Описание пакета Simulink.
Цель работы:
Источник постоянного сигнала Constant
Назначение:
Задает постоянный по уровню сигнал.
Параметры:
1. Constant value – Постоянная величина.
2. Interpret vector parameters as 1-D – Интерпретировать вектор параметров как одномерный (при установленном флажке). Данный параметр встречается у большинства блоков библиотеки Simulink. В дальнейшем он рассматриваться не будет.
Значение константы может быть действительным или комплексным числом, вычисляемым выражением, вектором или матрицей.
Рисунок 1 иллюстрирует применение этого источника и измерение его выходного сигнала с помощью цифрового индикатора Display.
Рисунок 1 – Источник постоянного воздействия Constant
EX_constant_1.zip
Источник линейно изменяющегося воздействия Ramp
Назначение:
Формирует линейный сигнал вида y = Slope* time + Initial value.
Рисунок 2 – Блок Sine Wave
Параметры:
1. Slope – Скорость изменения выходного сигнала.
2. Start time – Время начала формирования сигнала.
3. Initial value – Начальный уровень сигнала на выходе блока.
На рисунке 3 показано использование данного блока.
Рисунок 3 – Блок Ramp
Генератор ступенчатого сигнала Step
Назначение:
Формирует ступенчатый сигнал.
Параметры:
1. Step time – Время наступления перепада сигнала (с).
2. Initial value – Начальное значение сигнала.
3. Final value – Конечное значение сигнала.
Перепад может быть как в большую сторону (конечное значение больше чем начальное), так и в меньшую (конечное значение меньше чем начальное). Значения начального и конечного уровней могут быть не только положительными, но и отрицательными (например, изменение сигнала с уровня -5 до уровня -3).
На рисунке 4 показано использование генератора ступенчатого сигнала.
Рисунок 4 – Блок Step
Генератор сигналов Signal Generator
Назначение:
Формирует один из четырех видов периодических сигналов:
1. sine – Синусоидальный сигнал.
2. square – Прямоугольный сигнал.
3. sawtooth – Пилообразный сигнал.
4. random – Случайный сигнал.
Параметры:
1. Wave form – Вид сигнала.
2. Amplitude – Амплитуда сигнала.
3. Frequency – Частота (рад/с).
4. Units – Единицы измерения частоты. Может принимать два значения:
Rad/sec – рад/с.
На рисунке 5 показано применение этого источника при моделировании прямоугольного сигнала.
EX_signal_generator_1.zip
Блок входного порта Inport
Назначение:
Создает входной порт для подсистемы или модели верхнего уровня иерархии.
Параметры:
Port number – Номер порта.
Port dimensions – Размерность входного сигнала. Если этот параметр равен –1, то размерность входного сигнала будет определяться автоматически.
Sample time –Шаг модельного времени.
Data type – Тип данных входного сигнала: auto, double, single, int8, uint8, int16, uint16, int32, uint32 или boolean.
Signal type – Тип входного сигнала:
1. auto – Автоматическое определение типа.
2. real – Действительный сигнал.
3. complex – Комплексный сигнал.
Interpolate data (флажок) – Интерполировать входной сигнал. В случае, если временные отсчеты входного сигнала считываемого из рабочей области MATLAB не совпадают с модельным временем, то блок будет выполнять интерполяцию входного сигнала. При использовании блока Inport в подсистеме данный параметр не доступен.
17.1. Использование блока Inport в подсистемах
Блоки Inport подсистемы являются ее входами. Сигнал, подаваемый на входной порт подсистемы через блок Inport, передается внутрь подсистемы. Название входного порта будет показано на изображении подсистемы как метка порта.
При создании подсистем и добавлении блока Inport в подсистему Simulink использует следующие правила:
1. При создании подсистемы с помощью команды Edit/Create subsystem входные порты создаются и нумеруются автоматически начиная с 1.
2. Если в подсистему добавляется новый блок Inport, то ему присваивается следующий по порядку номер.
3. Если какой либо блок Inport удаляется, то остальные порты переименовываются таким образом, чтобы последовательность номеров портов была непрерывной.
