ブロックパラメーター値の調整と試行

モデルの作成時に、Transfer Fcn ブロックの係数などのブロックパラメーターを試して、使用するブロックを決定することができます。さまざまなパラメーター値でモデルをシミュレートし、シミュレーション出力を取得して確認することができます。

シミュレーション中にほとんどの数値ブロックパラメーターの値を変更することができます。影響を確認するために、シミュレーション出力をリアルタイムで可視化できます。この手法を使うと、アルゴリズムを開発する際にパラメーター値をすばやくテストできます。以下を視覚的に行うことができます。

制御パラメーターの調整と最適化。
モデルパラメーターのキャリブレーション。
さまざまな条件下での制御のロバスト性のテスト。

シミュレーションを開始すると、最初に Simulink^® によってモデルブロック線図が更新されます。大規模モデルの場合、この操作には時間がかかることがあります。モデルブロック線図を繰り返し更新せずにパラメーター値をテストするには、1 回のシミュレーションの実行中にパラメーター値を調整します。

あるいは、モデルブロック線図の更新を回避するには、高速リスタートを使用します。高速リスタートの詳細については、高速リスタートのご利用の前にを参照してください。

シミュレーション出力をリアルタイムで視覚的に解析できない場合や、多くのシミュレーションを実行しなければならない場合は、パラメーター値をプログラムでスイープする方法の使用を検討してください。シミュレーション出力データを取得して解析を後で実行できます。詳細については、ブロックパラメーター値の最適化、推定およびスイープを参照してください。

ブロックパラメーター値へのアクセスと設定の基本的な情報については、ブロックパラメーター値の設定を参照してください。

シミュレーション実行間のブロックパラメーター値の反復調整

この例では、シミュレーションの実行ごとにブロックパラメーター値を変更してモデルのプロトタイプを作成する方法を説明します。パラメーター値を試してシミュレーション結果を確認することで、使用するブロックとモデルの作成方法を決定できます。

フォールトトレラント燃料制御システムのモデル化のモデル例 sldemo_fuelsys は、ガソリンエンジンの燃料供給システムを表しています。モデル内のサブシステム feedforward_fuel_rate は、エンジンで消費される燃料と空気の理想的 (化学量論的) な混合比を表す定数 14.6 を使用して、エンジンの燃料需要を計算します。サブシステム内の 2 つのブロックは、この数値を使用してパラメーターの値を設定します。

たとえば、理想空燃比の設計値を 14.6 から 17.5 に変更して、燃料需要への影響を確認するとします。設計値をモデルに格納するには、ブロックダイアログボックスで値を変更します。あるいは、わかりやすい名前を付けた変数に値を格納することもできます。これにより、値を 2 つのブロックで再利用できます。

ブロックダイアログボックスで値を変更してシミュレーション出力の変化を確認するには、次の手順に従います。

フォールトトレラント燃料制御システムのモデル化のモデル例 sldemo_fuelsys を開きます。
```
openExample('simulink_automotive/ModelingAFaultTolerantFuelControlSystemExample')
sldemo_fuelsys
```
シミュレーションを高速化するために、モデルのシミュレーション時間を 2000 から 50 に変更します。
モデルで Scope ブロックのダイアログボックスを開きます。
モデルのシミュレーションを実行します。Scope ダイアログボックスでウィンドウのサイズを変更して、すべてのシミュレーション結果を表示します。
スコープ表示に、シミュレーション全体を通して fuel 信号がおよそ 0.9 ～ 1.6 の間で振動していることが示されます。air_fuel_ratio 信号は、オーバーシュートなしですぐに 15 まで上昇します。
モデルで、モデルデータエディターを開きます。[モデル化] タブで [モデルデータエディター] をクリックします。モデルデータエディターで、[パラメーター] タブを確認します。
モデルまたはコマンドプロンプトで、ターゲットサブシステムに移動します。
```
open_system(...
    'sldemo_fuelsys/fuel_rate_control/fuel_calc/feedforward_fuel_rate')
```
モデルデータエディターで [Value] 列を使用して、rich というラベルの付いた Constant ブロックの [Constant value] (Value) パラメーターを 1/(14.6*0.8) から 1/(17.5*0.8) に変更します。
同様に、normal というラベルの付いたブロックの [定数値] パラメーターを 1/14.6 から 1/17.5 に変更します。
モデルのシミュレーションを実行します。
スコープ表示に、信号の応答が変化したことが示されます。

ブロックダイアログボックスのリテラル値を数値変数に置き換えるには、次の手順に従います。

モデルデータエディターを使用して、normal Constant ブロックの値を 1/mixture に設定します。
rich ブロックの値を 1/(mixture*0.8) に設定します。
rich の値の編集中は、1/(mixture*0.8) の隣にあるアクションボタンをクリックし、[作成] を選択します。
[新規データの作成] ダイアログボックスで、[値] を 17.5 に設定して [作成] をクリックします。
値 17.5 をもつ数値変数 mixture がベースワークスペースに表示されます。シミュレーションの実行ごとに、ブロックダイアログボックスでパラメーター値を変更する代わりに、ベースワークスペースで mixture の値を変更することができます。

