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任意の入力と初期条件を含むモデルのシミュレーション

線形シミュレーション ツールとは

線形シミュレーション ツールを使用すると、任意の入力信号と初期条件を含む線形モデルをシミュレーションできます。

線形シミュレーション ツールでは、次のことができます。

  • MATLAB® ワークスペースからの入力信号のインポート

  • MAT ファイル、Microsoft® Excel® スプレッドシート、ASCII フラットファイル、コンマ区切りの変数ファイル (CSV)、またはテキスト ファイルからの入力信号のインポート

  • 正弦波、矩形波、ステップ関数、ホワイト ノイズの形の任意の入力信号の生成

  • 状態空間モデルに対する初期状態の指定

    既定の初期状態はゼロです。

線形シミュレーション ツールを開く

線形シミュレーション ツールを開くには、以下のいずれかを行います。

  • 線形システム アナライザーでプロット領域を右クリックして、[プロットタイプ]、[線形シミュレーション] を選択します。

  • MATLAB プロンプトで次のように関数 lsim を使用します。

    lsim(modelname)
    
  • MATLAB Figure ウィンドウで、応答プロットを右クリックして、[入力データ] を選択します。

線形シミュレーション ツールの使用

線形シミュレーション ツールには、[入力信号] と [初期状態] の 2 つのタブがあります。

線形シミュレーション ツールを開いた後に (線形シミュレーション ツールを開くに記述)、以下の手順に従い、モデルをシミュレーションします。

  1. [入力信号] タブをクリックします (表示されていない場合)。

  2. [タイミング] 領域で、次のいずれかを行って、シミュレーション時間ベクトルを指定します。

    • [時間のインポート] をクリックして、時間ベクトルをインポートします。

    • 終了時間と時間間隔を秒単位で入力します。開始時間が 0 秒に設定されます。

  3. 次のいずれかを行って、入力信号を指定します。

    • [信号のインポート] をクリックして、MATLAB ワークスペースまたはファイルから入力信号をインポートします。詳細は、入力信号のインポートを参照してください。

    • [信号の設計] をクリックして、独自の入力を作成します。詳細は、入力信号の設計を参照してください。

  4. 状態空間モデルがあり、初期条件を指定する場合は、[初期状態] タブをクリックします。既定では、初期状態はすべてゼロに設定されています。

    [初期値] 列に状態の値を入力するか、[状態ベクトルのインポート] をクリックして値をインポートできます。初期状態の入力の詳細は、初期条件の指定を参照してください。

  5. 連続モデルの場合は、[内挿法] リストで、シミュレーション ソルバーで使用する内挿法を以下から 1 つ選択します。

    • ゼロ次ホールド

    • 1 次ホールド (線形内挿)

    • 自動 (線形シミュレーション ツールでは、入力の滑らかさに基づき、1 次ホールドまたは 0 次ホールドが自動的に選択されます。)

      メモ:

      離散モデルのシミュレーションでは、内挿法は使用しません。

  6. [シミュレーション] をクリックします。

入力信号のインポート

線形シミュレーション ツール (線形シミュレーション ツールを開く参照) を開いた後に、MATLAB ワークスペースから入力信号をインポートできます。MAT ファイル、Microsoft Excel スプレッドシート、ASCII フラットファイル、コンマ区切りの変数ファイル (CSV)、またはテキスト ファイルから入力をインポートすることもできます。

独自の入力の作成についての詳細は、入力信号の設計を参照してください。線形シミュレーション ツールの機能の概要は、線形シミュレーション ツールの使用を参照してください。

複数の入力信号をインポートするには、以下を行います。

  1. 入力信号が表示されていない場合は、線形シミュレーション ツールで、[入力信号] タブをクリックします。

  2. [タイミング] 領域でシミュレーション時間を指定します。

  3. インポートする入力チャネルに対する 1 行または複数行を選択します。次の図は、チャネルを 2 つ選択した例を示します。

  4. [信号のインポート] をクリックして、[データ インポート] ダイアログ ボックスを開きます。次の図は、[データ インポート] ダイアログ ボックスの例を示します。

