Изучение элементов и технологии применения подсистемы моделирования динамических процессов SIMULINK (MATLAB R2014b). Практикум № 21(б)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра радиотехнических систем

Шинаков Ю.С.

Практикум № 21(б)

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ SIMULINK

(MATLAB R2014b)

Для направления подготовки 11.03.02

Москва 2015

План УМД на 2015/16 уч.г.

Практикум № 21(б)

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ И ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ SIMULINK

(MATLAB R2014b)

Составитель Ю.С.Шинаков, д.т.н., профессор

Издание утверждено советом факультета РиТ. Протокол № 6

от 19.02.2015 г.

Рецензент Г.И.Колесниченко, к.т.н., доцент

2

1. Цель практикума

Изучение существующего состава библиотек элементов подсистемы моделирования динамических процессов SIMULINK, из которых могут быть составлены функциональные схемы различных устройств систем передачи информации, изучение правил соединения отдельных элементов (модулей) и основ технологии проведения экспериментального исследования динамических характеристик моделируемых устройств.

2.Задание

2.1Предварительная подготовка к выполнению пратикума

1.Изучить рекомендованные к данной работе разделы учебного пособия [1], указанного в списке литературы, и Приложения 1 – 3 к данному практикуму.

2.Из табл. 1 выписать исходные данные для выполняемого в лаборатории индивидуального варианта. Номер варианта определить по следующему правилу:

Nвар = Nфам,

где Nвар - номер варианта,

Nфам - номер фамилии студента в журнале группы.

Для каждого варианта в таблице указаны номера источника сигнала и блока преобразования, по которым из табл. 2 можно определить названия блоков.

3.Подготовить ответы на контрольные вопросы, приведенные в данном описании лабораторной работы.

4.Подготовить письменный отчет о предварительной подготовке к экспериментальным исследованиям в лаборатории принятой на кафедре формы. Отчет должен содержать:

-титульный лист;

-название и номер практикума и выполняемого варианта; формулировку цели работы;

-исходные данные выполняемого варианта;

-функциональную схему моделируемого устройства с описанием блоков (математические формулы и графические изображения);

-перечень названий блоков подсистемы SIMULINK, используемых при экспериментальном исследовании.

3

Таблица 1. Номера вариантов и исходные данные

Обозначения в табл. 1: ИС – источник сигнала; АБ – аналоговый блок;t - интервал дискретизации; T - длительность интервала времени, на котором осуществляется моделирование.

Таблица 2. Номера источников сигналов и аналоговых блоков

4

2.2. Выполнение исследований в лаборатории

1. Запустить систему MATLAB. Проверить список переменных в рабочем пространстве системы MATLAB (HOME/Open Variable); если необходимо, освободить рабочеe пространство (HOME/Clear Workspace)1.

2.Вызвать окно обозревателя библиотек подсистемы SIMULINK (HOME/Simulink Library) . Просмотреть содержание доступных библиотек моделей элементов. Найти библиотеки и группы, в которых содержатся модели используемых в работе блоков.

3.Открыть новое окно для создания новой динамической модели ис-

следуемого устройства (Simulink Library Browser: New Model). Ознакомиться

сосновными командами, доступными в панели управления окном модели.

4.Найти требуемые блоки в доступных разделах библиотек SIMULINK и переместить их в окно модели.

5.Установить необходимые численные значения параметров блоков

модели.

6.Установить необходимые связи между блоками модели, подключив осциллографы для наблюдения осциллограмм сигнала на входе (на выходе источника сигнала) и на выходе исследуемого блока.

7.Установить необходимые значения параметров эксперимента.

8.Выполнить пробное моделирование; если получены правильные результаты (по оценке преподавателя), сохранить созданную модель устройства в папке группы как файл с именем, в качестве которого использовать фамилию студента (строчные латинские буквы) и номер практикума

(Ivanov_21b).

9.Составить отчет о выполнении экспериментальных исследований в лаборатории, содержащий:

-функциональную схему созданной модели и имя файла на компьютере лаборатории, в котором хранится эта модель;

-таблицы численных значений параметров использованных в эксперименте моделей блоков и параметров эксперимента;

-письменные выводы о возможностях подсистемы SIMULINK при исследовании динамических процессов в рассматриваемом устройстве.

3. Содержание отчета

Письменный отчет должен содержать следующие два раздела:

1.Результаты предварительной подготовки к экспериментальным исследованиям в лаборатории (см. п. 4 раздела 2.1);

1 Здесь и далее в скобках приводятся имена команд системы MATLAB, с помощью которых можно выполнить рекомендуемые операции.

5

4. Методические указания по выполнению практикума

Каждый студент выполняет индивидуальный вариант практикума, номер которого определяется порядковым номером его фамилии в журнале академической группы. Необходимые сведения о вариантах практикума содержатся в табл. 1 и табл. 2.

Исследование в лаборатории выполняется с помощью системы MATLAB &SIMULINK, целесообразность использования которой обусловлена тем, что в системе имеются библиотеки уже готовых моделей функциональных блоков различных электронных устройств, обеспечивающих возможность построения достаточно сложных моделей крупных частей систем и даже всей системы связи, подлежащей экспериментальному исследованию. Примеры некоторых моделей блоков системы MATLAB &SIMULINK можно найти в Приложении 3 к данному практикуму. Детальные сведения о системе можно найти в [1] и в информационной базе MATLAB (HOME/Help/ Documentation).