シミュレーション中のブロックパラメーター値の調整

この例では、シミュレーション中にブロックパラメーター値を変更し、その影響を確認する方法を説明します。この手法を使うと、シミュレーションの実行ごとにモデルブロック線図を更新せずに、モデルを対話形式でテストしてデバッグすることができます。

モデル例 sldemo_fuelsys には、スロットルコマンドを表す Constant ブロック Throttle Command が含まれています。シミュレーション中にコマンドを大きくし、その影響を確認するには、次の手順に従います。

フォールトトレラント燃料制御システムのモデル化のモデル例 sldemo_fuelsys を開きます。
```
openExample('simulink_automotive/ModelingAFaultTolerantFuelControlSystemExample')
sldemo_fuelsys
```
モデルで Scope ブロックのダイアログボックスを開きます。
シミュレーションを開始します。
このモデルは 2000 秒をシミュレートするように構成されています。シミュレーション中に、fuel 信号と air_fuel_ratio 信号の値がスコープグラフにリアルタイムで表示されます。
モデルで、ステータスバーがおよそ 1000 (1000 秒) を示したら、[一時停止] ボタンをクリックしてシミュレーションを一時停止します。
スコープ表示の [fuel] グラフに、一時停止する前のシミュレーション出力がプロットされます。
モデルの [モデル化] タブで [モデルデータエディター] をクリックします。
モデルデータエディターで、[パラメーター] タブを選択します。
モデルで、Throttle Command ブロックを選択します。
モデルデータエディターで、rep_seq_y 行を選択します。rep_seq_t 行を一緒に選択していないことを確認してください。
rep_seq_y 行で、[Value] 列の値を [10 20 10] から [10 30 10] に変更します。
[ステップを進める] ボタンをクリックしてシミュレーションをステップ単位で進めます。このボタンを約 15 回、つまりスコープ表示の [fuel] グラフに変化が現れるまでクリックします。
信号 fuel のプロットは、スロットルコマンドの増加に対応した燃料需要の急激な増加を示します。
モデルで、[続行] ボタンをクリックしてシミュレーションを再開します。
スコープ表示に、残りのシミュレーション全体における燃料需要の周期的な大幅な増加と、空燃比の周期的な減少が示されます。

シミュレーション中にワークスペース変数の値を変更した後は、モデルブロック線図を更新しなければなりません。モデルブロック線図を更新するには、Simulink ツールストリップの [モデル化] タブの [コンパイル] セクションで [モデルの更新] をクリックします。

パラメーターの調整と試行の準備

ワークスペース変数を使用してブロックパラメーター値を設定します。
Constant ブロックの [定数値] パラメーターなどのブロックパラメーターの値にアクセスするには、モデル内のブロックに移動してブロックダイアログボックスを開くか、モデルエクスプローラーを使用してブロックを検索するか、コマンドプロンプトで関数 set_param を使用しなければなりません。
代わりに、ワークスペース変数を作成してブロックパラメーター値を設定すると、コマンドプロンプト、MATLAB^® ワークスペースブラウザーまたはモデルエクスプローラーを使用して変数の値を変更できます。また、変数を作成すると、複数のブロックパラメーターに同じ値を設定できます。変数の値を変更すると、すべてのターゲットブロックパラメーターで新しい値が使用されるようになります。ブロックパラメーター値へのアクセスと設定の詳細については、ブロックパラメーター値の設定を参照してください。
シミュレーション出力を可視化します。
ブロックパラメーター値を調整しながらシミュレーション出力をリアルタイムで確認するには、Scope ブロックなどのモデル内のブロックを使用します。また、シミュレーション実行の終了時にシミュレーション出力を取得して、シミュレーションデータインスペクターにデータを表示することもできます。詳細については、シミュレーションデータの可視化方法の決定を参照してください。
シミュレーション中に調整するブロックパラメーターの値の範囲を指定してください。
別のユーザーがモデルを使用してパラメーターを調整することを想定している場合は、使用可能な調整値を範囲の指定によって制御できます。また、調整するすべての固定小数点ブロックパラメーターの値の範囲を指定することもお勧めします。ブロックパラメーター値の範囲を指定するには、ブロックパラメーターの最小値と最大値の指定を参照してください。
シミュレーションの実行時間とペースを制御します。
シミュレーションがあまりにも高速に実行されて、ブロックパラメーター値を調整できない場合があります。また、特定のシミュレーション時間でパラメーター値を変更する場合は、シミュレーションのペースを制御する方法を習得しなければなりません。シミュレーションを特定の期間実行するか永続的に実行するように構成し、必要に応じてシミュレーションを一時停止したり進めたりすることができます。詳細については、対話によるモデルのシミュレーションおよびプログラムによるシミュレーションの実行を参照してください。