4. Если в последовательности номеров портов имеется разрыв, то при выполнении моделирования Simulink выдаст сообщение об ошибке и остановит расчет. В этом случае необходимо вручную переименовать порты таким образом, чтобы последовательность номеров портов не нарушалась.
На рисунке 17 показана модель, использующая подсистему и схема этой подсистемы.
Рисунке 17 – Использование блока Inport в подсистеме
17.2. Использование блока Inport в модели верхнего уровня
Входной порт в системе верхнего уровня используется для передачи сигнала из рабочей области MATLAB в модель.
Для передачи сигнала из рабочего пространство MATLAB требуется не только установить в модели входной порт, но и выполнить установку параметров ввода на вкладке Workspace I/O окна диалога Simulation parameters… (должен быть установлен флажок для параметра Input и задано имя переменной, которая содержит входные данные). Тип вводимых данных: Array (массив), Structure (структура) или Structure with time (структура с полем "время") задается на этой же вкладке.
На рисунке 18 показана модель, считывающая входной сигнал из рабочего пространства MATLAB. Подсистема Load Data обеспечивает ввод данных из файла в рабочую область MATLAB.
Рисунок 18 – Модель, считывающая входной сигнал из рабочего пространства MATLAB с помощью блока Input
Контрольные вопросы.
1. В чем состоит назначение блоков библиотеки Source?
2. Каким образом сгенерировать ступенчатый сигнал?
3. Сколько способов генерации синусоидального сигнала используется в блоке Sine Wave?
4. Какой блок обеспечивает чтение данных из файла?
5. Какой сигнал генерируют с помощью блока Random Number?
6. Какой сигнал генерируют с помощью блока Uniform Random Number?
7. Какой сигнал генерируют с помощью блока Chirp Signal?
Практическая работа №1
Библиотека блоков Simulink: Sources - источники сигналов
Цель работы: изучить библиотеку блоков Source. Понять принцип действия блоков, изучить их параметры.
Назначение блоков библиотеки: генерируют сигналы различной формы.
Окно обозревателя библиотеки блоков содержит следующие элементы (рисунок 1.2):
1. Заголовок, с названием окна – Simulink Library Browser .
2. Меню, с командами File , Edit , View , Help .
3. Панель инструментов, с ярлыками наиболее часто используемых команд.
4. Окно комментария для вывода поясняющего сообщения о выбранном блоке.
5. Список разделов библиотеки, реализованный в виде дерева.
6. Окно содержимого раздела библиотеки (список вложенных разделов библиотеки или блоков)
7. Строка состояния, содержащая подсказку по выполняемому действию.
На рисунке 1.2 выделена основная библиотека Simulink (в левой части окна) и показаны ее разделы (в правой части окна).
Библиотека Simulink содержит следующие основные разделы:
1. Continuous – линейные блоки.
2. Discrete – дискретные блоки.
3. Functions & Tables – функции и таблицы.
4. Math – блоки математических операций.
5. Nonlinear – нелинейные блоки.
6. Signals & Systems – сигналы и системы.
7. Sinks - регистрирующие устройства.
8. Sources - источники сигналов и воздействий.
9. Subsystems – блоки подсистем.
Список разделов библиотеки Simulink представлен в виде дерева, и правила работы с ним являются общими для списков такого вида:
· Пиктограмма свернутого узла дерева содержит символ "+ ", а пиктограмма развернутого содержит символ "- ".
· Для того чтобы развернуть или свернуть узел дерева, достаточно щелкнуть на его пиктограмме левой клавишей мыши (ЛКМ).
При выборе соответствующего раздела библиотеки в правой части окна отображается его содержимое (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 - Окно обозревателя с набором
блоков раздела библиотеки
Для работы с окном используются команды собранные в меню. Меню обозревателя библиотек содержит следующие пункты:
· File (Файл) - Работа с файлами библиотек.
· Edit (Редактирование) - Добавление блоков и их поиск (по названию).
· View (Вид) - Управление показом элементов интерфейса.
· Help (Справка) - Вывод окна справки по обозревателю библиотек.
