И пакета визуального моделирования Simulink

При выполнении цикла лабораторных работ используется система моделирования MATLAB и его составная часть – пакет Simulink. Система MATLAB – это язык матриц и массивов высокого уровня с управлением потоками, функциями, структурами данных, вводом-выводом и особенностями объектно-ориентированного программирования. В системе имеется возможность программировать и получать решения как небольших задач, так и больших систем в различных предметных областях (сложных приложений). В целом систему MATLAB принято разделять на шесть частей.

Среда MATLAB. Это набор инструментов и приспособлений, с которыми работает пользователь системы MATLAB. Она включает в себя средства для управления переменными в рабочем пространстве (Workspace), вводом и выводом данных, а также создания, контроля и отладки М-файлов и приложений MATLAB.

Управляемая графика. Это графическая система MATLAB, которая включает в себя команды высокого уровня для визуализации двух- и трехмерных данных, обработки изображений, анимации и иллюстрированной графики. Она также включает в себя команды низкого уровня, позволяющие полностью редактировать внешний вид графики, также как при создании графического пользовательского интерфейса (GUI)для MATLAB-приложений.

Библиотека математических функций. Это обширная коллекция вычислительных алгоритмов от элементарных функций, таких как сумма, синус, косинус, комплексная арифметика, до более сложных, таких как обращение матриц, нахождение собственных значений, функции Бесселя, быстрое преобразование Фурье.

Программный интерфейс. Это библиотека, позволяющая составлять программы на Си и Фортране, которые взаимодействуют с MATLAB. Она включает средства для вызова программ из MATLABа(динамическая связь), вызывая MATLABкак вычислительный инструмент и для чтения-записи МАТ-файлов.

Simulink – сопутствующая MATLAB - программа. Это интер-активная среда для моделирования динамических систем. Она представляет собой графический интерфейс, управляемый мышью, который позволяет моделировать построение измерительной установки путем перетаскивания блоков структурных схем на экране и их манипуляцией. Simulinkработает с линейными, нелинейными, непрерывными, дискретными, многомерными системами.

Программа Simulinkявляется приложением к системе MATLAB. При моделировании с использованием Simulinkреализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний, требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области, в которой он работает.

Simulinkявляется достаточно самостоятельным инструментом MATLABи при работе с ним не требуется знать саму систему MATLABи остальные приложения. С другой стороны доступ к функциям MATLABи другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink. Часть входящих в состав пакетов имеет инструменты, встраиваемые в Simulink(например, LTI-Viewer приложения Control System Toolbox – пакета для разработки систем управления). Имеются также дополнительные библиотеки блоков для разных областей применения (например, Digital Signal Processing Blockset – набор блоков для разработки цифровых устройств и т.д). При работе с Simulinkпользователь 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.

Запуск Simulink. Для запуска программы необходимо предварительно запустить систему MATLAB. После открытия основного окна нужно запустить программу Simulink. Это можно сделать одним из трех способов:

– нажать кнопку (Simulink)на панели инструментов командного окна системы MATLAB;

–в командной строке командного окна напечатать Simulink и нажать клавишу Enter на клавиатуре;

– выполнить команду Open... в меню File и открыть файл Simulink-модели (mdl – файл, например, LabRabRCS1.mdl).

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 (окно Simulink Library Browser).

Процесс расчета модели выполняется в Simulinkв несколько этапов. На первом этапе выполняется инициализация модели: подключение библиотечных блоков к модели, определение размерностей сигналов, типов данных, величин шагов модельного времени, оценка параметров блоков, а также определяется порядок выполнения блоков и выполняется выделение памяти для проведения расчета. Затем Simulinkначинает выполнять цикл моделирования. На каждом цикле моделирования (временном шаге) происходит расчет блоков в порядке, определенном на этапе инициализации. Для каждого блока Simulinkвызывает функции, которые вычисляют переменные состояния блока, производные переменных состояния и выходы в течение текущего шага модельного времени. Этот процесс продолжается, пока моделирование не будет завершено.