Dashboard ブロックを使用した対話形式の調整

Dashboard ライブラリのブロックをモデルに追加して、ブロックパラメーター値を調整することができます。Dashboard ブロックを使用すると、産業用制御装置の外観を再現したノブ、スイッチおよび表示情報を操作して、他のブロックのパラメーター値を調整し、シミュレーション出力をリアルタイムで確認することができます。Dashboard ブロックは、モデル内でターゲットブロックパラメーターを特定せずに操作できます。詳細については、Dashboard のブロックを使用したモデルの調整と可視化を参照してください。

シミュレーション中に調整可能なブロックパラメーター

"調整不可能なブロックパラメーター" とは、シミュレーション中に値を変更できないパラメーターです。たとえば、[サンプル時間] ブロックパラメーターは調整できません。パラメーターが調整不可能な場合は、ブロックダイアログボックスで値を変更したりワークスペース変数の値を変更したりして、シミュレーション中にその値を変更することはできません。

調整不可能なブロックパラメーターには次のようなものがあります。

サンプル時間。
Sum ブロックの入力数など、ブロックの外観や構造を制御するパラメーター。
ブロックの実行順序を制御できる優先順位。
Discrete-Time Integrator ブロックの [積分手法] パラメーターなど、ブロックアルゴリズムを制御するパラメーター。

ブロックパラメーターがシミュレーション中に調整可能かどうかを判断するには、次のいずれかの方法を使用します。

シミュレーションを開始してブロックダイアログボックスを開きます。シミュレーション中にターゲットブロックパラメーターの値がグレーになっている場合は、パラメーターを調整できません。
コマンドプロンプトで、パラメーターがフラグ read-write および read-only-if-compiled で表現されているかどうかを確認します。
1. モデル内のブロックを選択します。
2. コマンドプロンプトで、関数 get_param を使用してブロックダイアログボックスのパラメーターに関する情報を返します。この関数は、ブロックダイアログボックスのパラメーターごとにフィールドをもつ構造体を返します。
  paramInfo = get_param(gcb,'DialogParameters');
  あるいは、モデル内のブロックを特定して選択するのではなく、gcb を 'myModel/mySubsystem/myBlock' などのブロックパスに置き換えることもできます。
3. ターゲットブロックパラメーターに関する情報を表示します。たとえば、ブロックの [サンプル時間] パラメーターに関する情報を表示するには、構造体でもあるフィールド SampleTime の値を表示します。
  paramInfo.SampleTime
  ans = Prompt: 'Sample time:' Type: 'string' Enum: {} Attributes: {'read-write' 'read-only-if-compiled' 'dont-eval'}
4. 文字ベクトルの cell 配列を値にもつ構造体の Attributes フィールドを検査します。cell 配列にフラグ read-write が表示されている場合は、パラメーター値を変更できます。ただし、cell 配列にフラグ read-only-if-compiled も表示されている場合は、シミュレーション中にパラメーター値を変更することはできません。

マスクを使用してブロックおよびサブシステムのカスタムインターフェイスを作成する場合は、個々のマスクパラメーターの調整可能性を制御できます。モデル引数を使用して参照モデルをパラメーター化する場合は、各 Model ブロックで各モデル引数の値を調整できます。

シミュレーション出力に変化がない理由

パラメーター値を変更してもシミュレーションの出力に変化がない場合は、次のトラブルシューティング方法を使用します。

ワークスペース変数の定義の場所を特定します。
ワークスペース変数を使用してブロックパラメーター値を設定している場合は、変数の定義がある場所を特定します。たとえば、モデルワークスペースで定義した変数 myVar を使用してモデルでブロックパラメーター値を設定している場合は、ベースワークスペースにある myVar という名前の変数の値を変更してパラメーター値を変更することはできません。モデルワークスペースにある変数の定義にアクセスしなければなりません。
変数の定義を特定するには、変数を使用するブロックパラメーターの値の編集中に、近くのアクションボタンをクリックし、[探索] を選択します。モデルエクスプローラーなどのダイアログボックスが開き、該当するワークスペースにある変数の定義が表示されます。変数をモデルで使用する方法の詳細については、記号の解釈を参照してください。
シミュレーション中に調整する固定小数点パラメーターの値の範囲を指定します。
調整するブロックパラメーターで、最高精度のスケーリングをもつ固定小数点データ型が使用される場合は、パラメーターの最小値と最大値を指定して、Simulink で適切なスケーリングを計算して適用できるようにします。値の範囲を指定しない場合は、使用する調整値を含まないスケーリングが Simulink によって適用される可能性があります。値の範囲を指定するには、ブロックパラメーターの最小値と最大値の指定を参照してください。
シミュレーションの実行中にモデルブロック線図を更新します。ワークスペース変数を使用して 1 つ以上のブロックパラメーターの値を設定している場合は、シミュレーション中に変数の値を変更した後、モデルブロック線図を更新しなければなりません。

