)建動態(tài)系統模型時需要理解和掌握的所有建模要素。（1）方塊圖Simulink方塊圖是動態(tài)系統數學模型的圖形化描述， 動態(tài)系統的數學模型是由一組方程來表示的，而由方塊圖模型所描述的數學方程就是眾所周知的代數方程、微分方程和(或)差分方程。一個典型的動態(tài)系統方塊圖模型是由一組模塊和相互連接的線(信號)組成的，這些方塊圖模型都來源于工程領域，如反饋控制系統理論和信號處理理論等。每個模塊本身就定義了一個基本的動態(tài)系統，而方塊圖中每個基本動態(tài)系統之間的關系就是通過模塊之間相互連接的線來說明的，方塊圖中的所有模塊和連線就描述了整個動態(tài)系統。方塊圖模型中的每個模塊都屬于一個特定的Simulink模塊類型，模塊的類型決定了模塊的輸出、輸入、狀態(tài)與時間的關系，在建立系統模型圖時，Simulink方塊圖中可以包含任意數目、任意類型的模塊，Simulink中的模塊包括非虛擬模塊和虛擬模塊。非虛擬模塊是基本系統，虛擬模塊則是為了模型方塊圖組織結構的簡化而建立的，它在模型方塊圖所描述的系統方程定義中不起任何作用、如Bus Creator 模塊和Bus Selector 模塊就是虛擬模塊，它們的作用只是把信號“捆綁”在一起用來簡化方塊圖，而且也增加了模型的可讀性。在Simulink中，方塊圖(或者說模型)表示的是“基于時間的方塊圖”，其含義如下：1）Simulink方塊圖定義了信號和狀態(tài)變量的時間關系，方塊圖的解是通過求解整個時間過程中所有的函數方程來獲得的，這個時間過程就是由用戶指定的“起始時刻”開始，至用戶定義的“終止時刻”結束，每次計算都是在一個時間步內求解這些函數關系的。2）信號表示的是整個時間范圍內的量值，在方塊圖的起始時刻到終止時刻之間每個時間點上都定義了信號。3）信號和狀態(tài)變量之間的關系是通過模塊所表示的一組方程定義的，每個模塊都是由一組方程(也稱為模塊方法)組成的，這些方程定義了輸入信號、輸出信號和狀態(tài)變量之間的關系。方程定義中的所有值稱為參數，也就是方程中的系（2）系統函數每個Simulink模塊的類型都是與一組系統函數相關聯的，系統函數指定了模塊的輸入、狀態(tài)和輸出之間的時間關系，這個系統函數包括：輸出函數 ：它表示的是系統輸出、輸入、狀態(tài)和時間的關系。更新函數 ：它表示的是系統離散狀態(tài)的將來值與當前時刻、輸入和狀態(tài)之間的關系。微分函數 ：它表示的是系統連續(xù)狀態(tài)對時間的微分、模塊當前狀態(tài)值和輸入之間的關系。這里，t是當前時間，x是模塊的狀態(tài)，u是模塊的輸入，y是模塊的輸出，xd是模塊的離散狀態(tài)的微分，是模塊連續(xù)狀態(tài)的微分，在進行仿真過程中，Simulink利用系統函數計算系統的狀態(tài)值和輸出值。（3）狀態(tài)Simulink模塊可能包含有狀態(tài)，狀態(tài)(state)是確定模塊輸出的變量，它的當前值是模塊狀態(tài)和（或）前一時刻輸入值的函數，含有狀態(tài)的模塊必須存儲前一時刻的狀態(tài)值，用以計算當前時刻的狀態(tài)值，因此說，狀態(tài)是可以保持的。由于含有狀態(tài)的模塊必須存儲前一時刻的狀態(tài)值和(或)輸出值用以計算當前時刻的狀態(tài)值，因此這樣的模塊都需要內存。模塊的輸出是模塊輸入、狀態(tài)和時間的函數，描述模塊輸出對輸入、狀態(tài)和時間的特定函數取決于模塊的類型。Simulink模型有兩種狀態(tài)類型：離散狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài)。連續(xù)狀態(tài)是連續(xù)變化的，如汽車的位置和速度；離散狀態(tài)是連續(xù)狀態(tài)的近似，這些狀態(tài)在有限的時間間隔(周期性或非周期性)內進行更新(重新計算)，例如，在數字里程表中顯示的汽車位置就是離散狀態(tài)，這些位置在每秒內進行更新，如果離散狀態(tài)時間間隔趨近于零，那么離散狀態(tài)也相當于連續(xù)狀態(tài)。Simulink模塊明確定義了模型的狀態(tài)，尤其是需要某些先前時刻的輸出或所有輸出才能計算當前輸出的模塊，這些模塊明確定義了兩個時間步之間需要保存的一組狀態(tài)，因此說，這樣的模塊都是有狀態(tài)的：圖21是含有狀態(tài)的模塊中輸入、輸出和狀態(tài)的圖形表示。模型中狀態(tài)的總數是模型中所有模塊定義的所有狀態(tài)之和，為了確定模型中的狀態(tài)總數，Simulink需要分析模型中所包含的模塊類型，然后再確定模塊類型所定義的狀態(tài)數目，Simulink會在仿真匯編階段進行這個工作。