Система MATLAB обеспечивает высокое качество графических представлений полученных результатов на экране монитора, содержит большое число прикладных примеров, практически готовых для применения без дополнительных изменений. Например, для выполнения данного практикума используются только стандартные, уже существующие модели блоков библиотек.

Специальные функции системы MATLAB, используемые в данном практикуме: plot. Детальные сведения о правилах использования этой и других функций системы MATLAB студент может получить из их описаний, содержащихся в информационной базе системы MATLAB, которая становится доступной при выполнении команды Help вкладки HOME основного меню командного окна MATLAB1.

Задания в данном практикуме используют лишь незначительную часть возможностей системы MATLAB и подсистемы SIMULINK; здесь студенты могут проявить широкую личную инициативу. В частности, средствами подсистемы SIMULINK сравнительно просто можно исследовать динамические процессы, происходящие в устройствах цифровой модуляции, функциональные схемы которых можно найти в [2].

Защита практикума производится за компьютером у экрана дисплея, на котором студент демонстрирует и поясняет вводимые им значения параметров моделей элементов радиотехнического устройства или системы и полученные им графики, предъявляет письменный отчет с результатами своих экспериментальных исследований.

1 В некоторых случаях для доступа к информационной базе требуется доступ к Интернету.

6

Контрольные вопросы

1.Покажите способ открытия нового окна для построения модели в подсистеме SIMULINK.

2.Покажите способ открытия файла, содержащего уже существующую модель в подсистеме SIMULINK.

3.Какие символы может содержать имя модели, созданной в подси-

стеме SIMULINK?

4.Откройте окно обозревателя библиотеки подсистемы SIMULINK.

5.Как осуществляется отбор необходимых блоков из библиотек и их групп?

6.Каким образом устанавливаются численные значения параметров каждого блока, отобранного для построения модели?

7.Каким образом устанавливаются численные значения параметров эксперимента?

8.Зачем результаты моделирования из подсистемы SIMULINK передаются в рабочую область системы MATLAB?

9.Как устанавливается интервал времени и шаг дискретизации, для которых должно осуществляться моделирование?

10.Поясните назначение и смысл параметров блока «Источник сигнала», использованного в вашей работе.

11.Поясните назначение и смысл параметров блока «Аналоговый блок», использованного в вашей работе.

12.Каким образом можно перемещать блоки в окне модели?

13.Как сделать поясняющие надписи в окне модели?

14.Можно ли раскрасить элементы модели (рамки блоков, надписи, соединительные линии, фон) разными цветами?

Список литературы

1.Дьяконов В.П. SIMULINK: самоучитель (Уроки 2, 4). - М.: ДМК,

2013. – 781 с. : ил.

2.Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. - М.: Радио и связь, 2002. – 440 с. (Гл. 2, 3).

7

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Запуск обозревателя библиотеки блоков подсистемы SIMULINK. Просмотр содержания разделов и подразделов библиотеки

Подсистема SIMULINK работает под управлением системы MATLAB. Поэтому работа с подсистемой SIMULINK начинается с запуска системы MATLAB двойным щелчком по пиктограмме MATLAB на рабочем столе компьютера.

Воткрывшемся командном окне MATLAB на вставке HOME можно найти кнопку Simulink Library Browser, которая позволяет открыть однократным щелчком левой кнопкой мыши (далее ClickLeft) окно обозревателя библиотек SIMULINK, содержащего алфавитный список предметных библиотек моделей функциональных блоков различных систем и устройств.

Вданной работе можно ограничиться изучением лишь двух библиотек:

Simulink и Communications System Toolbox.

Любая библиотека может быть открыта кнопкой ClickLeft.

Окно обозревателя библиотек блоков Simulink Library Browser содержит следующие элементы (найдите их на открытом окне обозревателя):

1.Заголовок с названием окна - Simulink Library Browser;

2.Панель основного меню:

-кнопка поиска модели подсистемы или блока,

-кнопка «New Model» создания новой модели,

-кнопка открытия существующего файла,

-кнопка «Поверх всех» для активного окна,

-кнопка «Help» доступа к правилам пользования обозревателем библиотек (навигация по имеющимся библиотекам на вашем ПК).

3.При выделении названия библиотеки кнопкой ClickLeft в правой части окна появляются изображения и названия разделов библиотеки, содержащих группы моделей однотипных блоков (рис. 1, рис. 2).

Например, библиотека Simulink содержит группы:

Commonly Used Bloсks – наиболее часто используемые блоки

Continuous - блоки аналоговых элементов

Discontinuous – блоки нелинейных элементов

Discrete – блоки дискретных элементов

Logic and Bit Operations – логические и бинарные операции

Lookup Tables – блоки таблиц

Math Operations – блоки элементов, выполняющих математические операции

Model Verifications – блоки проверки свойств сигналов

Model-Wide Utilities – подраздел дополнительных утилит

Ports&Subsystems – порты и подсистемы

Signal Attributes – блоки задания свойств сигналов

8

Двойной щелчок ClickLeft на изображении группы открывает имеющийся набор моделей блоков данной группы (рис. 3 и рис. 4).

SIMULINK в процессе работы собирает в отдельную библиотеку Recently Used Blocks модели блоков, которые пользователь использовал в последнее время.

Рис. 3. Модели группы Commonly Used Blocks

Рис. 4. Модели группы Channels

Список библиотек моделей, их групп и блоков в группах построен в виде дерева, по которому можно перемещаться с помощью клавиш клавиатуры.

10