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Interpolation Using Prelookup

使用预先计算的索引和区间比值快速逼近 N 维函数。

  • 库:
  • Simulink / Lookup Tables

  • Interpolation Using Prelookup block

说明

当与 Prelookup 模块结合使用时,Interpolation Using Prelookup 模块的效率最高。Prelookup 模块计算索引和区间比,这些数据说明输入值 u 与断点数据集的相对关系。将生成的索引和区间比值馈送给 Interpolation Using Prelookup 模块,以便对 n 维表进行插值。这两个模块采用分布式算法。当二者结合使用时,执行的运算与 n-D Lookup Table 模块中的积分算法相同。但是,Prelookup 和 Interpolation Using Prelookup 模块提供了更大的灵活性,可更高效地进行仿真和代码生成。有关详细信息,请参阅 执行效率

支持的模块运算

要使用 Interpolation Using Prelookup 模块,您可以直接在对话框中指定一组表数据值,或将值馈送到 T 输入端口中。通常,这些表值对应于在 Prelookup 模块中指定的断点数据集。Interpolation Using Prelookup 模块基于 Prelookup 模块馈送的索引和区间比值查找或估计表值,进而生成输出。索引和区间比的标签在 Interpolation Using Prelookup 模块图标上显示为 kf

当索引和区间比的输入属于以下情况时...Interpolation Using Prelookup 模块...
映射到断点数据集中的值输出位于行、列和更高维度断点的交点处的表值
不映射到断点数据集中的值,但在范围内使用您选择的 Interpolation method 内插适当的表值
不映射到断点数据集中的值,并且超出范围使用您选择的 Extrapolation method 外插以获得输出值

模块如何对表数据的子集进行插值

您可以使用 Number of sub-table selection dimensions 参数指定插值只发生在表数据的子集上。要激活此插值模式,请将此参数设置为正整数。该值定义用于进行子表选择的维度数,对于默认的列优先算法,该值从表数据的最高维度起计。因此,该值必须小于或等于 Number of table dimensions

对于行优先算法,插值从表数据的第一个维度或最低维度开始。

当您选择 Math and Data Types > Use algorithms optimized for row-major array layout 配置参数时,对于非零值,行优先布局中的子表选择行为会有所优化。

假设您的 Interpolation Using Prelookup 模块中有三维表数据。以下行为适用于列优先算法。

所选维度的数量模块的动作模块外观
0对整个表进行插值,并且不激活子表选择不更改
1对前两个维度进行插值,并选择第三个维度 显示标签为 s3 的输入端口,用于选择二维表,然后对其插值
2对第一个维度进行插值,并选择第二个维度和第三个维度 显示标签为 s2s3 的两个输入端口,用于选择一维表,然后对其插值

子表选择使用从 0 开始的索引。有关对表数据子集进行插值的示例,请在 MATLAB® 命令提示符下键入 sldemo_bpcheck

对于没有子表选择的二维或 n 维插值,列优先算法和行优先算法在输出计算的顺序上可能有所不同,导致数值结果略有不同。

端口

Input

全部展开

从 0 开始的索引 k,指定包含输入 u 的区间,用于表的第一个维度。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fixed point

区间比 f,表示输入在区间 k 内的归一化位置,用于表的第一个维度。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fixed point

从 0 开始的索引 k,为表的第 n 个维度指定包含输入 u 的区间。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fixed point

区间比 f,表示输入在区间 k 内的归一化位置,用于表的第 n 个维度。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fixed point

kf1 端口的输入,包含索引 k 和区间比 f,指定为总线对象。

依存关系

要启用此端口,请选中 Require index and fraction as a bus 复选框。

可用的 kf 输入端口的数量取决于 Number of dimensionsNumber of sub-table selection dimensions 参数的值。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fixed point | bus

kfn 端口的输入,包含输入的第 n 维的索引 k 和区间比 f,指定为总线对象。

依存关系

要启用此端口,请选中 Require index and fraction as a bus 复选框。

可用的 kf 输入端口的数量取决于 Number of dimensionsNumber of sub-table selection dimensions 参数的值。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fixed point | bus

对于列优先算法,模块使用 sm、sm+1、...、sn 端口的输入来执行子表选择和插值。m 映射到表的第 m 个维度。n 等于 Number of dimensions

