ПрактикумКМ / ПрактикумКМ2

Практическое занятие №2

Тема

Формирование и визуализация сигналов заданной формы в Simulink

Цель

Получение навыков работы с системой моделирования Simulink

Получение навыков создания моделей

Построение и исследование моделей сигналов

Краткие теоретические сведения

Рассмотрим пример, на котором покажем, как строится модель сигнала вида

на интервале , и отобразим его на виртуальном осциллографе.

На рис. 1 приведен один из вариантов модели формирования и визуализации сигнала.

Рис.1 — Окно Simulink с моделью для формирования и визуализации сигнала

В качестве источника сигнала выбран блок линейно изменяющегося воздействия Ramp (стр. 40-41).

Конфигурационные параметры показаны на рис. 2.

Рис.2 — Окно Simulink с конфигурационными параметрами модели для формирования и визуализации сигнала

На рис. 3 показаны параметры блока Ramp.

Рис.3 — Окно Simulink с параметрами блока Ramp

На рис. 4 показан результат моделирования.

Рис.4 — Окно Simulink с результатами моделирования

Описание блоков, используемых на практическом занятии

Источник линейно изменяющегося воздействия Ramp

Назначение: Формирует линейный сигнал вида y = Slope* time + Initial value.

Параметры:

1. Slope — Скорость изменения выходного сигнала.

2. Start time — Время начала формирования сигнала.

3. Initial value — Начальный уровень сигнала на выходе блока.

На рисунках 5 —7 показано местоположение блока Constant в библиотеке, его вид в окне модели совместно с виртуальным осциллографом и окно настроечных параметров. Рисунок 8 иллюстрирует результат вычислений на модели (рис. 7).

Рис. 5 — Местоположение блока Ramp в библиотеке

Рис. 14 — Местоположение блока Constant в библиотеке

Рис. 14 — Местоположение блока Constant в библиотеке

Рис.6 — Пример использования блока Ramp

Рис. 7— Пример настроечных параметров блока Ramp

Рис. 8 — Окно с результатом моделирования линейно изменяющегося воздействия

Осциллограф Scope

Назначение: Строит графики исследуемых сигналов в функции времени. Позволяет наблюдать за изменениями сигналов в процессе моделирования. Местоположение блока Scope в библиотеке.

Местоположение блока Scope в библиотеке показано на рисунке 8.

Рис. 9— Местоположение блока Scope в библиотеке

Для того, чтобы открыть окно просмотра сигналов необходимо выполнить двойной щелчок левой клавишей “мыши” на изображении блока. Это можно сделать на любом этапе расчета (как до начала расчета, так и после него, а также во время расчета). В том случае, если на вход блока поступает векторный сигнал, то кривая для каждого элемента вектора строится отдельным цветом. Настройка окна осциллографа выполняется с помощью панелей инструментов (рисунок 9).

Панель инструментов содержит 11 кнопок:

1. Print – печать содержимого окна осциллографа.

2. Parameters – доступ к окну настройки параметров.

3. Zoom – увеличение масштаба по обеим осям.

4. Zoom X-axis – увеличение масштаба по горизонтальной оси.

5. Zoom Y-axis – увеличение масштаба по вертикальной оси.

6. Autoscale – автоматическая установка масштабов по обеим осям.

7. Save current axes settings – сохранение текущих настроек окна.

8. Restore saved axes settings – установка ранее сохраненных настроек окна.

9. Floating scope – перевод осциллографа в “свободный” режим.

10. Lock/Unlock axes selection – закрепить/разорвать связь между текущей координатной системой окна и отображаемым сигналом. Инструмент доступен, если включен режим Floating scope.

Изменение масштабов отображаемых графиков можно выполнять несколькими способами:

1. Нажать соответствующую кнопку (3 , 4 или 5 ) и щелкнуть один раз левой клавишей “мыши” в нужном месте графика. Произойдет 2,5 кратное увеличение масштаба.

2. Нажать соответствующую кнопку (3, 4 или 5 ) и, нажав левую клавишу “мыши”, с помощью динамической рамки или отрезка указать область графика для увеличенного изображения.

3. Щелкнуть правой клавишей “мыши” в окне графиков и, выбрать команду Axes properties… в контекстном меню. Откроется окно свойств графика, в котором с помощью параметров Y-min и Y-max можно указать предельные значения вертикальной оси. В этом же окне можно указать заголовок графика (Title), заменив выражение %<SignalLabel> в строке ввода. Окно свойств показано на рисунке 10.

