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Simulink仿真时间、步长、精度和解法器的设置说明

bigegpt 2024-08-21 12:17 2 浏览

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具, 基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

在Simulink环境中,无需编写大量程序代码,只需要通过简单的鼠标操作,建立模型方框图,就可构造出复杂的系统。

在使用Simulink进行仿真时,一定要注意仿真参数的设置,包括:仿真时间、仿真步长和解法器等。

1、仿真时间(Simulation time)

一般仿真开始时间设为0,而结束时间视不同的因素而选择。需要注意的是这里的时间概念与真实的时间不一样,只是计算机仿真中对时间的一种表示,比如10秒的仿真时间,如果采样步长定为0.1,则需要执行100步,若把步长减小,则执行步数增加,同时实际的程序执行时间也会增加。

总的说来,执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因素,包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速度等。

2、仿真步长模式(Solver selection)

在Type后面的下拉选项框中指定仿真的步长的形式,有Variable-step(变步长)和Fixed-step(固定步长)方式。

  • 变步长模式可以在仿真的过程中改变步长,提供误差控制和过零检测。对于变步长模式,用户可以设置最大步长、最小步长、初始步长以及仿真精度等参数,缺省情况下,步长自动地确定(auto)。
  • 固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长,不提供误差控制和过零检测。

3、解法器(Solver selection)

Simulink对变步长和定步长模式分别有不同的解法器。

变步长模式解法器有:discrete,ode45,ode23,ode113,ode15s,ode23s,ode23t,ode23tb。

  • discrtet:当Simulink检查到模型没有连续状态时使用它。
  • ode45:缺省值,四/五阶龙格-库塔法,适用于大多数连续或离散系统,一般来说,面对一个仿真问题最好是首先试试ode45;
  • ode23:二/三阶龙格-库塔法,它在误差容许要求不高和求解的问题不太难的情况下,可能会比ode45更有效;
  • ode113:是一种阶数可变的解法器,它在误差容许要求严格的情况下通常比ode45有效。ode113是一种多步解法器,也就是在计算当前时刻输出时,它需要以前多个时刻的解;
  • ode15s:是一种基于数字微分公式的解法器(NDFs)。也是一种多步解法器。适用于刚性系统,当用户估计要解决的问题是比较困难的,或者不能使用ode45,或者即使使用效果也不好,就可以用ode15s;
  • ode23s:它是一种单步解法器,专门应用于刚性系统,在弱误差允许下的效果好于ode15s。它能解决某些ode15s所不能有效解决的stiff问题;
  • ode23t:是梯形规则的一种自由插值实现。这种解法器适用于求解适度stiff的问题而用户又需要一个无数字振荡的解法器的情况;
  • ode23tb:是TR-BDF2的一种实现,TR-BDF2 是具有两个阶段的隐式龙格-库塔公式。

固定步长模式解法器有:discrete,ode5,ode4,ode3,ode2,ode1。

  • discrete:是一个实现积分的固定步长解法器,它适合于离散无连续状态的系统。
  • ode5:缺省值,是ode45的固定步长版本,适用于大多数连续或离散系统,不适用于刚性系统;
  • ode4:四阶龙格-库塔法,具有一定的计算精度;
  • ode3:固定步长的二/三阶龙格-库塔法;
  • ode2:改进的欧拉法;
  • ode1:欧拉法。

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