MATLAB_simulink中的示波器scope设置

一、打印输出（Print）将系统仿真结果的输出信号打印出来。

二、视图自动缩放（Autoscale）点击此按钮可以自动调整显示范围以匹配系统仿真输出信号的动态范围。

三、X轴缩放、Y轴缩放以及视图整体缩放可以分别对X坐标轴、Y坐标轴或同时对X、Y坐标轴的信号显示进行缩放，以满足用户对信号做局部观察的需要。

使用时，单击缩放按钮后选择需要观察的信号范围即可。

若需要缩小视图，单击鼠标右键，选择弹出菜单的Zoom out即可。

四、保存和恢复坐标轴设置使用Scope模块观察输出信号时，用户可以保存坐标轴设置。

这样，当信号的视图发生改变后，单击恢复坐标轴设置可以恢复以前保存的坐标轴设置。

五、Scope参数设置点击Scope 模块工具栏的参数设置按钮（Parameters），可以打开Scope模块的参数设置界面，见图9.2(a)。

Scope 模块的参数设置包含两个选项卡：General和Data History。

1、General选项卡通常参数设置界面首先显示General选项卡的内容。

在General选项卡中可以进行下列设置：（1）坐标系数目（Number of axes）在一个Scope模块中可以使用多个坐标系窗口同时输出多个信号。

同时可使用的坐标系数目由此处设置。

默认设置下，Scope模块仅显示一个坐标系窗口。

（2）悬浮Scope开关（floating scope）用来将Scope模块切换为悬浮Scope模块。

悬浮Scope模块将在9.1.2中介绍。

（3）显示时间范围（Time range）用来设置信号的显示时间范围。

需要注意的是信号显示的时间范围和系统仿真的时间范围可以不同。

坐标系所显示的时间范围并非为绝对时间，而是指相对时间范围，坐标系左下角的时间偏移（Time offset）规定时间的起始时刻。

(4)坐标系标签（Tick labels）确定Scope模块中各坐标系是否带有坐标系标签。

此选项提供3种选择：全部坐标系都使用坐标系标签（all）、最下方坐标系使用标签（bottom axis only）以及都不使用标签（none）。

2、Data history选项卡在Data history选项卡中可以进行下列设置：（1）信号显示点数限制（Limit data points to last）用来限制显示信号的数据点的数目，Scope模块会自动对信号进行截取，只显示信号最后n个点（n为设置的点数）。

（2）保存信号至工作空间（Save data to workspace）将Scope 模块显示的信号保存至MATLAB工作空间中，以便于对信号进行更深入的定量分析。

（3）数据保存变量名设置被保存至MATLAB工作空间中数据的变量名。

（4）数据保存类型设置被保存至MATLAB工作空间中数据的保存类型。

数据的保存类型有三种：带时间变量的结构体（Structure with time）、结构体（Structure）以及数组变量（Array）。

另外，在Scope模块中的坐标系中单击鼠标右键，选择弹出菜单中的坐标系属性（axes properties），将弹出如图9.3所示的对话框。

用户可以对Scope模块的坐标系标题和信号显示范围进行设置，以便于更好地分析显示信号。

9.1.2 悬浮Scope模块的使用在进行系统仿真分析时，用户往往需要对多个信号进行观察和做定性的分析。

如果将每个信号都与一个Scope模块相连接，则系统模型中就会存在多个Scope模块，使得系统模型显得凌乱、不简练，且不易对不同Scope 模块中显示的信号进行比较。

使用悬浮Scope模块可以解决这个问题。

与Scope模块不同，悬浮Scope 模块没有输入端口，它在仿真过程中可以显示任何选定的信号，而Scope模块只能显示输入到其端口的信号。

这里以8.4节中例8.2连续的非线性系统的输出结果为例说明悬浮Scope模块的使用技术。

图8.28求解Van der Pol方程的Simulink模型中Scope1是一个悬浮Scope模块。

在Simulink模型中，悬浮Scope模块的创建有三种方法。

第一，直接从Sink模型库中选择悬浮Scope模块；第二，点中普通的Scope模块的parameters中的floating scope选项，将普通的Scope模块设置为悬浮Scope 模块；第三，点击图9.1所示的悬浮Scope开关也可将普通的Scope模块设置为悬浮Scope模块。

要使用悬浮Scope模块显示指定的信号，必须进行正确的设置一、设置需要显示的信号显示信号的选择是悬浮Scope使用的关键。

使用悬浮Scope模块的信号选择器选择需要显示的信号。

点击图9.1所示的悬浮时信号选择器即可打开信号选择器对话框，见图9.4，然后在可显示信号列表中选择需要显示的信号。

二、设置信号存储缓冲区与全局变量默认情况下，Simulink的信号都是局部变量，Simulink重复使用存储信号的缓冲区。

使用悬浮Scope模块时，由于信号和模块之间没有实际的连接，用户需要对要显示的信号进行正确设置以避免Simulink对变量的缓冲区重复使用。

关闭Simulink仿真参数对话框（Configuration Parameters）中的Optimization选项卡，选择禁用Signal storage reuse功能可以避免Simulink对变量的缓冲区重复使用。

