藉由執(zhí)行完整的模擬，可以確認(rèn)Simulink模型是否已沒有結(jié)構(gòu)上的問題。但是，如何知道系統(tǒng)的行為是否會(huì)如同期待呢？要回答這個(gè)問題，你需要知道整個(gè)模擬過程之中的模擬輸出看起來是什麼樣子，以及系統(tǒng)參數(shù)或環(huán)境特性的變更將如何影響系統(tǒng)的回應(yīng)。

藉由Simulink，可以透過多種選項(xiàng)來取得這類資料。本文將引導(dǎo)如何進(jìn)行選擇，從開發(fā)初期為模型進(jìn)行除錯(cuò)的階段經(jīng)常使用的工具，到通常用於深入模擬資料分析的工具。

端口值顯示－在模型除錯(cuò)時(shí)進(jìn)行訊號的探測

在為模型除錯(cuò)以排除特定問題的時(shí)候，你通常會(huì)需要進(jìn)行一個(gè)或一組訊號的探測。在Simulink，可以先透過對著訊號按下滑鼠右鍵，並選擇”Show Value Label of Selected Port”。接著，在模擬的每一個(gè)時(shí)間階段監(jiān)看特定的訊號值，或者匯流排訊號每一個(gè)元件的數(shù)值（圖1）。

圖1 : 端口值顯示說明了執(zhí)行模擬時(shí)四個(gè)分開的匯流排元件數(shù)值。

若要終止執(zhí)行此視覺化，只需要對著訊號再次按下滑鼠右鍵，並取消該選項(xiàng)的選擇。

Scope與其他顯示模塊－快速檢視模擬資料

圖2 : 在Scope模塊檢視包含統(tǒng)計(jì)量測的正弦模擬資料。

端口值顯示提供每一個(gè)模擬時(shí)間階段的訊號值。如果要觀察這些訊號數(shù)值隨著時(shí)間會(huì)發(fā)生什麼樣的變化，可以加入Scope模塊（圖2）。將訊號曲線與範(fàn)圍模塊相連，接著執(zhí)行模擬，便可查看模擬中、模擬後的資料。

你可以在Scope模塊加入互動(dòng)的游標(biāo)測量訊號或軸上的幾個(gè)點(diǎn)。最大值、最小值、中位數(shù)等已知訊號的訊號統(tǒng)計(jì)值也可以顯示出來。也可以加入類似示波器的開關(guān)，讓Scope可以在特定事件發(fā)生時(shí)開始顯示或暫停顯示。

圖3 : 在DSP系統(tǒng)工具箱的Spectrum Analyzer（左）以及通訊工具箱（原名Communication System Toolbox，現(xiàn)已更名為Communication Toolbox）的Constellation Diagram檢視模擬資料（右）。

在訊號處理與通訊領(lǐng)域，可以在模型加入其他幾種類型的視覺化工具來快速檢視模擬資料。舉例來說，可以使用頻譜分析器（Spectrum Analyzer）模塊來檢視頻域資料（圖3左），或者使用Constellation Diagram模塊來檢視數(shù)位調(diào)變訊號的分布（圖3右）。

儀表板模塊函式庫－在同一個(gè)地方調(diào)整和監(jiān)看模擬

隨著設(shè)計(jì)進(jìn)度的前進(jìn)，你可能會(huì)想要在模型的最上層設(shè)置一個(gè)介面，讓你或你的同事可以在同一個(gè)地方控制和監(jiān)看模擬的狀態(tài)。你可以從儀表板（Dashboard）模塊函式庫，透過圖形化的控制和顯示來達(dá)成這樣的需求（圖4）。

圖4 : Simulink Dashboard模塊中函式庫的圖形化控制和顯示

這個(gè)函數(shù)庫包含了不同種類的顯示，像是量測計(jì)、燈等等。你可以將這些顯示與模型中的特殊訊號做關(guān)聯(lián)，方法是先開啟顯示模塊，並選擇你想要與該模塊相互關(guān)聯(lián)的訊號或模塊。執(zhí)行模擬時(shí)，資料顯示會(huì)持續(xù)地在模型視窗當(dāng)中更新，讓你可以一次檢視所有重要的模擬資料（圖5）。

圖5 : 從Simulink Dashboard模塊函式庫加入了燃料管理模擬的旋鈕、開關(guān)、量測計(jì)。

模擬資料檢驗(yàn)器－檢視與分析來自多次模擬的資料

當(dāng)你在開發(fā)模型時(shí)，執(zhí)行多次模擬來測試不同的情境或優(yōu)化設(shè)計(jì)通常是很重要的。針對這一點(diǎn)，你可以監(jiān)看數(shù)百筆或甚至數(shù)千筆個(gè)別的訊號。模擬資料檢驗(yàn)器（Simulation Data Inspector）可用來把多次模擬而來的所有資料儲存在同一個(gè)地方（圖6）。

圖6 : 在模擬資料檢驗(yàn)器比較從兩次個(gè)別的模擬而來資料。

你可以接著比較從這些模擬得到的所有資料來做檢查，比如兩次模擬訊號輸出之間的差異是否在設(shè)計(jì)的容許範(fàn)圍之內(nèi)。

MATLAB圖表－將資料分析和視覺呈現(xiàn)客製化

許多Simulink視覺化工具的重心主要放在時(shí)域及頻域。如果要以其他Simulink未提供的領(lǐng)域或方式檢視資料的話，可以使用MATLAB。所有在Simulink產(chǎn)生的資料都可以透過MATLAB取得，以進(jìn)行進(jìn)一步的客製化資料分析，不論是透過指令行或程式腳本。這些資料接下來可以在MATLAB以數(shù)字或圖表來查看（圖7）。

圖7 : 以MATLAB腳本定義傅科擺（Foucault pendulum ）的x、y座標(biāo)並繪製3D直方圖（左），以及繪圖結(jié)果（右）。

特製的視覺化工具

到目前為止，我們已經(jīng)看到針對一般應(yīng)用的視覺化工具。另外也有一些特殊應(yīng)用可以使用的工具。舉例來說，在利用Simulink即時(shí)控制工具（Simulink Real-Time）於目標(biāo)機(jī)器執(zhí)行即時(shí)模擬時(shí)，可以在主機(jī)調(diào)整參數(shù)及查看模擬資料（圖8）。

圖8 : 用來控制和監(jiān)看即時(shí)模擬的儀器

在調(diào)整控制系統(tǒng)時(shí)，可以透過Simulink控制設(shè)計(jì)模塊組（Simulink Control Design）繪製出控制器極值和零等資料，或者是模行的波德響應(yīng)（Bode response）（圖9）。

圖9 : 控制系統(tǒng)的波德響應(yīng)

除此之外，為了更清楚瞭解系統(tǒng)在預(yù)期環(huán)境的行為，你可以利用多體機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)模擬模塊組（原名SimMechanics，現(xiàn)已更名為Simscape Multibody）、與FlightGear搭配的航太模塊組（Aerospace Blockset）、以及Simulink 3D動(dòng)畫模塊組（Simulink 3D Animation），將Simulink模型與全3D環(huán)境連結(jié)（圖10）。

圖10 : 車輛測試軌道的虛擬環(huán)境，以Simulink 3D動(dòng)畫模塊組建立。

（本文由鈦思科技提供，作者M(jìn)ichael Carone任職於MathWorks公司）