【正文】 值 。 （ 2） Gain模塊：增益取值為 50。 （ 3） Constant1模塊：常數(shù)取值為 45。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 行駛控制器參數(shù) （ 1） 所有 Unit Delay模塊：初始狀態(tài)為 0、 采樣時間為。 （ 2） P、 I、 D增益模塊：取值分別為 、 0。 汽車動力機(jī)構(gòu)參數(shù) （ 1） Gain模塊：取值為 1/m， 即 1/1000。 （ 2） Gain1模塊：取值為 b/m， 即 20/1000。 （ 3） Integrator模塊：初始狀態(tài)為 0， 即速度初始值為 0。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 系統(tǒng)仿真參數(shù) （ 1） 仿真時間范圍：從 0至 1000s。 （ 2） 求解器：使用變步長連續(xù)求解器 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 4． 系統(tǒng)仿真與分析 在對系統(tǒng)模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置之后 ， 接下來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析 。 為了使用戶對離散行駛控制器的作用有一個直觀的認(rèn)識 ， 這里使用兩組不同的 PID控制參數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真 ， 其結(jié)果如圖 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 行駛控制器參數(shù)設(shè)置： P = 1 I = D = 0 行駛控制器P I D 參數(shù)： P = 5 I = D = 2 圖 不同控制參數(shù)下的仿真結(jié)果 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 汽車行駛控制系統(tǒng)的目的是使汽車的速度在較短的時間內(nèi)平穩(wěn)地達(dá)到指定的速度 。 從圖 以看出 ， 在行駛控制器控制參數(shù)取值為 P= I=、D=0時 ， 汽車的速度并非直接達(dá)到指定的速度 ， 而是經(jīng)過一個振蕩衰減過程 ， 最后逐漸過渡到指定的速度 。 此時行駛控制系統(tǒng)為典型的二階欠阻尼控制系統(tǒng) 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 工 作空間輸入輸出 Workspace I/O設(shè)置 在對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析時 ， 往往需要對系統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的定量分析 。 使用 Scope模塊可以直接顯示系統(tǒng)仿真結(jié)果 ， 非常有利于對系統(tǒng)的定性分析 ， 但并不利于系統(tǒng)的定量分析 。 本書第 4章中介紹的Simulink與 Matlab的接口設(shè)計技術(shù) ， 允許 Simulink與Matlab之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 ， 如從 Matlab工作空間中獲得系統(tǒng)模塊參數(shù) 、 輸出仿真結(jié)果至 Matlab工作空間等 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 Workspace I/O選項卡 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 1． 從 Matlab工作空間獲得系統(tǒng)輸入 （ Load form workspace） 雖然 Simulink提供了多種系統(tǒng)輸入信號 ， 但并不能完全滿足需要 。 Simulink允許使用用戶自定義的信號作為系統(tǒng)輸入信號 。 在 Load form workspace框中 ， 用戶可以設(shè)置 Matlab中的變量作為系統(tǒng)輸入信號或是系統(tǒng)狀態(tài)初始值 ， 如下所述： （ 1） Input：用來設(shè)置系統(tǒng)輸入信號 。 其格式為 [t，u]， 其中 t、 u均為列向量 ， t為輸入信號的時間向量 ， u為相應(yīng)時刻的信號取值 ， 可以使用多個信號輸入 ， 如 [t，u1， u2]。 輸入信號與 Simulink的接口由 Inport模塊 （ In1模塊 ） 實現(xiàn) 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink （ 2） xInitial state：用來設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)變量初始值 。初始值 xInitial可為行向量 。 注意 ， 使用 xInitial state所設(shè)置狀態(tài)變量初始值會自動覆蓋系統(tǒng)模塊中的設(shè)置 。 另外 ， 輸入信號與狀態(tài)變量需要按照系統(tǒng)模型中 Inport模塊 （ 即 In1模塊 ） 的順序進(jìn)行正確設(shè)置 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 2． 輸入數(shù)據(jù)至 Matlab工作空間（ Save to workspace） 使用 Workspace I/O選項卡可以將系統(tǒng)的仿真結(jié)果 、系統(tǒng)仿真時刻 、 系統(tǒng)中的狀態(tài)或是指定的信號輸出到Matlab工作空間之中 ， 以便用戶對其進(jìn)行定量分析 ，如下所述： （ 1） Time：輸出系統(tǒng)仿真時刻 。 （ 2） States：輸出系統(tǒng)模型中所有的狀態(tài)變量 。 （ 3） Output：輸出系統(tǒng)模型中所有由 Outport模塊（ 即 Out1模塊 ） 表示的信號 。 （ 4） Final state：輸出系統(tǒng)模型中的最終狀態(tài)變量取值 ， 即最后仿真時刻處的狀態(tài)值 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 2． 數(shù)據(jù)保存設(shè)置 （ Save option） （ 1） Limit data points to last：表示輸出數(shù)據(jù)的長度（ 從信號的最后數(shù)據(jù)點(diǎn)記起 ） 。 （ 2） Format：表示輸出數(shù)據(jù)類型 。 共有三種形式：Structure with Time（ 帶有仿真時間變量的結(jié)構(gòu)體 ） 、Structure（ 不帶仿真時間變量的結(jié)構(gòu)體 ） 以及 Array（ 信號數(shù)組 ） 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 上面簡單介紹了 Workspace I/O選項卡的設(shè)置與功能 ，下面舉例說明 。 對于圖 ， 按照圖中所示設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)中的 Workspace I/O選項卡 ， 以從Matlab工作空間獲取系統(tǒng)輸入信號 、 系統(tǒng)狀態(tài)初始值并將系統(tǒng)仿真結(jié)果輸出至 Matlab工作空間之中 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 Workspace I/O設(shè)置舉例 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 在運(yùn)行仿真之前 ， 首先需要生成系統(tǒng)輸入信號與狀態(tài)初始值 ， 在 Matlab命令窗口中鍵入如下命令： t=1::10。 t=t39。 u=sin(t)。 u=u39。 xInitial=[0,1]。 然后運(yùn)行系統(tǒng)仿真 ， 為了觀察 Workspace I/O設(shè)置的效果 ， 這里使用 Scope模塊顯示仿真結(jié)果 ， 如圖 示 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 使用 Workspace I/O設(shè)置的仿真結(jié)果 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 此時查看 Matlab的工作空間 ， 用戶可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)仿真結(jié)果 （ 仿真時間 、 系統(tǒng)狀態(tài) 、 系統(tǒng)運(yùn)算結(jié)果以及最終狀態(tài)等 ） 被正確的輸出到 Matlab工作空間中 ， 這里不再贅述 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink Simulink的調(diào)試技術(shù) 毫無疑問 ， 功能強(qiáng)大 、 界面友好的調(diào)試功能是優(yōu)秀系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)平臺所必備的條件之一 。 Simulink作為高性能的系統(tǒng)設(shè)計 、 仿真與分析平臺 ， 給用戶提供了強(qiáng)大的模型調(diào)試工具 。 通過 Simulink的調(diào)試工具 ， 用戶可以對動態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)模型進(jìn)行調(diào)試 ， 以發(fā)現(xiàn)其中可能存在的問題 ， 然后進(jìn)行修改 ， 從而快速完成系統(tǒng)設(shè)計 、仿真與分析的目的 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 不同領(lǐng)域中的不同的系統(tǒng)模型 ， 其復(fù)雜程度往往相差懸殊 ， 對系統(tǒng)模型調(diào)試的復(fù)雜程度也大不相同 。Simulink所提供的圖形調(diào)試器可以滿足多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中系統(tǒng)模型的調(diào)試 ， 而并非針對專門的應(yīng)用領(lǐng)域所設(shè)計的 。 因此 ， 在介紹 Simulink調(diào)試器功能時 ， 這里僅以最為簡單的例子對其進(jìn)行說明 ， 以便具有不同專業(yè)背景的系統(tǒng)設(shè)計人員都可以很好的理解 。 Simulink的圖形調(diào)試器具有優(yōu)秀的用戶界面 ， 使用菜單 Tools下的 Simulink debugger命令或是使用調(diào)試器按鈕啟動調(diào)試器 ， 如圖 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 Simulink調(diào)試器窗口 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 調(diào)試器的操作設(shè)置與功能 啟動 Simulink調(diào)試器 ， 設(shè)置合適的調(diào)試斷點(diǎn)之后 ，便可以對系統(tǒng)模型中指定的模塊或信號進(jìn)行調(diào)試了 。在設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試之前 ， 首先對 Simulink圖形調(diào)試器中的操作設(shè)置與功能做一個簡單的介紹 。 