Для работы с обозревателем можно также использовать кнопки на панели инструментов (рисунок 1.4).
Рисунок 1.4 - Панель инструментов обозревателя разделов библиотек
Кнопки панели инструментов имеют следующее назначение:
1. Создать новую S -модель (открыть новое окно модели).
2. Открыть одну из существующих S -моделей.
3. Изменить свойства окна обозревателя. Данная кнопка позволяет установить режим отображения окна обозревателя "поверх всех окон ”. Повторное нажатие отменяет такой режим.
4. Поиск блока по названию (по первым символам названия). После того как блок будет найден, в окне обозревателя откроется соответствующий раздел библиотеки, а блок будет выделен. Если же блок с таким названием отсутствует, то в окне комментария будет выведено сообщение Not found <имя блока> (Блок не найден).
2.4.1 Sources - источники сигналов
Источник постоянного сигнала Constant
Назначение:
Задает постоянный по уровню сигнал.
Параметры:
1. Constant value – Постоянная величина.
2. Interpret vector parameters as 1-D – Интерпретировать вектор параметров как одномерный (при установленном флажке). Данный параметр встречается у большинства блоков библиотеки Simulink . В дальнейшем он рассматриваться не будет.
Значение константы может быть действительным или комплексным числом, вычисляемым выражением, вектором или матрицей.
Рис. 2.26 иллюстрирует применение этого источника и измерение его выходного сигнала с помощью цифрового индикатора Display .
Рис. 2.26. Источник постоянного воздействия Constant
Генератор ступенчатого сигнала Step
Назначение:
Формирует ступенчатый сигнал.
Параметры:
1. Step time – Время наступления перепада сигнала (с).
2. Initial value – Начальное значение сигнала.
3. Final value – Конечное значение сигнала.
Перепад может быть как в большую сторону (конечное значение больше, чем начальное), так и в меньшую (конечное значение меньше, чем начальное). Значения начального и конечного уровней могут быть не только положительными, но и отрицательными (например, изменение сигнала с уровня –5 до уровня –3).
На рис. 2.27 показано использование генератора ступенчатого сигнала.
Рис. 2.27. Блок Step
Генератор сигналов Signal Generator
Назначение:
Формирует один из четырех видов периодических сигналов:
1. sine – Синусоидальный сигнал.
2. square – Прямоугольный сигнал.
3. sawtooth – Пилообразный сигнал.
4. random – Случайный сигнал.
Параметры:
1. Wave form – Вид сигнала.
2. Amplitude – Амплитуда сигнала.
3. Frequency – Частота (рад/с).
4. Units – Единицы измерения частоты. Могут принимать два значения:
· Hertz – Гц.
· rad / sec – рад/с.
Источник случайного сигнала с равномерным распределением Uniform Random Number
Назначение:
Формирование случайного сигнала с равномерным распределением.
Параметры:
1. Minimum – Минимальный уровень сигнала.
2. Maximum – Максимальный уровень сигнала.
3. Initial seed – Начальное значение.
Пример использования блока и график его выходного сигнала представлен на рис. 2.28.
Рис. 2.28. Блок генератора сигналов
Рис. 2.29. Источник случайного сигнала с равномерным распределением
Источник случайного сигнала с нормальным
распределением Random Number
Назначение:
Формирование случайного сигнала с нормальным распределением уровня сигнала.
Параметры:
1. Mean – Среднее значение сигнала
2. Variance – Дисперсия (среднеквадратическое отклонение).
3. Initial seed – Начальное значение.
Рис. 2.30. Источник случайного сигнала с нормальным распределением
Источник импульсного сигнала Pulse Generator
Назначение:
Формирование прямоугольных импульсов.
Параметры:
1. Pulse Type – Способ формирования сигнала. Может принимать два значения:
· Time-based – По текущему времени.
· Sample-based – По величине модельного времени и количеству расчетных шагов.
2. Amplitude – Амплитуда.
3. Period – Период. Задается в секундах для Time-based Pulse Type или в шагах модельного времени для Sample-based Pulse Type .
