Интегратор

Вы можете определить начальные состояния в качестве параметра в диалоговом окне блока или ввести их из внешнего сигнала:

Чтобы выходные данные не превышали заданных уровней, установите флажок Ограничение выходного сигнала и введите ограничения в соответствующие поля параметров. Это действие приводит к тому, что блок функционирует как ограниченный интегратор. Когда выход достигает предельных значений, действие интегратора завершается.

Во время моделирования вы можете изменить ограничения, но вы не можете включить или выключить ограничения интегратора. Блок определяет выходные данные следующим образом:

Чтобы сгенерировать сигнал, указывающий, когда состояние ограничено, установите флажок Показать порт насыщения. Порт насыщения появляется под портом вывода блока.

Сигнал принимает одно из трех значений:

При установке этого флажка блок имеет три пересечения нуля:

Некоторые физические явления носят циклический, периодический или вращательный характер. Моделирование этих явлений включает в себя интегрирование скорости изменения периодических или циклических сигналов для получения переменной состояния.

Недостаток этого подхода заключается в том, что в течение длительных периодов времени моделирования состояния, представляющие периодические или циклические сигналы, интегрируются до очень больших значений. Кроме того, вычисление синуса или косинуса этих сигналов занимает все больше времени. Большие значения сигналов также негативно влияют на производительность и точность решателя.

Одним из подходов к преодолению этого недостатка является сброс углового состояния до 0, когда оно достигает 2π (или до –π, когда оно достигает π, для числовой симметрии) с помощью дополнительных алгоритмов в модели. Такой подход повышает точность вычислений синуса и косинуса. Но следует иметь в виду, что это приводит к сбросу решателя, что замедляет моделирование для решателя с переменным шагом, особенно в больших моделях.

Чтобы исключить сброс решателя в момент сброса значения выходного сигнала, блок Интегратор содержит встроенный механизм сброса состояния, которые вы можете включить, установив флажок Сброс циклических состояний в диалоговом окне параметров блока.

Когда вы включаете параметр Сброс циклических состояний, значок блока меняется, указывая на то, что для блока включен сброс циклических состояний.

Если включен сброс циклических состояний, то значение состояния определяется следующими выражениями:

,

где:

Сброс циклических состояний имеет следующие преимущества:

Блок сбрасывает свое состояние до начального состояния по внешнему сигналу. Тип триггера сброса определяется параметром Триггер сброса состояния. При выборе значения, отличного от отсутствует, у блока появляется порт сброса, рядом с которым обозначен тип триггера сброса.

Параметр External reset позволяет определить атрибут сигнала сброса, который является триггером сброса. Возможны следующие триггеры:

Порт сброса имеет прямой ввод. Если выходной сигнал блока поступает обратно в этот порт, либо напрямую, либо через серию блоков с прямой передачей, получается алгебраическая петля. Используйте порт состояния блока Интегратор для обратной связи с выводом блока без создания алгебраической петли.

Установка флажка Показать порт состояния в диалоговом окне параметров блока Интегратор приводит к появлению дополнительного выходного порта, порта состояния, в верхней части блока интегратора.

Выходные данные порта состояния совпадают с выходными данными стандартного выходного порта блока, за исключением следующего случая. Если блок сбрасывается на текущем временном шаге, вывод порта состояния представляет значение, которое появилось бы на стандартном выходе блока, если бы блок не был сброшен.

Выходные данные порта состояния появляются раньше на временном шаге, чем выходные данные выходного порта блока интегратора. Используйте порт состояния для размыкания алгебраических цепей в этих сценариях моделирования:

Порт состояния блока Интегратор помогает вам избежать алгебраической петли при создании интегратора, который сбрасывает себя на основе значения его выходных данных. Рассмотрим следующую модель.

Эта модель пытается создать самоустанавливающийся интегратор, подавая выходной сигнал интегратора, вычитаемый из 1, обратно в порт сброса интегратора. Однако модель создает алгебраическую петлю. Чтобы вычислить выходные данные блока интегратора, программное обеспечение должно знать значение сигнала сброса блока, и наоборот. Поскольку эти два значения взаимозависимы, программное обеспечение не может определить ни одно из них. Поэтому при попытке смоделировать или обновить эту модель появляется сообщение об ошибке.

Следующая модель использует порт состояния интегратора, чтобы избежать возникновения алгебраической петли.

В этой версии значение сигнала сброса зависит от значения порта состояния. Значение порта состояния доступно раньше на текущем временном шаге, чем значение выходного порта блока интегратора. Следовательно, может определить, нужно ли сбрасывать блок перед вычислением выходных данных блока, тем самым избегая алгебраического цикла.

Порт состояния помогает избежать возникновения алгебраической петли при передаче состояния между двумя enabled-подсистемами. Рассмотрим, например, следующую модель.

Включенные подсистемы A и B содержат следующие блоки:

В этой модели постоянный входной сигнал приводит в действие две включенные подсистемы, которые интегрируют сигнал. Генератор импульсов генерирует разрешающий сигнал, который чередует выполнение между подсистемами. Для порта Enabled каждой подсистемы установлено значение reset, что приводит к сбросу подсистемой своего интегратора, когда она становится активной. Сброс интегратора приводит к тому, что интегратор считывает значение своего порта начального состояния. Порт начального состояния интегратора в каждой подсистеме подключен к выходному порту интегратора в другой подсистеме.

Это соединение предназначено для обеспечения непрерывной интеграции входного сигнала при чередовании выполнения между двумя подсистемами. Однако соединение создает алгебраическую петлю. Чтобы вычислить выходные данные A, нужно знать выходные данные B, и наоборот. Поскольку выходные данные являются взаимозависимыми, нельзя вычислить выходные значения. Поэтому при попытке смоделировать или обновить эту модель появляется сообщение об ошибке.

Данная версия той же модели использует порт состояния интегратора, чтобы избежать создания алгебраической петли при передаче состояния.

Включенные подсистемы A и B содержат следующие блоки:

В этой модели начальное состояние интегратора в A зависит от значения порта состояния интегратора в B, и наоборот. Значения портов состояния обновляются раньше на временном шаге моделирования, чем значения выходных портов интегратора. Следовательно, можно вычислить начальное состояние любого интегратора, не зная конечного выходного значения другого интегратора.