【正文】 此功能對于簡單的系統(tǒng)調(diào)試而言作用不大 ， 但對于大型多速率復雜系統(tǒng)來說是非常重要的 。逐時間步調(diào)試的特點是調(diào)試的時間間隔與系統(tǒng)仿真步長一致，并且在系統(tǒng)斷點處停止執(zhí)行。如果系統(tǒng)調(diào)試至系統(tǒng)模型中的子系統(tǒng)，則調(diào)試器會自動打開相應的子系統(tǒng)。 此時 ， 斷點顯示框中將顯示斷點設(shè)置情況 ， 如圖 。 3 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 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink （ 1 ）在系統(tǒng)發(fā)生過零處設(shè)置斷點 （ 2 ）在仿真步長受到狀態(tài)限制處設(shè)置斷點 （ 3 ）在最小仿真步長出現(xiàn)處設(shè)置斷點 （ 4 ）在系統(tǒng)中出現(xiàn)無窮小值出設(shè)置斷點 （ 5 ）在指定的仿真時刻處設(shè)置斷點 在系統(tǒng)發(fā)生過零處設(shè)置斷點在仿真步長受到狀態(tài)限制處設(shè)置斷點在最小仿真步長出現(xiàn)處設(shè)置斷點在系統(tǒng)中出現(xiàn)無窮小值處設(shè)置斷點在指定的仿真時刻處設(shè)置斷點 圖 斷點條件設(shè)置 3 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)模型進行調(diào)試時 ， 調(diào)試結(jié)果均在Simulink的輸出窗口顯示 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 在指定模塊之前設(shè)置斷點 執(zhí)行時顯示指定模塊輸入輸出 顯示指定模塊當前輸入輸出 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 停止調(diào)試 圖 Simulink調(diào)試器工具欄命令介紹 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 2． 斷點顯示及斷點條件設(shè)置 Simulink提供了友好的調(diào)試界面 ， 用戶可以在斷點顯示框中了解到當前斷點的信息 ， 如斷點位置 、 斷點模塊的輸入輸出等 ， 如圖 。 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 。 通過 Simulink的調(diào)試工具 ， 用戶可以對動態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)模型進行調(diào)試 ， 以發(fā)現(xiàn)其中可能存在的問題 ， 然后進行修改 ， 從而快速完成系統(tǒng)設(shè)計 、仿真與分析的目的 。 然后運行系統(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 。 t=t39。 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 ） 。 （ 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 。 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 。 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為相應時刻的信號取值 ， 可以使用多個信號輸入 ， 如 [t，u1， u2]。 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 。 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 。 （ 2） 求解器：使用變步長連續(xù)求解器 。 （ 2） Gain1模塊：取值為 b/m， 即 20/1000。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。速度操縱機構(gòu)的位置變換器參數(shù) （ 1） Slider Gain模塊：最小值 Low為 0、 最大值 High為 初始取值 。 然后建立系統(tǒng)模型，并將速度操縱機構(gòu)的位置變換器、行駛控制器、汽車動力機構(gòu)封裝到不同的子系統(tǒng)之中，如圖 。 在進行系統(tǒng)模型之前 ， 首先給出建立系統(tǒng)模型所需的主要系統(tǒng)模塊： （ 1） Math模塊庫中的 Slider Gain滑動增益模塊：對位置變換器的輸入信號的范圍進行限制 。汽車動力機構(gòu) 汽車動力機構(gòu)是行駛控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu) 。速度操縱機構(gòu)的位置變換器 位置變換器是汽車行駛控制系統(tǒng)的輸入部分 ， 其目的是將速度操縱機構(gòu)的位置轉(zhuǎn)換為相應的速度 ， 二者之間的數(shù)學關(guān)系如下所示： 4550 ?? xv ]1,0[?x3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink （ 3） 由速度差值信號驅(qū)動汽車產(chǎn)生相應的牽引力 ， 并由此牽引力改變汽車的速度直到其速度穩(wěn)定在指定的速度為止 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 變步長連續(xù)求解器對信號采樣時間的匹配 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖中左側(cè)所示為一簡單的混合系統(tǒng)模型（使用了Sample time colors功能表示不同采樣時間的信號，其中Unit Delay模塊采樣時間為 ， Unit Delay1模塊采樣時間為 ），圖中右側(cè)所示為系統(tǒng)仿真輸出數(shù)據(jù)點的圖形，從中可以明顯的看出：變步長連續(xù)求解器不時的減小仿真步長以匹配離散信號的采樣時刻。 