4. Pulse width – Ширина импульсов. Задается в процентах по отношению к периоду для Time-based Pulse Type или в шагах модельного времени для Sample-based Pulse Type .
5. Phase delay – Фазовая задержка. Задается в секундах для Time-based Pulse Type или в шагах модельного времени для Sample-based Pulse Type.
6. Sаmple time – Шаг модельного времени. Задается для Sample-based Pulse Type .
Рис. 2.31. Источник прямоугольных импульсов
Источник временного сигнала Clock
Назначение:
Формирует сигнал, величина которого на каждом шаге расчета равна текущему времени моделирования.
Параметры:
1. Decimation – Шаг, с которым обновляются показания времени на изображении источника (в том случае, если установлен флажок параметра Display time ). Параметр задается как количество шагов расчета. Например, если шаг расчета модели в окне диалога Simulation parameters установлен равным 0,01 с, а параметр Decimation блока Clock задан равным 1000 , то обновление показаний времени будет производиться каждые 10 с модельного времени.
Рис. 2.32. Источник временного сигнала
2. Display time – Отображение значения времени в блоке источника.
На рис. 2.32 показан пример работы данного источника.
Цифровой источник времени Digital Clock
Назначение:
Формирует дискретный временной сигнал.
Параметр:
Sample time – Шаг модельного времени (с).
На рис. 2.33 показана работа источника Digital Clock
Рис. 2.33. Цифровой источник временного сигнала
Окно обозревателя библиотеки блоков содержит следующие элементы (рис.2)
1. Заголовок, с названием окна – Simulink Library Browser.
2. Меню, с командами File, Edit, View, Help.
3. Панель инструментов, с ярлыками наиболее часто используемых команд.
4. Окно комментария для вывода поясняющего сообщения о выбранном блоке.
5. Список разделов библиотеки, реализованный в виде дерева.
6. Окно содержимого раздела библиотеки (список вложенных разделов библиотеки или блоков)
7. Строка состояния, содержащая подсказку по выполняемому действию.
На рис.3 выделена основная библиотека Simulink (в левой части окна) и показаны ее разделы (в правой части окна).
Библиотека Simulink содержит следующие основные разделы:
1. Continuous – линейные блоки.
2. Discrete – дискретные блоки.
3. Functions & Tables – функции и таблицы.
4. Math – блоки математических операций.
5. Nonlinear – нелинейные блоки.
6. Signals & Systems – сигналы и системы.
7. Sinks - регистрирующие устройства.
8. Sources - источники сигналов и воздействий.
9. Subsystems – блоки подсистем.
Список разделов библиотеки Simulink представлен в виде дерева, и правила работы с ним являются общими для списков такого вида:
· Пиктограмма свернутого узла дерева содержит символ "+", а пиктограмма развернутого содержит символ "-".
· Для того чтобы развернуть или свернуть узел дерева, достаточно щелкнуть на его пиктограмме левой клавишей мыши (ЛКМ).
При выборе соответствующего раздела библиотеки в правой части окна отображается его содержимое (Рис. 3).
Рис 3. Окно обозревателя с набором блоков раздела библиотеки
Для работы с окном используются команды собранные в меню. Меню обозревателя библиотек содержит следующие пункты:
· File (Файл) - Работа с файлами библиотек.
· Edit (Редактирование) - Добавление блоков и их поиск (по названию).
· View (Вид) - Управление показом элементов интерфейса.
· Help (Справка) - Вывод окна справки по обозревателю библиотек.
Для работы с обозревателем можно также использовать кнопки на панели инструментов (Рис.4).
Рис. 4. Панель инструментов обозревателя разделов библиотек
Кнопки панели инструментов имеют следующее назначение:
1. Создать новую S-модель (открыть новое окно модели).
2. Открыть одну из существующих S-моделей.
3. Изменить свойства окна обозревателя. Данная кнопка позволяет установить режим отображения окна обозревателя "поверх всех окон”. Повторное нажатие отменяет такой режим.
4. Поиск блока по названию (по первым символам названия). После того как блок будет найден, в окне обозревателя откроется соответствующий раздел библиотеки, а блок будет выделен. Если же блок с таким названием отсутствует, то в окне комментария будет выведено сообщение Not found <имя блока> (Блок не найден).