如图9.5。

对于例8.2，使用悬浮Scope模块的信号选择器选择需要显示的信号1x和2x，在进行了必要的信号存储缓冲区及全局变量设置后，重新运行，悬浮Scope模块的显示的仿真结果见图9.6。

9.2 Simulink的工作原理尽管Simulink的初衷是为用户提供一个具有友好用户界面的系统级仿真平台，通过它的图形化仿真环境，可以为用户屏蔽掉许多繁琐的编程工作，而把主要精力放在模型的构建上，从而使用户快速完成系统的设计任务。

但为了能够高效灵活地使用Simulink，必须了解Simulink的工作原理。

Simulink通过系统模型（框图）与MATLAB求解器直接的交互对话完成系统仿真的，见图9.7。

Simulink传递模块参数和差分（微分）方程给MATLAB求解器，而MATLAB求解器计算系统模块的输出以更新离散系统的状态并确定下一步仿真时间。

9.2.1 系统模型简单地说，Simulink中的每个模块都是一个具有输入、输出和状态三个基本元素的系统。

在Simulink中，模块都是用向量来表示这三个基本元素的，假设u、x和y分别表示输入、状态和输出向量。

图9.8能够表示这三个元素的关系。

其中状态向量是非常重要的概念，状态决定了模块的输出，而它的当前值是前一个时间模块的状态和（或）输入的函数。

拥有状态的模块必须能够保存前面的状态值，计算当前的状态值，并且具有保存以前状态值或输入值的存储空间。

Simulink的Integrator模块是有状态的模块，Integrator模块输出的是输入信号从仿真开始时刻到当前时刻的积分值，当前积分值依赖于Integrator模块的输入的历史记录，因此积分值是模块的一个状态。

而Gain模块则是无状态的模块，其输出完全由当前的输入值和增益决定，因此，Gain 模块没有状态。

Simulink中的状态向量可以分为连续状态、离散状态或两者的结合。

无论是连续系统还是离散系统，在用计算机进行仿真时，都需要在采样时间点（即采样时间步长）估计系统的输入、输出和状态向量。

在每一个采样时刻，Simulink根据当前的时间、输入和状态来决定该采样时刻的输出。

9.2.2 Simulink求解器概念Simulink求解器在Simulink进行仿真计算的过程中起着非常重要的作用，它是Simulink进行仿真计算的核心。

因此，要了解Simulink的工作原理，必须先对Simulink求解器有所了解。

一、离散求解器离散系统一般是用差分方程描述的，其输入与输出仅在离散的采样时刻取值，系统的状态每隔固定的时间才更新一次，而Simulink对离散系统的仿真核心是对离散系统差分方程的求解。

因此，Simulink可以做到对离散系统仿真的绝对精确（除了有限的数据截断误差）。

要对纯粹的离散系统进行仿真，需要使用离散求解器对其进行求解。

用户需要选择Simulink仿真参数设置对话框中的求解器选项卡中的discrete（no continuous states）选项，即没有连续状态的离散求解器，便可对离散系统进行精确的求解与仿真。

见8.4节 8.4.2 离散系统仿真分析算例8.3。

二、连续求解器与离散系统不同，连续系统的输入、输出与状态都是连续的，并且输入、输出与状态的关系需要用微分方程描述。

因此需要使用数字计算机对系统的微分或偏微分方程进行求解，所以只能求出其数值解（即近似解），不可能得到系统的精确解。

Simulink对连续系统进行仿真，实质上是对系统的微分或偏微分方程进行求解。

对微分方程的近似求解的方法有多种，因此Simulink的连续求解器有多种不同的形式，如变步长求解器ode45、ode23、ode113，定步长求解器ode5、ode4、ode3等。

采用不同的连续求解器会对连续系统的仿真结果和仿真速度产生不同的影响，但一般不会对系统的性能分析产生较多的影响，因为用户可以设置具有一定误差范围的连续求解器进行相应的控制。

连续求解器设置见图9.9 需要说明的一点是，实际系统很少是纯粹连续或离散的，大部分系统是混合系统。

连续变步长求解器不仅考虑了连续状态的求解，也考虑了离散状态的求解，因此连续变步长求解器比较常用。

连续变步长求解器首先尝试使用最大步长（仿真起始时采用初始步长）进行求解，如果在这个仿真区间内有离散状态更新，步长便减到与离散状态的更新相吻合。

9.2.3 仿真过程Simulink的仿真过程包括两个阶段：初始化和模型计算。

一、初始化在初始化阶段，要完成的工作包括：将模块参数传递给MATLAB进行估值，得到的数值结果将作为模块的实际参数；模型的各个层次被展开。

每个非条件执行子系统被它所包含的模块替代；模型中的模块按更新的次序进行排序。

排序算法产生一个列表确保具有代数环的模块在产生它的驱动输入的模块被更新后再更新；决定模型中没有显式设置的信号属性，例如名称、数据类型、数值类型以及大小等，并且检查每个模块是否能够接收连接到它们输入端的信号。

Simulink使用属性传递的过程来决定未被设定的属性，属性传递是将源信号的属性传递到它所驱动模块的输入信号。

决定模型中所有没有显式设置采样时间的模块的采样时间；分配和初始化用于存储每个模块的状态和输出的当前值的存储空间。

二、模型计算完成初始化工作后，Simulink就开始运行仿真了。