Simulink лекция 1

Simulink – главный пакет расширения системы MATLAB, реализующий имитационное блочное визуально ориентированное моделирование систем и устройств как самого общего, так и конкретного назначения.

Разработчики системы MATLAB + Simulink отказались от конкуренции с разработчиками программ узкого назначения, например схемотехнического. Они сосредоточили свое внимание на решении куда более важной и сложной задачи моделировании блочных динамических систем и устройств произвольного назначения. Это физические и химические системы и устройства, электротехнические устройства (и даже целые энергетические системы), механические системы и устройства и т. д. и т. п. Для этого пришлось существенно расширить библиотеки компонентов таких систем и устройств, с одной стороны, а с другой – применить укрупненные модели ряда компонентов. Именно благодаря этому возможно моделирование сложных систем и устройств.

Одной из самых сложных проблем в реализации математического моделирования в среде системы MATLAB стала подготовка модели моделируемой системы или устройства. Модель обычно представляется в форме графического, табличного или таблично-топологического описания. При этом необходимо предусмотреть организацию связей между компонентами и установку их, подчас многих, параметров. После этого надо запустить созданную модель на исполнение, то есть задать решение автоматически составленной системы уравнений состояния и вывод результатов решения. Это также представляет собой достаточно сложную проблему.

Все эти проблемы блестяще решены введением в MATLAB второй важной части системы – расширения Simulink. Это расширение реализует по существу визуально-ориентированное программирование задач автоматического составления графической модели системы или устройства, составления и решения ее уравнений состояния и наглядного представления результатов моделирования.

После инсталляции Simulink (отдельно от MATLAB или в его составе) он автоматически интегрируется с MATLAB. Внешне это выражается появлением кнопки Simulink в панели инструментов (перед кнопкой ?) системы MATLAB. При нажатии этой кнопки открывается окно интегрированного браузера библиотек, показанное на рис. 1.1.

Нетрудно заметить, что пользовательский интерфейс окна браузера выполнен в общем стиле, характерном для Проводника Windows 95/98/2000/XP. Это позволяет отказаться от детального описания его особенностей. Отметим лишь главные возможности работы с браузером.

В окне браузера содержится дерево компонентов библиотек Simulink. Для просмотра того или иного раздела библиотеки достаточно выделить его мышью в правой части окна Simulink Browser Library появится набор пиктограмм компонентов активного раздела библиотеки. На рис. 1.1 показан основной раздел библиотеки Simulink. У версии Simulink 5.0 число разделов библиотеки возросло с 8 до 10 по сравнению с Simulink 4. Новыми являются подразделы верификации моделей Model Verification и построения субсистем Subsystems. Но уже в версии 5.1 число разделов библиотеки выросло до 13.

С помощью меню браузера или кнопок его панели инструментов можно открыть окно для создания новой модели или загрузить существующую. Работа с Simulink происходит на фоне открытого окна системы MATLAB, в котором нередко можно наблюдать за выполняемыми операциями – если их вывод предусмотрен программой моделирования.

Интеграция пакета Simulink с системой MATLAB имеет глубокий смысл. Прежде всего надо отметить, что любые манипуляции с диаграммой модели (например, ввод блоков, создание и удаление линий между ними и т. д.) выполняются соответствующими командами системы MATLAB. Их описание можно найти в разделе справки Simulink → Function – By Category, а также в [33].

Эти команды (функции) делятся на четыре категории:

• Model Construction – конструирование блоков (задание, уничтожение и сравнение блоков, операции с соединительными линиями и т. д.);

• Simulation – управление процессом моделирования;

• Linearization and Trimming – построение и применение линеаризированной модели;

• Data Type – работа с типами данных.

Однако знать эти команды подавляющему большинству пользователей нет необходимости, поскольку они используются автоматически в программе построения диаграммы (модели) и управления процессом моделирования. Она обычно называется S_функцией и генерируется автоматически. Это является важным достоинством визуально_ориентированного программирования в среде MATLAB + Simulink.

Решение большинства задач моделирования базируется на автоматическом составлении сложных конечно-разностных систем для линейных, нелинейных и дифференциальных уравнений, называемых уравнениями состояния модели. Все это также обеспечивает пакет Simulink автоматически. Наиболее эффективное решение подобных систем уравнений достигается за счет применения аппарата матричных вычислений, реализованного в системе MATLAB. Вот почему сочетание Simulink с MATLAB оказалось столь плодотворным. К этому стоит добавить, что Simulink использует практически любые операторы и функции системы MATLAB (а также язык программирования MATLAB).

Запуск моделей Simulink из среды MATLAB

Обычно Simulink запускается соответствующей кнопкой из панели инструментов окна MATLAB (см. описание выше), после чего все последующие действия выполняются в среде MATLAB + Simulink. Можно также запустить Simulink, выполнив в командной строке MATLAB команду

» simulink

Для вывода полного перечня команд Simulink надо выполнить команду

» help simulink

В более новой версии MATLAB R2007a исполнение этой команды также приводит к выдаче списка команд. Ниже приведено лишь начало списка:

>> help simulink

Simulink

Version 6.6 (R2007a) 01-Feb-2007

Model analysis and construction functions.

Simulation

sim – Simulate a Simulink model.

sldebug – Debug a Simulink model.

simset – Define options to SIM Options structure.

simget – Get SIM Options structure

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Имена команд представлены в виде гиперссылок, и их активизация выводит в командном режиме справку по соответствующей команде.

Приведенные выше команды используются для обеспечения связи (интерфейса) между двумя, в сущности разными, программами – MATLAB и Simulink. Практически они используются автоматически в ходе визуально-ориентированного проектирования моделей. Однако опытные пользователи могут воспользоваться данными командами при решении специфических задач применения Simulink.

Дополнительную информацию можно получить, используя команды help blocks и help simdemos. Первая команда дает информацию об основных библиотеках Simulink и примерах применения S-функций, а вторая выводит список демонстрационных примеров. Запуск этих примеров дает возможность практически познакомиться с возможностями пакета Simulink и оценить степень сложности систем и устройств, которые могут моделироваться с помощью этого пакета.