ПРИЛОЖЕНИЕ Основные возможности пакета математического моделирования Simulink 4.0

ПакетSimulink является приложением к системеMATLAB. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране создает из библиотеки стандартных блоков модель устройства и осуществляет расчеты.

Для запуска Simulink необходимо предварительно запустить системуMATLAB. Основное окно MATLABпоказано на рис.П.1. Там же показана подсказка появляющаяся в окне при наведении указателя мыши на ярлык Simulink в панели инструментов.

Рис. П.1

После открытия основного окна системы MATLAB нужно запустить приложение Simulink одним из трех способов:

1.Нажать кнопку Simulink на панели инструментов командного окна MATLAB.

2.В командной строке главного окна MATLAB напечатать Simulink и нажать клавишу Enterна клавиатуре.

3.Выбрать команду Open … в меню File и открыть файл модели (mdl-файл). Данный способ удобно использовать для запуска уже готовой и отлаженной модели, когда требуется лишь провести расчеты и не нужно добавлять новые блоки в модель.

Запуск приложения при помощи первого и второго способов приводит к открытию окна обозревателя разделов библиотеки Simulink (рис. П.2).

1 – заголовок; 2 – меню; 3 – панель инструментов; 4 – окно комментария;

5 – список разделов библиотеки; 6 – окно содержимого разделов библиотеки;

7 – строка состояния

Рис.П.2 – Окно обозревателя разделов библиотеки Simulink:

Окно обозревателя библиотеки блоков содержит следующие элементы:

– заголовок (с названием окна) – SimulinkLibraryBrowser;

– меню, скомандами File, Edit, View, Help;

– панель инструментов, с ярлыками наиболее часто используемых команд;

– окно комментария для вывода поясняющего сообщения о выбранном блоке;

– список разделов библиотеки, реализованный в виде дерева;

– окно содержимого раздела библиотеки (список вложенных разделов библиотеки, или блоков);

– строка состояния, содержащая подсказку по выполняемому действию.

Библиотека Simulinkсодержит следующие основные разделы:

– Continuous – линейные блоки.

– Discontinuities – нелинейные блоки.

– Discrete – дискретные блоки.

– MathOperations – блоки математических операций.

– Ports& Subsystems – порты и блоки подсистем.

– Signals Attribute, Signals Routing – сигналыисистемы.

– Sinks – регистрирующие устройства.

– Sources – источники сигналов и воздействий.

– User - DefinedFunctions –функцииитаблицы.

При выборе соответствующего раздела библиотеки в правой части окна отображается его содержимое (рис.П.3).

Рис.П.3 – Содержимое раздела Continuous

Для создания модели в среде Simulink необходимо последовательно выполнить ряд действий:

1. Создать новый файл модели с помощью команды File/New/Model, Вновь созданное окно модели показано на рис. П.4.

Рис.П.4 – Пустое окно модели

Расположить блоки в окне модели. Для этого необходимо открыть соответствующий раздел библиотеки. Далее, указав курсором на требуемый блок и нажав на левую клавишу мыши, «перетащить» блок в созданное окно, удерживая к лавишу мыши нажатой. На рис.П.5 показано окно модели, содержащее блоки.

Рис.П.5 – Окно модели, содержащее блоки

Для изменения параметров блока необходимо дважды щелкнуть левой клавишей мыши, указав курсором на изображение блока. Откроется окно редактирования параметров данного блока. Следует иметь в виду, чтопри задании численных параметров в качестве десятичного разделителя должна использоваться точка, а не запятая. После внесения изменений нужно закрыть окно нажатием кнопки OK.

После установки на схеме всех блоков из требуемых библиотек нужно выполнить соединение элементов схемы. Для соединения блоков необходимо подвести курсор к выходу блока, затем нажатьлевую клавишу мыши и, не отпуская, провести линию к входу другого блока, после чего отпустить клавишу.

В случае правильного соединения изображение стрелки на входе блока изменяет цвет. Для создания точки разветвления в соединительной линии нужно подвести курсор к предполагаемому узлу и, нажав правую клавишу мыши, протянуть линию к входу блока. Схема модели, в которой выполнены соединения между блоками, показана на рис.П.6.

1 – заголовок; 2 – меню; 3 – панель инструментов;

4 – окно для создания схемы модели; 5 – строка состояния

Рис.П.6 – Схема модели:

Меню окна модели содержит следующие команды для ее редактирования, настройки и управления процессом расчета, работы файлами и т.п.:

– File (Файл) – Работа с файлами моделей.

– Edit (Редактирование) – Изменение модели и поиск блоков.

– View (Вид) – Управление показом элементов интерфейса.

– Simulation (Моделирование) – Задание настроек для моделирования и управление процессом расчета.