  5. [インポート元] のリストで、入力信号のソースを選択します。これは、以下のいずれかになります。

    • Workspace

    • MAT file

    • XLS file

    • CSV file

    • ASCII file

  6. インポートするデータを選択します。[データ インポート] ダイアログ ボックスでは、選択するソースの形式によってオプションが異なります。

  7. [インポート] をクリックします。

入力信号のインポートの例として、以下を参照してください。

例: Microsoft Excel スプレッドシートからの入力の読み込み

Microsoft Excel (XLS) スプレッドシートから入力を読み込むには、次を行います。

  1. 線形シミュレーション ツールで、[入力信号] タブの [信号のインポート] をクリックして、[データ インポート] ダイアログ ボックスを開きます。

  2. [インポート元] リストで、[XLS ファイル] を選択します。

  3. [選択] をクリックします。

  4. インポートするファイルを選択して、[開く] をクリックします。[データのインポート] ダイアログ ボックスに、Microsoft Excel のスプレッドシートからのデータが表示されます。

例: ワークスペースからの入力のインポート

MATLAB ワークスペースから入力信号を読み込むには、以下を行います。

  1. 次のコードを入力して、2 次システムの応答プロットを開きます。

    s=tf('s');
    ss=(s+2)/(s^2+3*s+2);
    lsim(ss,randn(100,1),1:100);
    
  2. プロットの背景を右クリックし、[入力データ] を選択します。

    線形シミュレーション ツールが開き、既定の入力データが表示されます。

  3. MATLAB コマンド ウィンドウで、システムに対する以下のような入力信号を作成します。

    new_signal=[-3*ones(1,20) 2*ones(1,30) 0.5*ones(1,50)]';
    
  4. 線形シミュレーション ツールで、[信号のインポート] をクリックします。

  5. [データ インポート] ダイアログ ボックスで、[列の割り当て] を選択し、選択したチャネルに入力信号の第 1 列を割り当てます。

  6. [インポート] をクリックします。線形シミュレーション ツールに新しい信号がインポートされます。

  7. [シミュレーション] をクリックし、インポートされた信号に対する 2 次システムの応答を表示します。

入力信号の設計

線形シミュレーション ツールを開いた後に、正弦波、矩形波、ステップ関数、またはホワイト ノイズの形の任意の入力信号を生成できます (線形シミュレーション ツールを開くを参照)。

MATLAB ワークスペースまたはファイルからの入力のインポートの詳細は、入力信号のインポートを参照してください。線形シミュレーション ツールの機能の概要は、線形シミュレーション ツールの使用を参照してください。

複数の入力信号を設計するには、以下を行います。

  1. (入力信号が表示されていない場合) 線形シミュレーション ツールで、[入力信号] タブをクリックします。

  2. [タイミング] 領域でシミュレーション時間を指定します。この手順の後方で設計する入力信号の評価には、時間間隔 (秒単位) を使用します。

  3. 設計する信号チャネルに対する 1 行または複数行を選択します。次の図は、チャネルを 2 つ選択した例を示します。

  4. [信号の設計] をクリックして、[信号設計] ダイアログ ボックスを開きます。次の図は、[信号設計] ダイアログ ボックスの例を示します。

  5. [信号タイプ] リストで、作成する信号のタイプを選択します。これは、以下のいずれかになります。

    • Sine wave

    • Square wave

    • Step function

    • White noise

  6. 信号の特性を指定します。[信号設計] ダイアログ ボックスでは、選択する信号のタイプによってオプションが異なります。

  7. [挿入] をクリックします。これで、線形シミュレーション ツールに新規の信号が含まれます。

  8. 線形シミュレーション ツールで [シミュレーション] をクリックして、システムの応答を表示します。

初期条件の指定

システムが状態空間形式である場合は、線形シミュレーション ツールを開いた後に、初期状態の入力またはインポートができます (線形シミュレーション ツールを開くを参照)。

線形シミュレーション ツールの機能の概要は、線形シミュレーション ツールの使用を参照してください。

MATLAB ワークスペースからも初期状態をインポートできます。

複数の入力状態をインポートするには、以下を行います。

  1. (入力信号がまだ表示されていない場合) 線形シミュレーション ツールで、[初期状態] タブをクリックします。

  2. [選択したシステム] リストで、初期条件を指定するシステムを選択します。

  3. [初期値] 列に状態の値を入力するか、[状態ベクトルのインポート] をクリックして MATLAB ワークスペースから値をインポートできます。次の図は、インポート ウィンドウの例を示します。

    メモ:

    n 個の状態に対しては、n 個からなるベクトルが必要です。

  4. 初期状態を指定した後に、線形シミュレーション ツールで [シミュレーション] をクリックして、システムの応答を表示します。

参考

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