对于行优先算法,模块使用 s1、s2、...、sm 端口的输入来执行子表选择和插值。m 映射到表的第 m 个维度。m 等于 Number of sub-table selection dimensions

依存关系

要启用此端口,Number of sub-table selection dimensions 必须为小于或等于 Number of dimensions 的正整数。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | Boolean | fixed point | enumerated | bus

表数据值作为端口 T 的输入提供。通常,这些表值对应于在 Prelookup 模块中指定的断点数据集。Interpolation Using Prelookup 模块基于从 Prelookup 模块馈送的索引 (k) 和区间比 (f) 值查找或估计表值,进而生成输出。

依存关系

要启用此端口,请将 Source 设置为 “Input port”。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fixed point

输出

全部展开

N 维函数的逼近,通过使用来自输入索引 k 和区间比 f 的值内插(或外插)表数据而计算得出。

数据类型: single | double | int8 | int16 | int32 | int64 | uint8 | uint16 | uint32 | uint64 | fixed point

参数

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Main

表数据

指定表数据必须具有的维数。Number of dimensions 定义该表的自变量的数目。

要指定...执行此操作...

1、2、3 或 4

从下拉列表中选择值。

更高的表维度数

直接在字段中输入正整数。

此模块支持的最大表维度数为 30。

编程用法

模块参数:NumberOfTableDimensions
类型:字符向量
'1' | '2' | '3' |'4' | ... | '30'
默认值:'2'

选中此复选框可在一个总线中合并索引和区间比输入。

要使 Prelookup 模块能够向 Interpolation Using Prelookup 模块提供输入,请进行如下设置:

  • Output selection 设置为 “Index and fraction as bus

  • Output 设置为 “Bus: <object name>”,其中 <object name> 必须为模型可访问的有效总线对象名称

无论此复选框设置如何,选择端口始终以非总线模式运行。

编程用法

模块参数RequireIndexFractionAsBus
类型:字符向量
值:'off' | 'on'
默认值:'off'

指定是直接输入表数据还是使用查找表对象。如果将此参数设置为:

  • Explicit values”,则 SourceValue 参数在对话框中可见。

  • Lookup table object”,则 Name 参数在对话框中可见。

编程用法

模块参数TableSpecification
类型:字符向量
值:'Explicit values' | 'Lookup table object'
默认值:'Explicit values'

指定是在对话框中输入表数据,还是从输入端口继承数据。如果将 Source 设置为:

  • Dialog”,则在 Value 下的文本框中输入表数据

  • Input port”,则验证上游信号向表输入端口提供表数据

依存关系

要启用此参数,请将 Specification 设置为 “Explicit values”。

编程用法

模块参数TableSource
类型:字符向量
值:'Dialog' | 'Input port'
默认值:'Dialog'

将表数据指定为 N 维数组,其中 NNumber of dimensions 参数的值。编辑模块图时,您可以在 Value 编辑字段中输入空矩阵 ([]) 或未定义的工作区变量,而无需指定正确维度的矩阵。有关如何在 MATLAB 中构造多维数组的信息,请参阅 多维数组

如果您将 Source 设置为 “Input port”,请验证上游信号是否向 T 输入端口提供表数据。表数据的大小必须与 Number of table dimensions 相匹配。对于此选项,模块从 T 输入端口继承表属性。

要使用查找表编辑器编辑查找表,请点击 Edit(请参阅 编辑查找表)。

依存关系

要启用此参数并在对话框中显式指定表值,您必须将 Specification 设置为 “Explicit values” 并将 Source 设置为 “Dialog”。

编程用法

模块参数:Table
类型:字符向量
值:scalar, vector, matrix, or N-D array
默认值'sqrt([1:11]' * [1:11])'

指定 Simulink.LookupTable 对象的名称。查找表对象引用 Simulink® 断点对象。如果 Simulink.LookupTable 对象不存在,请点击操作按钮 并选择 Create。新查找表对象的对应参数会自动用模块信息填充。

依存关系

要启用此参数,请将 Specification 设置为 “Lookup table object”。

编程用法

模块参数:LookupTableObject
类型:字符向量
值:Simulink.LookupTable object
默认值:''
Algorithm

指定模块对表数据进行插值的方法。您可以选择 Linear point-slopeFlatNearestLinear Lagrange。有关详细信息,请参阅 内插方法

