Integrator

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 Limit output 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 отключается, чтобы предотвратить завершение работы интеграла.

Во время моделирования вы можете изменить ограничения, но вы не можете изменить, ограничен ли вывод. Блок определяет выходные данные следующим образом:

Чтобы сгенерировать сигнал, указывающий, когда состояние ограничено, установите флажок Show saturation port. Порт насыщения появляется под портом вывода блока.

Сигнал имеет 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 Integrator содержит встроенный механизм сброса состояния, которые вы можете включить, установив флажок Wrap state в диалоговом окне параметров блока.

Когда вы включаете параметр Wrap state, 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 External reset. При выборе значения, отличного от none, 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 алгебраический цикл. Используйте порт состояния блока Integrator для обратной связи с выводом блока без создания алгебраического цикла.

Установка флажка Show state port в диалоговом окне параметров блока Integrator 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, чтобы избежать создания алгебраических циклов в этих сценариях моделирования:

Порт состояния блока Integrator помогает вам избежать алгебраического цикла при создании интегратора, который сбрасывает себя на основе значения его выходных данных. Рассмотрим, например, следующую модель.

Эта модель пытается создать самоустанавливающийся интегратор, подавая выходной сигнал интегратора, вычитаемый из 1, обратно в порт сброса интегратора. Однако модель создает алгебраический цикл. 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 алгебраического цикла.

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 алгебраического цикла при передаче состояния между двумя включенными 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 заставляет выполнение чередоваться между двумя подсистемами. Для порта включения каждой подсистемы установлено значение reset, что приводит к сбросу подсистемой своего интегратора, когда он становится активным. 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 алгебраический цикл. 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 алгебраического цикла 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.

По умолчанию программное обеспечение использует значение абсолютного допуска, указанное в диалоговом окне Configuration Parameters, для вычисления выходных данных блока Integrator. Если это значение не обеспечивает достаточного контроля ошибок, укажите более подходящее значение в поле Absolute tolerance диалогового окна блока Integrator. Указанное вами значение используется для вычисления всех выходных данных блока.

Когда вы выбираете все параметры, значок блока выглядит следующим образом.