Рис. 10— Окно свойств блока Scope

На рисунке 11 дано окно свойств с заголовком графика – результата моделирования (рис. 12).

Рис. 11— Окно свойств блока Scope с заголовком результат моделирования

Рис. 12 — Окно с графиком-результатом моделирования

Параметры:

Параметры блока устанавливаются в окне ‘Scope’parameters, которое открывается с помощью инструмента (Parameters) панели инструментов. Окно параметров имеет две вкладки:

General – общие параметры.

Data history – параметры сохранения сигналов в рабочей области MATLAB.

Вкладка общих параметров показана на рисунке 13.

Рис. 12 — Вкладка общих параметров блока Scope

На вкладке General задаются следующие параметры:

1. Number of axes — число входов (систем координат) осциллографа. При изменении этого параметра на изображении блока появляются дополнительные входные порты.

2. Time range — величина временного интервала, для которого отображаются графики. Если время расчета модели превышает заданное параметром Time range, то вывод графика производится порциями, при этом интервал отображения каждой порции графика равен заданному значению Time range.

3. Tick labels — вывод/скрытие осей и меток осей. Может принимать три значения (выбираются из списка):

• all – подписи для всех осей,

• none – отсутствие всех осей и подписей к ним,

• bottom axis only – подписи горизонтальной оси только для нижнего графика.

4. Sampling — установка параметров вывода графиков в окне. Задает режим вывода расчетных точек на экран. При выборе Decimation кратность вывода устанавливается числом, задающим шаг выводимых расчетных точек.

Если есть необходимость детального исследования поведения кривой на графике в некоторой области, то следует обычным способом выделить эту область на графике (рис. 14), что приведет к масштабированию изображения (рис.15).

Рис. 14 — Окно результатов моделирования с выделенной для детального просмотра областью

Рис. 15 — Окно результатов моделирования для детального просмотра области на графике

Блок вычисления тригонометрических функцийTrigonometric Function

Назначение: Выполняет вычисление тригонометрической функции.

Параметры:

1. Function – Вид вычисляемой функции (выбирается из списка): sin, cos, tan, asin, acos, atan, atan2, sinh, cosh и tanh.

2. Output signal type – Тип выходного сигнала (выбирается из списка):

- auto – автоматическое определение типа.

- real –действительный сигнал.

- complex- комплексный сигнал.

При векторном или матричном входном сигнале блок выполняет поэлементное вычисление заданной функции.

Местоположение блока в библиотеке показано на рис. 16.

Примеры использования блока Trigonometric Function показаны на рисунках 17 , 18.

Рис. 16 — Местоположение блока Trigonometric Function в библиотеке

Рис. 17 — Совместное использование блоков Ramp, Scope и Trigonometric Function

Рис. 18 — Совместное использование блоков Ramp, Scope и Trigonometric Function (изменение амплитуды сигнала)

Варианты заданий

Задание формулируется следующим образом: «Выполнить моделирование формирования и визуализации сигналов в соответствии с функцией, приведенной в Вашем варианте задания». Интервалы изменения переменной-аргумента выбрать самостоятельно. Ниже приведены варианты индивидуальных заданий для выполнения практического занятия.

Вариант 1.

Вариант 2.

Вариант 3.

Вариант 4.

Вариант 5.

Вариант 6.

Вариант 7.

Вариант 8.

Вариант 9.

Вариант 10.

Вариант 11.

Вариант 12.

Вариант 13.

Вариант 14.

Порядок выполнения практического задания

1. Получите у преподавателя вариант задания.

2. Изучите теоретическую часть.

3. Подготовке модель в Simulink.

4. Выполните расчеты на подготовленной модели.

5. Подготовьте в Simulink модель в соответствии с Вашим вариантом задания.

6. Выполните расчеты на подготовленной модели и соберите данные, необходимые для подготовки отчета о проделанной работе.

7. Оформите отчет о выполнении практического занятия.

8. Защитите отчет.

Содержание отчета о проделанной работе

1. Название и цель практического занятия.

2. Вариант задания.

3. Окно с вычислительной моделью.

4. Окно с результатами моделирования.

5. Анализ результатов и выводы.

6. Использованная литература.

Литература

1. Васильев В.В., Симак Л.А., Рыбникова А.М. Математическое и компьютерное моделирование систем и процессов в среде MATLAB/SIMULINK: Учебное пособие.- Киев: Изд-во НАН Украины.-2008.- 91 с.

2. Терехин В.В. Моделирование в системе MATLAB. Часть 2. SIMULINK: Учебное пособие.-Новокузнецк: Изд-во Кузбассвузиздат, 2004.- 376 с.