Библиотека модулей (блоков)
1. Блоки, входящие в раздел Sources (Источники) , предназначены для формирования сигналов, обеспечивающих управление работой S-модели в целом или отдельных её частей. Все блоки-источники имеют по одному выходу и не имеют входов. В этом разделе библиотеки в качестве источников сигналов предусмотрены следующие блоки:
a) Constant – формирует постоянную величину;
Блок предназначен для установки констант, применяемых при моделировании. Он имеет один параметр настройки – Constant value, который может быть введен и как вектор-строка из нескольких элементов.
b) Signal Generator – создаёт по выбору непрерывный колебательный сигнал одной из волновых форм: синусоидальная, прямоугольная, треугольная и случайная;
c) Step – генерирует сигнал в виде одиночной ступеньки с заданными параметрами;
d) Ramp – создаёт линейно нарастающий/убывающий сигнал;
e) Sine Wave – генерирует гармонический сигнал;
f) Discrete Pulse Generator – генератор дискретных импульсных сигналов;
g) Chirp Signal – генератор гармонических колебаний с частотой, линейно изменяющейся во времени;
h) Clock – источник непрерывного временного сигнала;
i) Digital clock – формирует дискретный временный сигнал;
j) Random Number – источник дискретного сигнала, амплитуда которого является случайной величиной, распределённому по нормальному закону;
k) Uniform Random Number - источник дискретного сигнала, амплитуда которого является случайной равномерно распределенной величиной;
l) Band-Limited White Noise – генератор белого шума с ограниченной полосой;
Этот блок формирует процесс в виде частотно-ограниченного белого шума. Параметры настройки у него следующие:
· Noise power – значение мощности белого шума;
· Sample time – значение дискрета времени (определяет верхнее значение частоты процесса);
· Seed – начальное значение базы генератора случайной величины.
Блоки, собранные в раздел Sinks (Приёмники), имеют только входы и не имеют выходов. Условно их можно разделить на три вида:
1. Блоки, используемые как смотровые окна при моделировании; к ним относятся:
a) блок Scope с одним входом, которой выводит график зависимости величины, подаваемой на его вход, от модельного времени;
Блок Scope позволяет в процессе моделирования наблюдать интересующие исследователя процессы. Для настройки параметров блока следует после установки блока в поле сборки схемы дважды щелкнуть мышью на его изображении.
Размер и пропорции этого окна можно изменять произвольно, используя мышь. По горизонтальной оси откладываются значения модельного времени, а по вертикальной – значения входной величины, соответствующие этим моментам времени. Если входная величина блока Scope представляет собой вектор, в окне строятся графики изменения всех элементов этого вектора, т.е. столько кривых, сколько элементов во входном векторе, причем каждая – своего цвета. Одновременно в окне может отображаться до 30 кривых.
Для управления параметрами графиков и выполнения над ними различных действий в окне имеется панель инструментов, содержащая 7 пиктограмм со следующим назначением:
· Изменение масштаба осей графика
· Изменение масштаба по горизонтальной оси
· Изменение масштаба по вертикальной оси
· Автоматическая установка оптимального масштаба осей
· Сохранение установленного масштаба осей
· Вызов окна настройки параметров блока Scope
· Печать содержимого окна Scope
Первые три пиктограммы являются альтернативными, т.е. в каждый момент времени может быть активна лишь одна из них. Первые пять пиктограмм не активны до тех пор, пока в окне Scope нет графика. Активными с самого начала являются лишь последние две пиктограммы.
Нажатие шестой пиктограммы приводит к появлению окна настройки параметров (свойств) Properties: Scope
Это окно имеет две вкладки: Axes (Оси), которая позволяет установить параметры осей, и Setting (Установки), которая предназначена для ввода значений дополнительных параметров блока Scope.
В нижней части окна расположены кнопки Apply (Применить), Revert (Вернуть исходные значения), Help (Справка) и Close (Закрыть).