编程用法

模块参数:InterpMethod
类型:字符向量
值:'Flat' | 'Linear point-slope' | 'Nearest' | 'Linear Lagrange'
默认值:'Linear point-slope'

指定模块对断点数据集范围之外的所有输入进行外插的方法。您可以选择 “Clip” 或 “Linear”。有关详细信息,请参阅外插方法

如果外插方法是 “Linear”,则基于所选择的线性插值方法计算外插值。例如,如果插值方法是线性拉格朗日,则外插方法继承线性拉格朗日方程以计算外插值。

依存关系

要启用 Extrapolation method 参数,请将 Interpolation method 设置为 “Linear”。

当输入或输出信号指定整数或定点数据类型时,Interpolation Using Prelookup 模块不支持 “Linear” 外插。

编程用法

模块参数:ExtrapMethod
类型:字符向量
值:'Clip' | 'Linear'
默认值:'Linear'

指定具有索引 (k) 和区间比 (f) 的模块输入如何访问 n 维表数据最后的元素。索引值从 0 开始。

当输入索引等于或大于该维度的表的最后一个索引时,此复选框才有意义。由于舍入,选中和清除此复选框可能会导致仿真和代码生成之间最后一个索引的结果不同。

复选框模块行为

on

当出现以下情况时,返回表维度中最后一个元素的值:

  • k 是对应维度中最后一个表元素的索引

  • f0

off

当出现以下情况时,返回表维度中最后一个元素的值:

  • k 是对应维度中倒数第二个表元素的索引

  • f1

依存关系

仅在以下情况下,此复选框才可见:

  • Interpolation method 是 “Linear point-slope” 或 “Linear Lagrange

  • Extrapolation method 为 “Clip

提示

当您为 Interpolation Using Prelookup 模块选择 Valid index input may reach last index 时,您还必须为向此模块馈送数据的所有 Prelookup 模块选择 Use last breakpoint for input at or above upper limit。此操作允许模块在访问其断点和表数据集的最后一个元素时使用相同的索引约定。

编程用法

模块参数ValidIndexMayReachLast
类型:字符向量
值:'off' | 'on'
默认值:'off'

指定当输入超出范围时,是否生成警告或错误消息。选项包括:

  • None” - 不产生任何响应。

  • Warning” - 显示警告并继续进行仿真。

  • Error” - 终止仿真并显示错误。

编程用法

模块参数:DiagnosticForOutOfRangeInput
类型:字符向量
值:'None' | 'Warning' | 'Error'
默认值:'None'

指定模块用于计算输出的子表的维数。请遵循以下规则:

  • 要启用子表选择,请输入正整数。

    该整数必须小于或等于 Number of table dimensions

  • 要禁用子表选择,请输入 0 以对整个表进行插值。

当您选择 Math and Data Types > Use algorithms optimized for row-major array layout 配置参数时,对于非零值,行优先布局中的子表选择行为会有所优化。

有关详细信息,请参阅模块如何对表数据的子集进行插值

编程用法

模块参数NumSelectionDims
类型:字符向量
值:'0' | '1' | '2' | '3' | '4' | ... | Number of table dimensions
默认值:'0'
代码生成
复选框结果何时使用

on

生成的代码中不包含用来检查超出范围的索引输入的条件语句。

当输入 kf 超出范围时,生成的代码可能会发生未定义的行为。

提高代码效率

off

生成的代码包含用来检查超出范围的索引输入的条件语句。

适用于安全性至关重要的应用领域

如果您的输入没有超出范围,则可以选中 Remove protection against out-of-range index in generated code 复选框以提高代码效率。默认情况下,此复选框处于清除状态。对于安全性至关重要的应用,不要选中此复选框。要选中 Remove protection against out-of-range index in generated code 复选框,请先检查模型输入是否在范围内。例如:

  1. 清除 Remove protection against out-of-range index in generated code 复选框。

  2. Diagnostic for out-of-range input 参数设置为 “Error”。

  3. 在 Normal 模式下进行模型仿真。

  4. 如果发生超出范围错误,请将它们更正到范围之内,然后再次运行仿真。

  5. 当仿真不再生成超出范围的输入错误时,选中 Remove protection against out-of-range index in generated code 复选框。

