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Simulazione di modelli con input e condizioni iniziali arbitrari

Che cos’è il Linear Simulation Tool?

Il Linear Simulation Tool permette di simulare modelli lineari con segnali di input e condizioni iniziali arbitrari.

Il Linear Simulation Tool permette di eseguire le seguenti operazioni:

  • Importare segnali di input dallo spazio di lavoro di MATLAB®.

  • Importare segnali di input da un file MAT, da un foglio di calcolo Microsoft® Excel®, da un file flat ASCII, da un file CSV (Comma Separated Values) o da un file di testo.

  • Generare segnali di input arbitrari sotto forma di onda sinusoidale, di onda quadrata, di funzione a gradino o di rumore bianco.

  • Specificare gli stati iniziali per i modelli stato-spazio.

    Gli stati iniziali predefiniti sono impostati a zero.

Apertura del Linear Simulation Tool

Per aprire il Linear Simulation Tool, procedere in uno dei due modi seguenti:

  • In Linear System Analyzer, fare clic con il pulsante destro del mouse sull’area del grafico e selezionare Plot Types > Linear Simulation (Tipi di grafico > Simulazione lineare).

  • Usare la funzione lsim alla comparsa del prompt di MATLAB:

    lsim(modelname)
    
  • Nella finestra della figura di MATLAB, fare clic con il pulsante destro del mouse su un grafico di risposta e selezionare Input data (Dati di input).

Lavorare con il Linear Simulation Tool

Il Linear Simulation Tool contiene due schede, Input signals (Segnali di input) e Initial states (Stati iniziali).

Dopo aver aperto il Linear Simulation Tool (come descritto in Apertura del Linear Simulation Tool), eseguire questi passaggi per simulare il modello:

  1. Fare clic sulla scheda Input signals (Segnali di input), se non è visualizzata.

  2. Nell’area Timing (Tempistica), specificare il vettore del tempo di simulazione tramite una delle operazioni seguenti:

    • Importare il vettore del tempo facendo clic su Import time (Importa tempo).

    • Inserire il tempo finale e l’intervallo di tempo in secondi. Il tempo di inizio è impostato su 0 secondi.

  3. Specificare il segnale di input tramite una delle operazioni seguenti:

  4. Se si dispone di un modello stato-spazio e si desidera specificare le condizioni iniziali, fare clic sulla scheda Initial states (Stati iniziali). Per impostazione predefinita, tutti gli stati iniziali sono impostati a zero.

    È possibile inserire i valori degli stati nella colonna Initial value (Valore iniziale) oppure importare i valori facendo clic su Import state vector (Importa vettore di stato). Per ulteriori informazioni sull’inserimento degli stati iniziali, vedere Specificazione delle condizioni iniziali.

  5. Per un modello continuo, selezionare uno dei seguenti metodi di interpolazione nell’elenco Interpolation method (Metodo di interpolazione) da utilizzare da parte del risolutore della simulazione:

    • Zero order hold (mantenitore di ordine zero)

    • First order hold (interpolazione lineare)

    • Automatica (il Linear Simulation Tool seleziona automaticamente il metodo first order hold o zero order hold, sulla base all’uniformità dell’input)

      Nota

      Il metodo di interpolazione non viene usato nella simulazione di modelli a tempo discreto.

  6. Fare clic su Simulate (Simula).

Importazione dei segnali di input

È possibile importare i segnali di input dallo spazio di lavoro di MATLAB dopo aver aperto il Linear Simulation Tool (vedere Apertura del Linear Simulation Tool). È anche possibile importare gli input da un file MAT, da un foglio di calcolo Microsoft Excel, da un file flat ASCII, da un file CSV (Comma Separated Values) o da un file di testo.

Per informazioni sulla creazione dei propri input, vedere Progettazione dei segnali di input. Per una panoramica delle modalità di lavoro con il Linear Simulation Tool, vedere Lavorare con il Linear Simulation Tool.

Per importare uno o più segnali di input:

  1. Nel Linear Simulation Tool, fare clic sulla scheda Input signals (Segnali di input), se non è già visualizzata.

  2. Specificare il tempo della simulazione nell’area Timing (Tempistica).

  3. Selezionare una o più righe per i canali di input che si desidera importare. La figura che segue mostra un esempio in cui sono stati selezionati due canali.

  4. Fare clic su Import signal (Importa segnale) per aprire la finestra di dialogo Data Import (Importazione dati). La seguente figura mostra un esempio della finestra di dialogo Data Import.

  5. Nell’elenco Import from (Importa da), selezionare la fonte dei segnali di input. Può essere una delle seguenti:

    • Workspace

    • MAT file

    • XLS file

    • CSV file

    • ASCII file

  6. Selezionare i dati che si desidera importare. La finestra di dialogo Data Import (Importazione dati) presenta diverse opzioni a seconda del formato di fonte selezionato.