На вкладке Axes имеется область Default limits (Пределы по умолчанию) и опция Hide tick label (Скрыть обозначение осей). В области Default limits устанавливаются верхняя (поле Y max) и нижняя (поле Y min) границы осей координат, а также верхний предел модельного времени, отображаемого на оси абсцисс (поле Time range). При этом следует принимать во внимание следующее.
Если величина заданного интервала моделирования (Тм) не превышает установленное в поле Time range значение, то под графиком в строке Time offset выводится значение 0. В случае, когда интервал моделирования превышает значение в поле Time range, в окне Scope отображается только последний отрезок времени, меньший чем Time range и равный Tм – n*Time range, где n – целое число. При этом в строке Time offset выводится величина скрытного интервала времени, т.е. n*Time range.
Например, если значение в поле Time range равно 3, а длительность интервала моделирования установлена равной 17, то в окне Scope будет выведен график моделируемого процесса за последние 2 единицы времени, а строка под графиком будет содержать число 15.
Любые произведенные в окне Properties изменения оказывают влияние на окно Scope лишь в случае, если после их ввода нажата кнопка Apply .
Опция Hide tick label позволяет изменить форму вывода графика в окне Scope. Если она установлена, то график занимает все поле окна и на него не наносятся никакие надписи по осям и заголовок.
На вкладке Setting имеются следующие элементы. Список Genera l обеспечивает выбор дискретности измерения отображаемых величин. При этом выбор пункта Decimation позволяет задать дискрет измерения характеристик системы в виде целого числа шагов времени, а выбор пункта Sample Time – дискрет изменения модельного времени. Для ввода требуемых значений используется строка ввода, расположенная правее списка.
Область Data history позволяет задавать максимальный объем и способ хранения отображаемых в окне Scope данных. Объем сохраняемых данных вводится в поле ввода. Способ хранения задается при помощи опции Save data to workspace . Если она установлена, то отображаемые в окне Scope данные сохраняются в рабочем пространстве MatLab в виде матрицы.
Опция Floating scope предназначена для изменения способа использования блока Scope в блок-схеме. Когда она установлена, то Scope отображается как блок без входа.
b) блок XY Graph c двумя входами, обеспечивающий построение графика зависимости одной моделируемой величины от другой;
Этот блок также представляет собой смотровое окно. В отличие от Scope, он имеет два входа: на первый подается сигнал, значение которого откладывается по горизонтальной оси графика, а на второй - по вертикальной оси. Если перетащить этот блок в поле блок-схемы, а затем выполнить на его изображении двойной щелчок, то появится окно настройки блока. Оно позволяет установить пределы изменений входных величин, внутри которых будет выводиться график зависимости второй величины от первой, а также задать дискрет по времени.
c) блок Display с одним входом, предназначенный для отображения численных значений входной величины;
2. Блоки, обеспечивающие сохранение промежуточных и выходных результатов моделирования;
Блок To File , обеспечивающий сохранение результатов моделирования в MAT-файле;
Блок To Workspace , сохраняющий результаты в рабочем пространстве;
3. Блок управления моделированием, который позволяет прервать моделирование при выполнении тех или иных условий.
В раздел Discrete (Дискретные элементы) входят блоки, с помощью которых в модели может быть описано поведение дискретных систем. Различают два основных типа таких систем: системы с дискретным временем и системы с дискретными состояниями. Блоки, входящие в раздел Discrete, обеспечивают моделирование, как тех, так и других. Раздел Discrete содержит блоки:
· Unit Delay – блок задержки сигнала;
· Discrete-Time Integrator – дискретный интегратор;
· Zero-Order Hold – экстраполятор нулевого порядка;
· First-Order Hold – экстраполятор первого порядка;
· Discrete State-Space – блок задания дискретного звена матрицами его состояния;
· Discrete Filter – блок задания дискретного звена через дискретную передаточную дробно-рациональную функцию относительно 1/z;
· Discrete Transfer Fcn – блок задания дискретного звена через дискретную передаточную дробно-рациональную функцию относительно z;
· Discrete Zero-Pole – блок задания дискретного звена через указание значений нулей и полюсов дискретной передаточной функции относительно 1/z;
Раздел Linear (Линейные элементы) содержит блоки, которые можно условно разделить на две группы:
1. Блоки общего назначения (сумматоры, интеграторы и т.п.);
2. Блоки описания линейных стационарных звеньев
РазделNonlinear (Нелинейные элементы) самый большой по составу. Он включает 30 блоков, которые условно можно разбить на следующие группы:
Блоки, реализующие элементарные математические функции;
Блоки, обеспечивающие логическую обработку входного сигнала;
Блоки, аппроксимирующие входной дискретный сигнал;
Блоки, реализующие функцию задержки входного сигнала;
Блоки-переключатели;
Блоки, используемые при моделировании систем автоматического регулирования и управления;
Блоки раздела Connections (Связи) предназначены для разработки сложных S-моделей, содержащих модели более низкого уровня (подсистемы), и обеспечивают установление нужных связей между несколькими S-моделями.
