ПРИЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ В SIMULINK НА УРОКАХ

ИНФОРМАТИКИ

П а к е т Simulink

является

приложением

к

системе MATLAB.

П р и

моделировании

с

использованием Simulink

реализуется

принцип

визуального

программирования,

в

соответствии

с

которым,

пользователь

из

библиотеки

стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты.

Simulink является

автономным

пакетом MATLAB.

Модели,

созданные

в

Simulink, построены на основе внутреннего языка MATLAB, которые могут быть

откорректированы в MATLAB, и данные из MATLAB могут быть переданы для

обработки

в

Simulink. Часть входящих в состав пакетов имеет инструменты,

встраиваемые

в Simulink (например, LTI-Viewer

приложения Control

System

To o l b o x

– пакета

для

разработки

систем

управления).

Имеются

также

дополнительные библиотеки блоков для разных областей применения (например,

Power System Blockset – моделирование электротехнических устройств, Digital

Signal Processing Blockset – набор блоков для разработки цифровых устройств и

т.д.).

При

работе

с Simulink пользователь имеет возможность модернизировать

библиотечные

блоки,

создавать

свои

собственные,

а

также

составлять

новые

библиотеки блоков.

При

моделировании

пользователь

может

выбирать

метод

решения

дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с

фиксированным

или

переменным

шагом).

В

ходе

моделирования

имеется

возможность

следить

за

процессами,

происходящими

в

системе.

Для

этого

используются

специальные

устройства

наблюдения,

входящие

в

состав

библиотеки Simulink. Результаты моделирования могут быть представлены в виде

графиков или таблиц.

Преимущество Simulink

заключается

также

в

том,

что

он

позволяет

пополнять библиотеки блоков с помощью подпрограмм написанных как на языке

MATLAB, так и на языках С + +, Fortran и Ada.

Для

запуска

программы

необходимо

предварительно

запустить

пакет

MATLAB. После открытия основного окна программы MATLAB нужно запустить

программу Simulink. Это можно сделать одним из трех способов:



Нажать

кнопку

(Simulink)на

панели

инструментов

командного

окна

MATLAB.



В командной строке главного окна MATLAB напечатать Simulink и нажать

клавишу Enter на клавиатуре.



Выполнить

команду Open…

в

меню File и открыть файл модели (mdl -

файл).

Последний

вариант

удобно

использовать

для

запуска

уже

готовой

и

отлаженной модели, когда требуется лишь провести расчеты и не нужно добавлять

новые блоки в модель. Использование первого и второго способов приводит к

открытию окна обозревателя разделов библиотеки Simulink (рисунок 1).

Рис. 1. Окно обозревателя разделов библиотеки Simulink

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 выбран ном

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 выделена основная библиотека Simulink (в левой части окна) и

показаны ее разделы (в правой части окна).

Библиотека Simulink содержит следующие основные разделы:

Continuous – линейные блоки.

Discrete – дискретные блоки.

Functions & Tables – функции и таблицы.

Math – блоки математических операций.

Nonlinear – нелинейные блоки.

Signals & Systems – сигналы и системы.

Sinks - регистрирующие устройства.

Sources — источники сигналов и воздействий.

Subsystems – блоки подсистем.

При

выборе

соответствующего

раздела

библиотеки

в

правой

части

окна

отображается его содержимое (рис.2).

Рис. 2. Окно обозревателя с набором блоков раздела библиотеки

Continuous

Примеры

некоторых

блоков

различных

разделов

библиотеки Simulink

приведены в таблице 1.

Таблица 1

Блоки разделов библиотеки Simulink

Наименование

раздела

Назначение блока

Графический вид блока

S o u r c e s

–

источники

сигналов

Constan t

– источник

постоянного сигнала

S i n e

Wa v e

–

и с т о ч н и к

синусоидального сигнала

Signal

Builder

–

с о зд а н и е

сигнала произвольной формы

Sinks

–

приемник

сигналов

Scope

–

осциллограф(

по ст ро ение

г р а ф и ко в

с и г н а л о в

к а к

функций времени

XYGraph

–

п о с т р о е н и е

графика

одного

сигнала

как

функции другого

Display – цифровой дисплей

Continuous – блоки

непрерывных

моделей

Derivativе

–

в ы ч и с л е н и е

производной

Integrator

– интегрирование

входного сигнала

Transfer

Fcn

–

з а д а н и е

передаточной функции

Функции,

определяемые

пользователем

Fcn(Блок задания функции) –

з а д а е т

фу н к ц и ю

в

в и д е

аналитического выражения

Блоки

маршрутизации

сигналов

Mux( М у л ь т и п л е к с о р )

–

объединяет входные сигналы в

вектор

Demux(Демультиплексор)

–

р а з ъ е д и н я е т

в х о д н о й

в е к т о р н ы й

с и г н а л

н а

отдельные составляющие

Параметры

блоков Simulink можно

задавать

не

только

как

числовые

параметры, но и как имена переменных. Значения переменных необходимо задать

перед началом расчета. Такой способ задания параметров удобен, если требуется

проводить расчеты для множества вариантов параметров блоков модели.