– Format (Форматирование) – Изменение внешнего вида блоков и модели в целом.

– Tools (Инструментальные средства) – Применение специальных средств для работы с моделью (отладчик, линейный анализ и т.п.)

–Help (Справка) — Вывод окон справочной системы.

Перед выполнением расчетов необходимо предварительно задать параметры расчета.

Задание параметров расчета осуществляется в панели управления меню Simulation/Parameters. Вид панели управления приведен на рис. П.7.

Рис.П.7 – Панель управления

Окно настройки параметров расчета имеет четыре вкладки:

– Solver (Расчет) – установка параметров расчета модели.

– Workspace I/O (Ввод/вывод данных в рабочую область) –установка параметров обмена данными с рабочей областью MATLAB.

– Diagnostics (Диагностика) – выбор параметров диагностического режима.

– Advanced (Дополнительно) – установка дополнительных параметров.

Для визуализации процесса моделирования используются виртуальные регистраторы (блоки получателей информации Sinks).

Каждый регистратор имеет свое окно настройки, которое появляется при активизации его пиктограммы в окне компонентов или в окне модели (Рис.П.8).

Рис.П.8 – Содержимое раздела Sinks

Виртуальный осциллограф(Scope)позволяет представить результаты моделирования в виде временных диаграмм тех или иных процессов в форме, которая напоминает выполненные лучами разного цвета осциллограммы современного высокоточного осциллографа с оцифрованной масштабной сеткой.

Здесь особое внимание надо обратить на кнопки масштабирования, позволяющие (наряду с командами контекстного меню) менять размер осциллограммы. Весьма удобной является кнопка автоматического масштабирования (Autoscale) – обычно она позволяет установить такой масштаб, при котором изображение осциллограммы имеет максимально возможный размер по вертикали и отражает весь временной интервал моделирования (рис. П.9).

Рис. П.9 – Окно виртуального осциллографа

Виртуальный графопостроитель(XY Graph)имеет входы по осям Х и Y, что позволяет строить графики функций в полярной системе координат, фазовые портреты и т. д.

Для выполнения арифметических операций используется вкладка MathOperations (рис. П.10). К числу наиболее простых математических блоков относятся блоки арифметических операций: вычисления абсолютного значения числа Abs, скалярного произведения DotProduct, обычного произведения Product, а также суммы Sum.

Обратите внимание на то, что в окне настройки блока сложения / вычитания можно установить вид представления блока (круглый или квадратный) и число входов с выполняемыми по ним операциями.

Число входов и операции задаются шаблоном Listofsign. Например, шаблон |++ означает, что блок имеет два суммирующих входа, а |+–+ — что он имеет три входа, причем средний – вычитающий, а крайние – суммирующие (рис. П.11).

Блок Product (Умножение) предназначен для умножения и деления ряда входных сигналов. При этом операции задаются подобно тому, как это было описано для блока суммирования/вычитания с применением знаков умножения * или деления / в шаблоне.

Рис. П.10

Рис. П.11 – Окно настройкиблока сложения / вычитания

Блоки масштабирования Gain и SliderGain служат для масштабирования данных (умножения их на заданный коэффициент – константу). В блоке Gain константа вводится в окне параметров (по умолчанию 1), а в блоке SliderGain ее можно выбирать с помощью ползунка. Для масштабирования матричных данных служит блок MatrixGain.

Блок MathFunction служит для задания математических функций одной переменной u по правилам, принятым для языка программирования базовой системы MATLAB. В частности, это означает, что в теле функции могут встречаться встроенные функции системы. Окно параметров этого блока содержит описание правил задания функции и раздел параметров Parameters, в котором задаются выражение для функции и длина вектора выхода. Если она должна совпадать с длиной вектора входного сигнала, то вводится значение –1 (рис. П.12). Дополнительная библиотека блоков Simulink находится в разделе SimulinkExtras.

Рис. П.12 – Окно параметров блока MathFunction

Для задания дискретной части модели предназначены стандартные блоки, содержащиеся в библиотеке Discrete. В библиотеке содержатся блоки, которые позволяют решать разностные уравнения, описывающие системы, с помощью дискретного преобразования Лапласа или так называемого z-преобразования. Сигналы на выходе дискретных блоков являются кусочно-постоянными функциями времени, что позволяет соединять их с непрерывными блоками.

В библиотеках Nonlinear содержится достаточно богатый набор стандартных гибридных блоков, таких как звено с насыщением, зона нечувствительности, люфт, петля гистерезиса.

Св. план 2015, поз. 25

Учебно–методическое пособие

Городко Сергей Иванович

Капанов Николай Анатольевич

Стасевич Наталья Александровна