Чтобы перейти в окно соответствующего раздела библиотеки, которое содержит графическое изображения блоков, следует выполнить двойной щелчок мышью на пиктограмме раздела.
Работа по сборке S-модели заключается в том, что изображения выбранных блоков мышью перетаскиваются из окна раздела библиотеки в окно сборки модели, а затем выходы одних блоков в окне сборки соединяются с входами других блоков.
Технология перетаскивания блока такова: следует установить курсор на изображении блока в окне раздела библиотеки, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская кнопку, переместить курсор в поле сборки схемы. Аналогично производятся соединения линиями выходов одних блоков со входами других блоков: необходимо подвести курсор к нужному выходу некоторого блока, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская кнопку, переместить курсор ко входу другого блока и затем отпустить кнопку мыши.
С помощью Simulink возможно быстрое создание, моделирование и управление детализированной блок-диаграммой системы, использующей предопределенные блоки.
Для запуска программы необходимо предварительно запустить пакет MATLAB. После открытия основного окна программы MATLAB нужно запустить программу Simulink. Выполнение этих действий приводит к открытию окна обозревателя разделов библиотеки Simulink (рис. 4.1).
визуальный моделирование simulink спутник
Рис. 4.1.
Окно обозревателя библиотеки блоков содержит следующие элементы:
- 1. Заголовок, с названием окна - Simulink Library Browser.
- 2. Меню, с командами File, Edit, View, Help.
- 3. Панель инструментов, с ярлыками наиболее часто используемых команд.
- 4. Окно комментария для вывода поясняющего сообщения о выбранном блоке.
- 5. Список разделов библиотеки, реализованный в виде дерева.
- 6. Окно содержимого раздела библиотеки (список вложенных разделов библиотеки или блоков)
- 7. Строка состояния, содержащая подсказку по выполняемому действию.
На рис. 4.1 выделена основная библиотека Simulink (в левой части окна) и показаны ее разделы (в правой части окна).
Библиотека Simulink содержит следующие основные разделы:
- 1. Continuous - линейные блоки.
- 2. Discrete - дискретные блоки.
- 3. Functions & Tables - функции и таблицы.
- 4. Math - блоки математических операций.
- 5. Nonlinear - нелинейные блоки.
- 6. Signals & Systems - сигналы и системы.
- 7. Sinks - регистрирующие устройства.
- 8. Sources - источники сигналов и воздействий.
- 9. Subsystems - блоки подсистем.
Список разделов библиотеки Simulink представлен в виде дерева, и правила работы с ним являются общими для списков такого вида. При выборе соответствующего раздела библиотеки в правой части окна отображается его содержимое (Рис. 4.2).
Рис. 4.2.
Simulink содержит более 200 блоков, наиболее часто встречающихся при моделировании различных систем. Возможно как использование готовых блоков библиотеки, так и создание новых. Дополнительные библиотеки блоков (blocksets) позволяют расширить возможности Simulink для применения в аэрокосмической области, обработке сигналов, связи и в других приложениях.
Также возможно моделирование физических систем в Simulink SimMechanics и SimPowerSystems, обеспечивающих возможность построения механических и электрических систем соответственно.