舉例來說，Simulink的Integrator(積分器)模塊就是—個含有狀態(tài)的模塊。Integrator模塊輸出的是由仿真起始時刻到當前時刻的輸入信號的積分值，當前時刻的輸出值取決于在此時刻之前Integrator模塊的所有輸入值，事實上，積分值只是Integrator模塊的一個狀態(tài)。再舉一個例子，Simulink的Memory模塊也是一個含有狀態(tài)的模塊，Memory模塊存儲當前仿真時刻的輸入值，并在此時刻之后輸出這些值，因此Memory模塊的狀態(tài)就是前—時刻的輸入值。Simulink的Gain模塊是個無狀態(tài)模塊，Gain模塊的輸出值是輸入信號值乘以增益常數，它的輸出完全是由當前的輸入值和增益來決定的。此外，sum模塊和Product模塊也是無狀態(tài)模塊，它們的輸出均是當前輸入的函數，因此都是無狀態(tài)的。第一：連續(xù)狀態(tài)。計算連續(xù)狀態(tài)需要知道狀態(tài)的變化率或微分，由于連續(xù)狀態(tài)的變化率自身也是連續(xù)的(即它自身也是—個狀態(tài))，因此計算當前時間步上連續(xù)狀態(tài)的值需要從仿真的起始時刻開始對狀態(tài)的微分值進行積分，這樣，在Simulink中建立連續(xù)狀態(tài)的模型需要Simulink能夠表示積分操作并描述每一時刻上狀態(tài)微分的計算過程。Simulink方塊圖使用Integrator模塊表示積分過程，并利用與Integrator模塊相連的一串操作模塊表示計算狀態(tài)微分的方法，這串與Integrator模塊相連的模塊實際上就是圖形化的常微分方程(ODE)。通常，除了簡單動態(tài)系統，對由對常微分方程所描述的真實世界動態(tài)系統中狀態(tài)的積分是不存在解析法的，對狀態(tài)積分需要利用稱為ODE算法的數值方法，這些不同的方法需要在計算精度和計算負荷之間進行折衷選擇。Simulink給出了最通用的ODE積分方法的計算機實現，并允許用戶在仿真一個系統時確定使用那一種方法來積分由Integrator模塊表示的狀態(tài)。計算當前時間步上連續(xù)狀態(tài)的值需要從仿真的起始時刻開始對這個狀態(tài)值進行積分，數值積分的精度取決于兩個時間步間隔的大小，時間間隔越小，仿真精度越高。有些變時間步的ODE算法可以根據狀態(tài)的變化率自動改變時間步的大小，滿足整個仿真期間的精度要求。Simulink允許用戶在選擇定步長或變步長算法時均可指定仿真步長的大小，若想使計算負荷最小，變步長算法會選擇最大步長，這樣，對于模型中變化最快的狀態(tài)，Simulink所選擇的步長仍然能夠滿足用戶指定的精度要求，也就保證了模型中計算的所有狀態(tài)均滿足用戶指定的精度。第二：離散狀態(tài)。計算離散狀態(tài)需要知道當前時刻和在此時刻之前所有狀態(tài)值之間的關系，Simulink會在狀態(tài)的更新函數中參考這種關系。由于離散狀態(tài)不僅依賴于先前時間步的值，而且還依賴于模型的輸出值，因此，在Simulink中建立離散狀態(tài)的模型也需要建立狀態(tài)與先前時間步上系統輸入之間的關系模型。Simulink方塊圖使用特定類型的模塊，即離散模塊來建立狀態(tài)與系統輸入之間的關系模型。與連續(xù)狀態(tài)—樣，離散狀態(tài)在設置上也可以限制仿真步長的大小，對于有些模型，如果要求模型狀態(tài)的所有采樣點都必須在仿真步上，那么必須明確指定仿真步長，Simulink利用離散求解器實現這些設置要求、Simulink給出兩種離散求解器：定步長離散求解器和變步長離散求解器。定步長離散求解器確定滿足模型中所有離散狀態(tài)的所有采樣時間的固定步長，而不考慮在采樣時刻狀態(tài)是否改變。相比之下，變步長離散求解器會根據狀態(tài)的改變而改變步長，以確保只在狀態(tài)值發(fā)生改變的時刻開始采樣。第三?；旌舷到y的狀態(tài)?；旌舷到y是既有離散狀態(tài)又有連續(xù)狀態(tài)的系統。嚴格地說，混合系統模型應該是既有離散采樣時間，又有連續(xù)采樣時間的模型，這些采樣時間都來自于離散狀態(tài)和連續(xù)狀態(tài)。求解這樣的系統模型，在選擇步長時既要能滿足對連續(xù)狀態(tài)積分的精度要求，又要滿足對離散狀態(tài)采樣時間的限制，因此，Simulink利用傳遞由離散求解器確定的下一個采樣時間作為連續(xù)求解器的附加限制求實現這個要求，也就是說，連續(xù)求解器選擇的步長在步進仿真的同時不能超過下—個采樣時刻，連續(xù)求解器可以縮短下一個采樣時間的步長以滿足它的精度限制，但即使精度滿足要求，它所選擇的步長也不能越過下一個采樣時刻。