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基于模型的设计

什么是基于模型的设计?

基于模型的设计是一种快速、经济高效的动态系统(包括控制系统、信号处理和通信系统)开发过程。在基于模型的设计中,系统模型是整个开发过程(从需求开发到设计、实现和测试)的核心。模型是在开发过程中不断优化的可执行规范。完成模型开发之后,可通过仿真来显示模型是否能够正常工作。

如果模型中包括软件和硬件实现要求,例如定点和计时行为,则您可以生成代码进行嵌入式部署,并创建测试平台进行系统验证,从而节省时间并避免手动编码错误。

基于模型的设计可以通过下列方式提高效率:

  • 各项目团队共同使用同一设计环境

  • 将设计直接与需求挂钩

  • 将测试与设计相结合,以持续确定并更正错误

  • 通过多域仿真优化算法

  • 生成嵌入式软件代码

  • 开发和重用测试套件

  • 生成文档

  • 通过重用设计跨多个处理器和硬件目标部署系统

使用 Simulink 进行建模、仿真和分析

使用 Simulink®,您可以跳出理想化的线性模型,研究真实环境下的非线性模型,全面考虑摩擦、空气阻力、齿轮滑动、急停以及其他描述真实现象的因素。您可以将 Simulink 开发环境作为在现实中不可能实现的系统建模和分析试验室。

通过 Simulink 提供的工具,可对几乎任何真实世界的问题进行建模和仿真,例如汽车离合器系统的行为、飞机机翼的震颤以及货币供给对经济的影响等。Simulink 还提供了对各种真实现象建模的示例。

建模工具

Simulink 提供了一个图形编辑器,能够以模块图形式构建模型,就像您使用铅笔和图纸那样绘制模型。Simulink 还有一个全面的模块库,其中包括信源模块、信宿模块、线性和非线性元件模块以及连接器模块。如果这些模块仍不能满足您的需求,您还可以创建自己的模块。交互式环境简化了建模过程,无需在某种语言或程序中构建微分和差分方程。

模型采用层次结构,所以您可以按照自上而下和自下而上的方式构建模型。您可以先查看整体系统,然后逐级向下深入查看模型的细节。这样可以了解模型的组织方式以及各部件的交互方式。

仿真工具

定义模型之后,您可以选用一种数学积分方法,在 Simulink 中以交互方式,或者通过在 MATLAB® 命令行窗口中输入命令的方式,对模型的动态行为进行仿真。命令对于批量运行仿真特别有用。例如,如果您要执行 Monte Carlo 仿真或对某范围的值应用某个参数,可以使用 MATLAB 脚本。

使用示波器和其他显示模块,您可以在运行仿真的同时查看仿真结果。然后可以通过更改参数,进行假设研究分析。您可以将仿真结果保存到 MATLAB 工作区,进行后期处理和可视化。

分析工具

模型分析工具包括可从 MATLAB 中访问的线性化和配平工具,以及 MATLAB 中的许多工具及其应用程序工具箱。由于 MATLAB 与 Simulink 集成在一起,所以在这两个环境中都可以对模型进行仿真、分析和修改。

MATLAB 环境交互

Simulink 软件需要安装 MATLAB 才能运行,并且依赖它来定义和评估模型及模块参数。Simulink 还可以使用 MATLAB 的许多功能。例如,Simulink 可以使用 MATLAB 环境完成下列操作:

  • 定义模型的输入。

  • 存储模型的输出以便分析和实现可视化。

  • 通过集成调用 MATLAB 运算符和函数,在模型中执行函数。

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