На рисунке 3 показан пример использования дифференцирующего блока для

вычисления производной прямоугольного сигнала. В рассматриваемом примере,

для повышения наглядности, шаг расчета выбран достаточно большим.

Рис. 3. Использование блока Derivative для дифференцирования сигнала

Для

создания

модели

в

среде SIMULINK

необходимо

последовательно

выполнить ряд действий.

Создание файла модели. Создать новый файл модели с помощью команды

File/New/Model, или используя кнопку

на панели инструментов.

Выбор

блоков

модели.

Расположить

блоки

в

окне

модели.

Для

этого

необходимо открыть соответствующий раздел библиотеки (Например, Sources -

Источники).

Далее,

указав

курсором

на

требуемый

блок

и

нажав

на

левую

клавишу “мыши” - “перетащить” блок в созданное окно. На рисунке 4 показано

окно модели, содержащее блоки.

Рис. 4. Окно модели, содержащее блоки

Редактирование блоков модели. Для удаления блока необходимо выбрать

блок (указать курсором на его изображение и нажать левую клавишу “мыши”), а

затем нажать клавишу Delete на клавиатуре.

Для изменения размеров блока требуется выбрать блок, установить курсор в

один из углов блока и, нажав левую клавишу “мыши”, изменить размер блока

(курсор при этом превратится в двухстороннюю стрелку).

Для редактирования блока, нужно изменить параметры блока, установленные

пакетом

“по

умолчанию”.

Для

этого

необходимо

дважды

щелкнуть

левой

клавишей

“мыши”,

указав

курсором

на

изображение

блока.

Откроется

окно

редактирования параметров данного блока. При задании численных параметров

следует

иметь

в

виду,

что

в

качестве

десятичного

разделителя

должна

использоваться точка, а не запятая. После внесения изменений нужно закрыть

окно

кнопкой OK.

На

рисунке

3.5

в

качестве

примера

показаны

блок,

моделирующий синусоидальный сигнал с заданной частотой, амплитудой, фазой и

смещением, и окно редактирования параметров данного блока.

Соединение

блоков

модели.

После

установки

на

схеме

всех

блоков

из

требуемых

библиотек

нужно

выполнить

соединение

элементов

схемы.

Для

соединения

блоков

необходимо

указать

курсором

на

“выход”

блока,

а

затем,

нажать и, не отпуская левую клавишу “мыши”, 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.

Рис. 5. Блок, моделирующий синусоидальный сигнал с заданной

частотой, амплитудой, фазой и смещением, и окно редактирования

параметров блока

Для удаления линии требуется выбрать линию (так же, как это выполняется

для блока), а затем нажать клавишу Delete на клавиатуре. Схема модели, в которой

выполнены соединения между блоками, показана на рисунке 6.

Рис.6. Схема модели

Запуск

модели

на

выполнение

осуществляется

нажатием

на

панели

инструментов

кнопки

(Start

simulation).

При

этом

в

строке

состояния

демонстрируется

текущее

время

расчета

и

процентное

состояние

расчета

Получение

результатов

модели

сводится

к

записи

в

рабочую

область

MATLAB

- Workspase данных в численном виде, или отображение исходных

данных и результата в виде графика, представленных на рисунке7.

Рис. 7. Графическое отображение исходных данных и результата

Для

сохранения

расчетной

схемы

необходимо

выбрать

пункт

меню

File/Save As... в окне схемы и указав папку и имя файла. Следует иметь в виду, что

имя файла не должно превышать 32 символов, должно начинаться с буквы и не

может

содержать

символы

кириллицы

и

спецсимволы.

Это

же

требование

относится и к пути файла (к тем папкам, в которых сохраняется файл). При

последующем

редактировании

схемы

можно

пользоваться

пунктом

меню

Fille/Save.

При

повторных

запусках

программы SIMULINK

загрузка

схемы

осуществляется с помощью меню File/Open... в окне обозревателя библиотеки или

из основного окна MATLAB.