Для создания модели в среде SIMULINK необходимо последовательно выполнить ряд действий:
- 1. Создать новый файл модели с помощью команды File/New/Model, или используя кнопку на панели инструментов.
- 2. Расположить блоки в окне модели.
- 3. Далее, если это требуется, нужно изменить параметры блока, установленные программой "по умолчанию".
- 4. После установки на схеме всех блоков из требуемых библиотек нужно выполнить соединение элементов схемы.
- 5. После составления расчетной схемы необходимо сохранить ее в виде файла на диске, выбрав пункт меню File/Save As... в окне схемы и указав папку и имя файла. При повторных запусках программы SIMULINK загрузка схемы осуществляется с помощью меню File/Open... в окне обозревателя библиотеки или из основного окна MATLAB.
Также Simulink позволяет организовывать созданные модели таким образом, чтобы обеспечить наилучшую читабельность и понимание процессов, происходящих в системе, путем создания подсистем. Подсистема объединяет группы блоков и сигналов в один блок.
Также возможно разделение модели на отдельные компоненты и моделирование каждого компонента отдельно от остальных. Компоненты могут быть сохранены в качестве отдельных моделей или подсистем библиотеки. Далее их можно использовать для построения новых сложных систем.
Simulink позволяет определять и контролировать атрибуты сигналов и параметров, ассоциируемых с моделью. Сигналы представляют собой зависимые от времени величины, отображаемые в виде линий, которые соединяют блоки между собой. Параметры - это коэффициенты, помогающие определить динмику и поведение системы.
Атрибуты сигналов и параметров могут быть определены прямо на структурной схеме или отдельно описываемыми данными.
Можно определить следующие атрибуты сигналов и параметров:
- - тип данных;
- - размерность - скаляр, вектор или матрица;
- - тип числа - действительное, мнимое или комплексное;
- - минимальное и максимальное значение.
В Simulink модели также можно вставлять коды, написанные в MATLAB, C, Fortran или Ada, что позволяет представить алгоритм функционирования модели удобным для пользователя способом.
Отладчик Simulink является инструментом для поиска и диагностирования ошибок в моделях Simulink. Он дает возможность точно определить проблемы, выполняя моделирование постепенно с отображением значений входных и выходных сигналов любого из интересующих блоков модели. Simulink-отладчик имеет и графический, и интерфейс пользователя командной строки. Графический интерфейс позволяет наиболее удобно использовать основные возможности отладчика. Интерфейс командной строки дает способ обращаться ко всем возможностям отладчика. Пользователь, как правило, работает с графическим интерфейсом отладчика и обращается к интерфейсу командной строки по мере необходимости.
После построения модели в Simulink возможно моделирование динамики и отображение результатов в реальном масштабе времени. В Simulink реализовано несколько инструментов, позволяющих увеличить скорость и точность моделирования. Например, решатели с фиксированным и изменяемым шагом интегрирования.
Решатели - это алгоритмы численного интегрирования, которые вычисляют динмику системы во времени, используя информацию, содержащуюся в модели. В Simulink реализовано несколько видов решателей, что позволяет проводить моделирование для широкого круга систем, включающих непрерывные, дискретные и гибридные системы любой размерности.
Пользователь может определять опции моделирования, включающие тип и свойства решателя, время начала и окончания моделирования, а также место загрузки и сохранения данных.
После установки опций моделирования к заданной модели можно запускать моделирование либо путем использования графического интерфейса Simulink (GUI) , либо из командной строки MATLAB.
Для анализа системы, визуализации результатов, тестирования модели и добавления пояснений в Simulink включено несколько инструментов.
Для визуализации результатов работы системы можно использовать дисплеи и осциллографы реализованные в Simulink, или пользователь может сам построить собственный дисплей, используя MATLAB.
В Simulink также реализованы инструменты, позволяющие генерировать любые тестовые сигналы, например Signal Builder. Формально задать требования к модели и протестировать ее н соответствие этим требованиям можно с помощью Simulink Verification and Validation.
Добавить пояснения в Simulink модель легко. Это можно сделать прямо на структурной схеме, а также в свойствах отдельных блоков.
Загрузка...