1． Simulink調(diào)試器工具欄 Simulink調(diào)試器工具欄命令功能介紹如圖 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 在指定模塊之前設(shè)置斷點(diǎn) 執(zhí)行時顯示指定模塊輸入輸出 顯示指定模塊當(dāng)前輸入輸出 執(zhí)行至下一模塊 執(zhí)行至下一時刻 開 始調(diào)試或執(zhí)行至下一斷點(diǎn) 停止調(diào)試 圖 Simulink調(diào)試器工具欄命令介紹 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 2． 斷點(diǎn)顯示及斷點(diǎn)條件設(shè)置 Simulink提供了友好的調(diào)試界面 ， 用戶可以在斷點(diǎn)顯示框中了解到當(dāng)前斷點(diǎn)的信息 ， 如斷點(diǎn)位置 、 斷點(diǎn)模塊的輸入輸出等 ， 如圖 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 斷點(diǎn)顯示框 顯示斷點(diǎn)設(shè)置，以及斷點(diǎn)模塊的輸入輸出 移去斷點(diǎn) 圖 斷點(diǎn)顯示框 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 一般說來 ， 用戶可以在調(diào)試之前在指定的模塊之前設(shè)置斷點(diǎn) 。 但是多數(shù)情況下 ， 用戶需要在一定的條件下設(shè)置系統(tǒng)斷點(diǎn)以進(jìn)行調(diào)試 。 Simulink調(diào)試器提供了五種斷點(diǎn)條件設(shè)置 ， 如圖 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink （ 1 ）在系統(tǒng)發(fā)生過零處設(shè)置斷點(diǎn) （ 2 ）在仿真步長受到狀態(tài)限制處設(shè)置斷點(diǎn) （ 3 ）在最小仿真步長出現(xiàn)處設(shè)置斷點(diǎn) （ 4 ）在系統(tǒng)中出現(xiàn)無窮小值出設(shè)置斷點(diǎn) （ 5 ）在指定的仿真時刻處設(shè)置斷點(diǎn) 在系統(tǒng)發(fā)生過零處設(shè)置斷點(diǎn)在仿真步長受到狀態(tài)限制處設(shè)置斷點(diǎn)在最小仿真步長出現(xiàn)處設(shè)置斷點(diǎn)在系統(tǒng)中出現(xiàn)無窮小值處設(shè)置斷點(diǎn)在指定的仿真時刻處設(shè)置斷點(diǎn) 圖 斷點(diǎn)條件設(shè)置 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 3． 調(diào)試器輸出窗口 在對指定的系統(tǒng)模型進(jìn)行調(diào)試時 ， 調(diào)試結(jié)果均在Simulink的輸出窗口顯示 。 圖 Simulink的調(diào)試器輸出窗口： 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 調(diào)試結(jié)果輸出 調(diào)試執(zhí)行順序 調(diào)試狀態(tài) 圖 調(diào)試器輸出窗口 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 下面對其進(jìn)行簡單的介紹： （ 1） Outputs：輸出調(diào)試結(jié)果 ， 如調(diào)試時刻 、 調(diào)試的模塊以及模塊輸入輸出等 。 （ 2） Execution Order：輸出調(diào)試順序 ， 即調(diào)試過程中各模塊的執(zhí)行順序 。 （ 3） Status：輸出調(diào)試狀態(tài) ， 如當(dāng)前仿真時間 、 缺省調(diào)試命令 （ 執(zhí)行至下一模塊或是執(zhí)行至下一時間步 ） 、調(diào)試斷點(diǎn)設(shè)置以及斷點(diǎn)數(shù)等狀態(tài)信息 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 系統(tǒng)調(diào)試舉例 從對調(diào)試器操作設(shè)置與功能的介紹中可以看出 ， 使用 Simulink圖形調(diào)試器既簡單又直觀 。 接下來以圖 所示的系統(tǒng)模型為例說明 Simulink的調(diào)試技術(shù) ， 系統(tǒng)模型如圖 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 A 系統(tǒng)模型 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 B 系統(tǒng)模型的子系統(tǒng)實現(xiàn) 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 1． 設(shè)置系統(tǒng)調(diào)試斷點(diǎn) （ 1） 啟動 Simulink的調(diào)試器 。 （ 2） 在子系統(tǒng)中增益模塊 （ Gain模塊 ） 之前設(shè)置斷點(diǎn)：選擇 Gain模塊 ， 然后單擊 Simulink調(diào)試器工具欄中‘ 在指定模塊之前設(shè)置斷點(diǎn) ’ 圖標(biāo)即可 。 此時 ， 斷點(diǎn)顯示框中將顯示斷點(diǎn)設(shè)置情況 ， 如圖 。 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 系統(tǒng)調(diào)試斷點(diǎn)設(shè)置 第 5章 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 3． 逐模塊執(zhí)行調(diào)試 系統(tǒng)模型一旦進(jìn)入調(diào)試模式，使用調(diào)試器工具欄中的第一個按鈕‘執(zhí)行下一模塊’，便可逐模塊對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試過程中，即將被執(zhí)行的模塊系統(tǒng)會用黃顏色突出顯示。當(dāng)此模塊被執(zhí)行完畢時，在調(diào)試器輸出窗口中將顯示相應(yīng)的系統(tǒng)仿真