Simulink仿真環(huán)境提供的 Sample time colors功能可以很好的將不同類型 、不同采樣時間的信號用不同的顏色表示出來 ， 從而可以使用戶對混合系統(tǒng)中的信號有個清晰的了解 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 比例 微分系統(tǒng)仿真結(jié)果 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 混合系統(tǒng)設(shè)計分析 .1 混合系統(tǒng)仿真技術(shù)的一般知識 在對混合系統(tǒng)進行仿真分析時，必須考慮系統(tǒng)中連續(xù)信號與離散信號采樣時間之間的匹配問題。 （ 5）其余仿真參數(shù)使用默認取值。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 在設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)之后 ， 接下來使用 Simulation Parameters仿真參數(shù)對話框中的 Solver選項卡設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù) ， 如下所述： （ 1） 仿真時間范圍為 0至 20s。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 執(zhí)行機構(gòu) 比 例微分控制器 圖 比例 微分控制系統(tǒng)模型 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 2． 設(shè)置系統(tǒng)模塊參數(shù)與仿真參數(shù) 在建立比例微分控制系統(tǒng)模型之后 ， 需要設(shè)置各模塊參數(shù)與系統(tǒng)仿真參數(shù) 。 本部分將介紹線性連續(xù)系統(tǒng)的仿真技術(shù) 。 從圖中可以明顯得看出 ， 減小系統(tǒng)仿真積分誤差可以有效的提高系統(tǒng)的仿真性能 ， 仿真輸出波峰與波谷處的曲線變得比較光滑 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 在仿真參數(shù)設(shè)置對話框中 ， 用戶可以對積分絕對誤差與 相對誤差進行合適的設(shè)置 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 變步長連續(xù)求解器可以根據(jù)積分誤差對仿真步長進行自動調(diào)整 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 蹦極跳系統(tǒng)的仿真結(jié)果 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 仿真精度控制 細心的讀者一定會發(fā)現(xiàn)，在圖 真結(jié)果中，仿真曲線的波峰與波谷處曲線很不光滑。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 使用 Simulation菜單下的 Simulation Parameters打開仿真參數(shù)設(shè)置對話框 ， 對蹦極跳系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置如下： (1) 系統(tǒng)仿真時間范圍為 0~100 s。 Simulink的連續(xù)求解器可以使用不同的數(shù)值求解方法對連續(xù)系統(tǒng)進行求解： (1) 定步長連續(xù)求解器。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 積分器模塊 velocity與 position的參數(shù)設(shè)置 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置與仿真分析 在對蹦極跳系統(tǒng)模型中各個模塊的參數(shù)正確設(shè)置之后 ， 需要設(shè)置系統(tǒng)仿真參數(shù)以對此系統(tǒng)進行仿真分析 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 蹦極跳系統(tǒng)模型 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)置 在建立蹦極跳系統(tǒng)模型之后 ， 需要設(shè)置系統(tǒng)模型中各個模塊的參數(shù) 。 (2) Functions amp。 如果物體系在一個彈性常數(shù)為的彈力繩索上 ，定義繩索下端的初始位置為 0， 則其對落體位置的影響為 因此整個蹦極跳系統(tǒng)的數(shù)學描述為 ???????0,00,)(xxkxxbxxaxaxbmgxm ????? 21)( ????3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 建立蹦極跳系統(tǒng)的 Simulink仿真模型 與建立離散系統(tǒng)模型類似 ， 在建立蹦極跳系統(tǒng)的模型之前 ， 首先對連續(xù)系統(tǒng)模塊庫 Continuous中比較常用的模塊簡單的回顧 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 連續(xù)系統(tǒng)的仿真分析 蹦極跳系統(tǒng)的數(shù)學模型 蹦極跳是一種挑戰(zhàn)身體極限的運動 ， 蹦極者系著一根彈力繩從高處的橋梁 （ 或是山崖等 ） 向下跳 。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 模塊 1 T s= 模塊 2 T s= 變步長 定步長 T s= T i m e 模塊 1 T s= 0 . 4模塊 2 T s= 0 . 6變步長定步長 T s= 0 . 20 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6T i me圖 定步長求解器與變步長求解器的仿真時刻對比 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 圖 具有不同的采樣時間 ， 模塊 1的采樣時間為 ， 而模塊 2的采樣時間為 s。 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 人口數(shù)目在0 至 10 0（年）之間的變化趨勢，人口逐漸趨向一個穩(wěn)定值 圖 人口變化系統(tǒng)仿真結(jié)果 3 動態(tài)系統(tǒng)的 Simulink 定步長仿真與變步長仿真 對于一個單速率離散系統(tǒng)的仿真，選擇定步長求解器對仿真來說