  7. Fare clic su Import (Importa).

Per un esempio di importazione dei segnali di input, vedere quanto segue:

Esempio: Caricamento di input da un foglio di calcolo Microsoft Excel

Per caricare input da un foglio di calcolo Microsoft Excel (XLS):

  1. Nel Linear Simulation Tool, fare clic su Import signal (Importa segnale) nella scheda Input signals (Segnali di input) per aprire la finestra di dialogo Data Import (Importazione dati).

  2. Selezionare XLS file dall’elenco Import from (Importa da).

  3. Fare clic su Sfoglia.

  4. Selezionare il file che si desidera importare e fare clic su Open (Apri). La finestra di dialogo Data Import viene così popolata con i dati del foglio di calcolo Microsoft Excel.

Esempio: Importazione di input dallo spazio di lavoro

Per caricare un segnale di input dallo spazio di lavoro di MATLAB:

  1. Immettere questo codice per aprire un grafico di risposta con un sistema di secondo ordine:

    s=tf('s');
    ss=(s+2)/(s^2+3*s+2);
    lsim(ss,randn(100,1),1:100);
    
  2. Fare clic con il pulsante destro del mouse sullo sfondo del grafico e selezionare Input data (Dati di input).

    Il Linear Simulation Tool si apre con i dati di input predefiniti.

  3. Creare un segnale di input per il proprio sistema nella finestra dei comandi di MATLAB, come nell’esempio seguente:

    new_signal=[-3*ones(1,20) 2*ones(1,30) 0.5*ones(1,50)]';
    
  4. Nel Linear Simulation Tool, fare clic su Import signal (Importa segnale).

  5. Nella finestra di dialogo Data Import, fare clic su Assign columns (Assegna colonne) per assegnare la prima colonna del segnale di input al canale selezionato.

  6. Fare clic su Import (Importa). Il nuovo segnale viene importato nel Linear Simulation Tool.

  7. Fare clic su Simulate (Simula) per vedere la risposta del proprio sistema di secondo ordine al segnale importato.

Progettazione dei segnali di input

Una volta aperto il Linear Simulation Tool è possibile generare segnali di input arbitrari sotto forma di onda sinusoidale, di onda quadrata, di funzione a gradino o di rumore bianco (vedere Apertura del Linear Simulation Tool).

Per informazioni sull’importazione di input dallo spazio di lavoro di MATLAB o da un file, vedere Importazione dei segnali di input. Per una panoramica delle modalità di lavoro con il Linear Simulation Tool, vedere Lavorare con il Linear Simulation Tool.

Per progettare uno o più segnali di input:

  1. Nel Linear Simulation Tool, fare clic sulla scheda Input signals (Segnali di input), se non è già visualizzata.

  2. Specificare il tempo della simulazione nell’area Timing (Tempistica). L’intervallo di tempo (in secondi) serve a valutare il segnale di input progettato dall’utente nelle fasi successive di questa procedura.

  3. Selezionare una o più righe per i canali del segnale che si desidera progettare. La figura che segue mostra un esempio in cui sono stati selezionati due canali.

  4. Fare clic su Design signal (Progetta segnale) per aprire la finestra di dialogo Signal Designer. La seguente figura mostra un esempio della finestra di dialogo Signal Designer.

  5. Nell’elenco Signal type (Tipo di segnale), selezionare il tipo di segnale che si desidera creare. Può essere una delle seguenti:

    • Sine wave

    • Square wave

    • Step function

    • White noise

  6. Specificare le caratteristiche del segnale. La finestra di dialogo Signal Designer presenta diverse opzioni a seconda del tipo di segnale selezionato.

  7. Fare clic su Insert (Inserisci). Il nuovo segnale viene così immesso nel Linear Simulation Tool.

  8. Fare clic su Simulate (Simula) nel Linear Simulation Tool per visualizzare la risposta del sistema.

Specificazione delle condizioni iniziali

Se il proprio sistema ha la forma stato-spazio, una volta aperto il Linear Simulation Tool è possibile immettere o importare gli stati iniziali (vedere Apertura del Linear Simulation Tool).

Per una panoramica delle modalità di lavoro con il Linear Simulation Tool, vedere Lavorare con il Linear Simulation Tool.

È anche possibile importare gli stati iniziali dallo spazio di lavoro di MATLAB.

Per importare uno o più stati iniziali:

  1. Nel Linear Simulation Tool, fare clic sulla scheda Initial states (Stati iniziali), se non è già visualizzata.

  2. Nell’elenco Selected system (Sistema selezionato) selezionare il sistema per il quale si desidera specificare le condizioni iniziali.

  3. È possibile immettere i valori degli stati nella colonna Initial value (Valore iniziale) oppure importare i valori dallo spazio di lavoro di MATLAB facendo clic su Import state vector (Importa vettore di stato). La seguente figura mostra un esempio della finestra di importazione:

    Nota

    Per stati di ordine n, il vettore delle condizioni iniziali deve avere n elementi.

  4. Una volta specificati gli stati iniziali, fare clic su Simulate (Simula) nel Linear Simulation Tool per visualizzare la risposta del sistema.

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