その他のモデル化の目的に関する調整可能性の考慮事項と制限

参照モデル

Model ブロックを使用する場合、次のパラメーター調整可能性の制限が適用されます。

Model ブロックのシミュレーションモードをアクセラレータモードに設定する場合、あるいはアクセラレータモードで親モデルをシミュレートする場合、シミュレーション中に参照モデルのブロックパラメーターを調整することはできません。ただし、参照モデルがベースワークスペースまたはデータディクショナリ内の変数を使用してパラメーター値を設定する場合、変数の値を調整することができます。
モデルワークスペースの MATLAB 変数または Simulink.Parameter オブジェクトを使用して、モデル内のブロックパラメーターの値を設定するとします。Model ブロックを使用してこのモデルを参照する場合、次のようになります。
- Model ブロックのシミュレーションモードをアクセラレータモードに設定するか、あるいはアクセラレータモードで親モデルをシミュレートすると、シミュレーション中に変数またはオブジェクトの値を変更できません。
- 親モデルをアクセラレータモードでシミュレートする場合、シミュレーションの実行間で変数またはオブジェクトの値を変更すると、Simulink によってコードが再生成されます。
- また、追加の Model ブロックを使用して親モデル内でモデルを複数回参照する場合、各 Model ブロックで異なるシミュレーションモードを選択できます。少なくとも 1 つのブロックが通常のシミュレーションモードを使用し、他のすべてのブロックが異なるシミュレーションモードを使用する場合、シミュレーション中に変数またはオブジェクトの値を変更できません。また、高速リスタートをオンにした親モデルをシミュレートするときは、高速リスタートシミュレーションの実行間で変数やオブジェクトの値を変更することはできません。
回避策として、変数またはオブジェクトをベースワークスペースまたはデータディクショナリに移動します。

アクセラレータと SIL/PIL シミュレーション

こうした調整可能性の制限はアクセラレータ、ラピッドアクセラレータ、SIL、および PIL シミュレーションに適用されます。

モデルワークスペースの MATLAB 変数または Simulink.Parameter オブジェクトを使用して、モデル内のブロックパラメーターの値を設定するとします。関数 sim を使用してモデルをラピッドアクセラレータモードでシミュレートし、RapidAcceleratorUpToDateCheck ペア引数を 'off' に設定する場合、RapidAcceleratorParameterSets ペア引数を使用して変数またはオブジェクトに異なる値を指定することはできません。Simulink.BlockDiagram.buildRapidAcceleratorTarget によって返された構造体には、変数またはオブジェクトに関する情報は含まれません。
ブロックパラメーターの値がワークスペース変数を参照している場合、ラピッドアクセラレータシミュレーション中に関数 set_param を使用するなどしてブロックパラメーター値を変更することはできません。代わりに、参照されている変数の値を調整できます。
または、パラメーターセットを使用してラピッドアクセラレータシミュレーション間で実行時パラメーターを調整します。詳細については、実行時パラメーターの調整を参照してください。

アクセラレータシミュレーション中のパラメーターの調整可能性の詳細については、実行時パラメーターの調整とラピッドアクセラレータモードでの parfor の simを参照してください。SIL および PIL シミュレーション中のパラメーターの調整可能性の詳細については、Tunable Parameters and SIL/PIL (Embedded Coder)を参照してください。

高速リスタート

高速リスタートを使用する際のパラメーターの調整可能性の詳細については、高速リスタートのご利用の前にを参照してください。

外部プログラムのコード生成とシミュレーション

シミュレーション中は調整可能なパラメーターが、生成されたコードに調整不可能なインラインパラメーターとして現れる可能性があります。SIL、PIL またはエクスターナルモードのシミュレーションを使用して外部プログラムをシミュレートする場合、シミュレーション中およびシミュレーション実行間のパラメーターの調整可能性はコード生成の設定によって決まります。

生成されたコードでパラメーターの調整可能性を制御するには、コンフィギュレーションパラメーター [既定のパラメーター動作] を使用して、モデルに対してコード生成の設定を調整します。個々の MATLAB 変数、Simulink.Parameter オブジェクト、およびその他のパラメーターオブジェクトの設定も調整できます。詳細については、生成コード内の変数の保持 (Simulink Coder)を参照してください。

Stateflow チャート

シミュレーション中にデータを変更して Stateflow チャートをデバッグするには、チャートのデバッグのためのブレークポイントの設定 (Stateflow)を参照してください。

参考

set_param