(4)模塊參數Simulink中的許多標準模塊的關鍵屬性都是可以參數化的。例如，Simulink的Gain模塊中的gain變量就是一個參數，每個參數化模塊都有一個在編輯或仿真模型時用以設置參數值的對話框，用戶可以使用MATLAB表達式指定參數值，Simulink會在仿真運行前求取表達式的值。與然，用戶也可以在仿真運行期間改變參數值，也就是說，可以用交互的方式確定最適合的參數值。一個參數化模塊可以用來表示—組相似模塊。例如，當創(chuàng)建模型時，用戶可以分別把每個Gain模塊的gain參數設置為不同的值，從而讓每個Gain模塊執(zhí)行不同的任務。正因為Simulink允許用每個標準模塊來表示一組相似模塊，所以，模塊的參數化大大提高了標準Simulink模塊庫的建模能力。Simulink中許多模塊的參數都是可調的，可調參數(Tunable Parameter)是指在Simulink仿真模型的過程中，用戶可以改變這些參數的數值。例如，Gain模塊的gain參數是可調的，當進行仿真運算時，用戶可以改變模塊的gain值。如果模塊的參數不可調，在運行仿真期間，Simulink會關閉設置參數的對話框，正因為如此，為了提高仿真的執(zhí)行速度，除了希望改變的參數外，用戶可以將模型中的所有其他參數均指定為不可調，這可以加速大模型的執(zhí)行，而且也會加快代碼的生成速度。（5）模塊采樣時間標準的Simulink模塊包括連續(xù)模塊和離散模塊，連續(xù)模塊對連續(xù)變化的輸入信號進行連續(xù)響應，而離散模塊只對采樣時刻（即固定時間間隔的整數倍時刻）的輸入信號進行響應。所有的Simulink模塊都有采樣時間，包括沒有定義狀態(tài)的模塊，如Gain模塊。連續(xù)模塊可以有無限小的采樣時間，稱為連續(xù)采樣時間；離散模塊可以通過Sample time參數指定采樣時間，離散模塊在兩個連續(xù)的采樣時刻之間會一直保持其輸出值，舉例來說，Constant模塊及Continuous模塊庫中的模塊都是連續(xù)模塊，Discrete Pulse Generator模塊和Discrete模塊庫中的模塊都是離散模塊。此外，向許多Simulink模塊既可以作為連續(xù)模塊，也可以作為離散模塊，這要取決于激勵這些模塊的模塊是連續(xù)模塊還是離散模塊，如Gain模塊。對于這些既不是連續(xù)模塊也不是離散模塊的模塊，用戶可以指定隱含的采樣時間，也就是從模塊輸入端繼承的采樣時間，如果模塊的任—輸入是連續(xù)的，那么隱含的采樣時間也是連續(xù)的，否則，隱含的采樣時間就是離散的。而且，如果所有輸入的采樣時間是輸入最短時間的整數倍，那么隱含的離散采樣時間就等于最短的輸入采樣時間，否則，隱含的采樣時間就等于輸入的基本采樣時間(Fundamental sample Time)，組采樣時間的基本采樣時間被定義為這組采樣時間的最大整數因子。Simulink可以為方塊圖標注顏色，用以表示模塊所包含的采樣時間，如黑色(連續(xù)模塊)、洋紅(常值)、黃色(混合)、紅色(最快的離散模塊)等。（6）用戶模塊Simulink允許用戶創(chuàng)建用戶模塊庫，而且用戶可以在之后的建模過程中使用自建的模塊。用戶模塊的創(chuàng)建可以利用圖形的方式，也可以通過編程來實現。如果要用圖形的方式創(chuàng)建用戶模塊，則必須繪制模塊的方塊圖，然后把這個方塊圖放置到Subsystem模塊中，并為Subsystem模塊提供一個參數對話框；如果要用編程的方式創(chuàng)建模塊，則必須編寫M文件或者編寫包含模塊系統函數的MEX文件，最終的結果文件被稱為S函數，然后將S函數與用戶所創(chuàng)建系統模型中的Simulink SFunction模塊相關聯，用戶可以通過把模型中SFunction模塊放置到Subsystem模塊中，并為該Subsystem模塊添加參數框的方式SFunction模塊添加參數框。（7）系統和子系統Simulink方塊圖可以包含層級，每一層定義了一個子系統，也就是用相互連接的子系統建立復雜系統的模型。子系統是整個方塊圖的一部分，實際上對方塊圖的含義沒有任何影響，它主要是在方塊圖的結構組織上提供幫助，使用戶的模型圖更易讀，但它不能定義一個獨立的方塊圖。用戶可以用Subsystem模塊和Simulink模型編輯器來創(chuàng)建子系統，也可以在子系統內嵌套任意層的子系統來創(chuàng)建層級子系統，此外，用戶還可以創(chuàng)建依條件執(zhí)行的子系統，這樣的子系統只有在觸發(fā)或使能輸入時才可以執(zhí)行。Simulink把子系統類型分為虛擬子系統和原子