matlab 采用simulink仿真较慢的原因和对策分享

myhomer

最近研究matlab优化simulink模型参数的问题，simulink模型复杂导致运行很慢，分享一些原因和对策

有几种可能性可能导致仿真运行缓慢：

1.模型中有使用 MATLAB Function 模块。此时，每个步长在计算时都要调用 MATLAB 去解释执行。这大大降低了仿真速度，解决方法是尽可能改用 Fcn 模块。

2.模型中有以 MATLAB 文件编写的 S 函数。解决方法是将 MATLAB 文件编译为 MEX 文件。此外，如果可能，尽量使用 Simulink 内置的模块代替 S 函数。

3.过小的步长或采样时间。在仿真过程中，保持小步长对捕获重要事件非常重要，但同时，步长过小会产生不必要的输出点，并减慢仿真速度。

4.maximum step size设置太小。请尝试将该属性设置为auto。

5.可能对精度要求过高。默认的relative tolerance是 0.1%，能满足一般需求。

6.时间跨度（总仿真时间）可能太长。建议缩短。

7.模型中有使用 Memory 模块。该模块会导致变量阶解算器在每个时间步长计算时，被重置回一阶。

8.模型中有使用 Extras 库，例如图形、自动调整、频谱分析。

9.模型中有使用 scope 模块，尽管其影响很可能非常小。

10.代数环，考虑用过memory等方法打破代数换，代数换会导致整个求解收敛变慢。

11.请不要将白噪声模块接到积分器。对于连续系统，请使用带限制白噪声块。

12.模型的刚度很大，但使用的是非刚性解算器。请尝试使用ode15s。

13.过零检测（zero crossing），可能导致模型在某些仿真时刻“卡住”。可以禁用该检测。

14.在 model configuration 中勾选 inline parameters，此时可以将所有参数内置，从而提高速度。

15.使用Simulink自带的加速功能。参考：

https://www.mathworks.com/help/simulink/ug/what-is-acceleration.html

16.如果模型非常复杂（涉及大量模型引用和子系统），并且涉及大量数据记录，则仿真速度也会受到影响。

常用的一些加速策略：

1. 减小仿真时间：

   - 减少仿真时间是提高仿真速度的最直接方法。可以考虑减少仿真时长，或者将仿真的时间段缩短。

2. 优化模型：

   - 简化模型结构：删除不必要的子系统、减少模块数量等。

   - 优化信号处理：避免复杂的信号处理操作，尽量简化信号流程。

   - 优化数据处理：减少存储数据的频率，尽量减少需要保存的数据量。

   - 减小模型参数：减少模型中的参数数量，简化模型计算。

   - 使用代码生成：将模型转换为C代码，通过外部编译器生成的代码执行速度通常会比Simulink模拟器快。

3. 调整仿真设置：

   - 调整仿真步长：增加仿真步长可以减少仿真计算量，但可能会影响仿真精度。

   - 启用快速仿真模式：在仿真菜单中选择“快速模式”可以加快仿真速度，但可能会牺牲一些仿真精度。

   - 禁用仿真器调试功能：在仿真设置中禁用一些调试功能可以提高仿真速度。

4. 使用仿真加速器：

   - 使用硬件仿真加速器（如GPU加速器、FPGA加速器等）可以大幅提高仿真速度。Simulink支持一些硬件加速器，可以在仿真设置中配置并启用。

5. 并行仿真：

   - 在多核计算机上并行仿真可以加快仿真速度，可以在仿真设置中配置并行仿真参数。

6. 减少模型复杂度：

   - 考虑将模型分解为更小的子系统，并优化每个子系统的性能，以减少整体仿真负荷。