    注意

    如果选中了 Remove protection against out-of-range index in generated code 复选框而输入 kf 超出范围,生成的代码将发生未定义的行为。

根据您的具体应用,您可以运行以下模型顾问检查,以验证此复选框的使用情形:

  • By Product > Embedded Coder > Identify lookup table blocks that generate expensive out-of-range checking code

  • By Product > Simulink Check > Modeling Standards > DO-178C/DO-331 Checks > Check usage of lookup table blocks

有关模型顾问的详细信息,请参阅运行模型顾问检查

此外,要确定选中此复选框是否安全,如果您拥有 Simulink Design Verifier™ 许可证,请考虑使用 Detect Block Input Range Violations (Simulink Design Verifier) 检查。

当出现下列情况之一时,此复选框对生成的代码没有影响:

  • Prelookup 模块将索引值馈送到 Interpolation Using Prelookup 模块。

    来自 Prelookup 模块的索引值始终有效,因此不需要检查代码。

  • 输入 k 的数据类型将数据限制为有效的索引值。

    例如,无符号整数数据类型保证索引值非负。因此,k 的无符号输入值不需要针对负值的检查代码。

编程用法

模块参数RemoveProtectionIndex
类型:字符向量
值:'off' | 'on'
默认值:'off'

将采样时间指定为 -1 以外的值。有关详细信息,请参阅指定采样时间

依存关系

此参数不可见,除非将其显式设置为 -1 以外的值。要了解详细信息,请参阅不建议设置采样时间的模块

编程用法

模块参数:SampleTime
类型:字符向量
值:标量或向量
默认值:'-1'

数据类型

指定表数据类型。可以将其设置为:

  • 继承数据类型的规则,例如 “Inherit:Same as output

  • 内置数据类型的名称,例如 single

  • 数据类型对象的名称,例如 Simulink.NumericType 对象

  • 计算结果为数据类型的表达式,例如 fixdt(1,16,0)

点击 Show data type assistant 按钮 以显示 Data Type Assistant,以便设置表数据类型。

提示

对于以下情况,指定与输出数据类型不同的表数据类型:

  • 存储表数据(使用的类型小于输出信号)的内存要求较低

  • 在具有不同输出数据类型的两个 Interpolation Using Prelookup 模块之间共享预缩放的表数据

  • 在为具有不同输出数据类型的模块生成的 Simulink Coder™ 代码中共享自定义存储表数据

编程用法

模块参数:TableDataTypeStr
类型:字符向量
值:'Inherit: Inherit from table data' | 'Inherit: Same as output' | 'double' | 'single' | 'int8' | 'uint8' | 'int16' | 'uint16' | 'int32' | 'uint32' | 'int64' | 'uint64' | 'fixdt(1,16)' | 'fixdt(1,16,0)' | 'fixdt(1,16,2^0,0)' | '<data type expression>'
默认值:'Inherit: Same as input'

将表数据的最小值指定为有限双精度实数标量。默认值为 [](未指定)。

编程用法

模块参数:TableMin
类型:字符向量
值:标量
默认值:'[]'

将表数据的最大值指定为有限双精度实数标量。默认值为 [](未指定)。

编程用法

模块参数:TableMax
类型:字符向量
值:标量
默认值:'[]'

指定中间结果数据类型。可以将其设置为:

  • 继承数据类型的规则,例如 “Inherit:Same as output

  • 内置数据类型的名称,例如 single

  • 数据类型对象的名称,例如 Simulink.NumericType 对象

  • 计算结果为数据类型的表达式,例如 fixdt(1,16,0)

点击 Show data type assistant 按钮 以显示 Data Type Assistant,帮助您设置数据类型属性。有关详细信息,请参阅使用 Data Type Assistant 指定数据类型

提示

使用此参数为内部计算指定高于表数据或输出数据的精度。

编程用法

模块参数:IntermediateResultsDataTypeStr
类型:字符向量
值:'Inherit: Inherit via internal rule' | 'Inherit: Same as output' | 'double' | 'single' | 'int8' | 'uint8' | 'int16' | 'uint16' | 'int32' | 'uint32' | 'int64' | 'uint64' | 'fixdt(1,16)' | 'fixdt(1,16,0)' | 'fixdt(1,16,2^0,0)' | '<data type expression>'
默认值:'Inherit: Same as input'

指定输出数据类型。可以将其设置为:

  • 继承数据类型的规则,例如 “Inherit:Inherit via back propagation

  • 内置数据类型的名称,例如 single

  • 数据类型对象的名称,例如 Simulink.NumericType 对象

  • 计算结果为数据类型的表达式,例如 fixdt(1,16,0)

点击 Show data type assistant 按钮 可以显示 Data Type Assistant,这有助于您设置输出数据类型。

有关详细信息,请参阅中的控制信号数据类型

编程用法

模块参数:OutDataTypeStr
类型:字符向量
值:'Inherit: Inherit via back propagation' | 'Inherit: Inherit from table data' | 'double' | 'single' | 'int8' | 'uint8' | 'int16' | 'uint16' | 'int32' | 'uint32' | 'int64' | 'uint64' | 'fixdt(1,16,0)' | 'fixdt(1,16,2^0,0)' | 'fixdt(1,16,2^0,0)' | '<data type expression>'
默认值'Inherit: Inherit from table data'

将模块应输出的最小值指定为有限实数值标量。默认值为 [](未指定)。Simulink 软件使用此值执行:

编程用法

模块参数:OutMin
类型:字符向量
值:标量
默认值:'[]'

将模块应输出的最大值指定为有限实数值标量。默认值为 [](未指定)。Simulink 软件使用此值执行:

编程用法

模块参数:OutMax
类型:字符向量
值:标量
默认值:'[]'

指定进行中间计算的内部规则。选择 “Speed” 可以提高计算速度。但这样可能会损失精度,通常最多 2 位。

编程用法

模块参数:InternalRulePriority
类型:字符向量
值:'Speed' | 'Precision'
默认值:'Speed'

选择此参数可防止定点工具覆盖您对此模块指定的数据类型。有关详细信息,请参阅Lock the Output Data Type Setting (Fixed-Point Designer)

编程用法

模块参数:LockScale
类型:字符向量
值:'off' | 'on'
默认值:'off'

指定定点运算的舍入模式。有关详细信息,请参阅Rounding (Fixed-Point Designer)

模块参数始终舍入到最接近的可表示值。要控制模块参数的舍入方法,请在封装字段中使用 MATLAB 舍入函数输入表达式。

编程用法

模块参数:RndMeth
类型:字符向量
值:'Ceiling' | 'Convergent' | 'Floor' | 'Nearest' | 'Round' | 'Simplest' | 'Zero'
默认值:'Floor'

指定对溢出是进行饱和处理还是绕回处理。

操作原理说明对溢出的影响示例

选中此复选框 (on)。

您的模型可能有溢出,并且您希望在生成的代码中具有显式饱和保护。

将溢出饱和处理为数据类型能够表示的最小值或最大值。

int8(有符号 8 位整数)数据类型可以表示的最大值为 127。任何大于此最大值的模块运算结果都会导致 8 位整数溢出。如果选中此复选框,模块输出将在达到 127 时饱和。类似地,模块输出将在达到最小输出值 -128 时饱和。

不选中此复选框 (off)。

您需要优化所生成代码的效率。

您希望避免过度地指定信号超出范围时的处理方式。有关详细信息,请参阅信号范围错误故障排除

溢出会绕回到由数据类型表示的适当值。

int8(有符号 8 位整数)数据类型可以表示的最大值为 127。任何大于此最大值的模块运算结果都会导致 8 位整数溢出。清除该复选框时,软件会将导致溢出的值解释为 int8,这可能产生意外结果。例如,以 int8 表示的模块结果 130(二进制 1000 0010)为 -126。

如果选中此复选框,饱和将应用于模块中的每个内部操作,而不仅仅应用于输出或结果。通常,代码生成过程可以检测何时不会发生溢出。在这种情况下,代码生成器不会生成饱和代码。

编程用法

模块参数:SaturateOnIntegerOverflow
类型:字符向量
值:'off' | 'on'
默认值:'off'

模块特性

数据类型

double | fixed point | integer | single

直接馈通

多维信号

可变大小信号

过零检测

扩展功能

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

定点转换
使用 Fixed-Point Designer™ 设计和仿真定点系统。

在 R2006b 中推出