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

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Создание модели исследуемого устройства и выполнение моделирования

Модель любого устройства, подлежащего исследованию, создается в несколько этапов, которые необходимо выполнить последовательно один за другим.

1. Создание нового файла будущей модели

Для этого достаточно в окне обозревателя “Simulink Library Browser” нажать ClickLeft кнопку «New Model», в результате чего открывается новое окно с именем «untitled» (без названия); в этом окне на последующих этапах будет создана модель исследуемого устройства в виде функциональной схемы – совокупности блоков, соединенных между собой соответствующим образом. Содержание этого окна на любом этапе может быть сохранено в виде файла с присвоением ему определенного имени; эта операция выполняется традиционными командами меню окна “untitled”: File/Save as …/model1 . В результате выполнения этой команды файлу создаваемой модели присвоено имя model1; для этого файла следует выбрать расширение .mdl.

Теперь на экране дисплея доступны два окна: окно обозревателя Simulink Library Browser и окно создаваемой модели model1.mdl.

2. Отбор необходимых блоков элементов функциональной схемы создаваемой модели

Из различных библиотек или их групп моделей элементов, которые можно видеть в окне обозревателя Simulink Library Browser, необходимо отобрать модели функциональных блоков создаваемой модели и поместить их в окно модели model1.

Для этого необходимо открыть соответствующую библиотеку щелчком ClickLeft на названии библиотеки, а затем двойным щелчком ClickLeft на названии группы. Указав курсором мыши на требуемый блок и нажав на левую кнопку мыши, не отпуская этой кнопки, «перетаскиваем» выбранный блок в окно модели model1. Блок остается в том месте, где отпускается левая кнопка мыши.

Повторяя действия, описанные в предыдущем абзаце, все необходимые блоки моделируемого устройства располагаем в окне модели model1.

На рис.5 приведены изображения блоков, отобранных из групп «Sources» (блок «Step» - генератор сигнала в виде ступеньки), «Commonly Used Blocks» (блок «Integrator» - интегратор) и «Sinks» (блоки «Scope» - ос-

циллограф «Out1» - выходной порт). Для удаления из модели любого из этих блоков достаточно его выделить (щелчком ClickLeft на его изображе-

11

нии появляется цветная рамка на изображении блока, см. «Scope 1») и нажать клавишу «Delete» на клавиатуре компьютера.

Рис. 5. Набор блоков для моделирования процесса интегрирования сигнала в виде скачка: генератор сигнала, интегратор, осциллограф,

выходной порт

Блок «Out1» обеспечивает возможность установления связи модели model1 с другими моделями.

После завершения отбора блоков, необходимых для создания исследуемой модели, окно обозревателя можно закрыть.

3. Установка соединений между блоками модели

На рис. 5 каждый блок имеет специальные обозначения для входа и для выхода. Источник сигнала «Step» имеет только выход, а осциллограф «Scope» - только вход. Необходимо выход источника Step соединить со входом интегратора Integrator, выход которого должен быть соединен со входом осциллографа.

Для установления этих соединений необходимо указать курсором мыши на выход блока (курсор принимает вид креста), нажать левую клавишу мыши и, не отпуская ее, провести линию ко входу следующего блока и отпустить клавишу. Если соединение установлено правильно, то линия связи будет сплошной и заканчиваться стрелкой; если соединение не создано, линия связи будет пунктирной и иметь красный цвет.

Для удаления линии связи необходимо ее выделить (ClickLeft на ее изображении) и нажать клавишу «Delete» на клавиатуре компьютера.

При соединении одного выхода с двумя входами необходимо создать точку разветвления в соединительной линии; для этого курсор мыши следует установить в предполагаемом месте точки разветвления, нажать правую клавишу мыши (курсор превращается в крест) и, не отпуская ее, провести возможно ломаную линию ко входу второго блока.

Линию соединения двух блоков можно отвести в сторону для обхода промежуточного блока; для этого следует курсор мыши установить на эту линию и, нажав на левую кнопку мыши, не отпуская ее, переместить часть линии в нужную сторону. На рис. 6 изображена схема модели model1 с установленными связями между блоками.

12

rameters содержит четыре окна, в которых рекомендуется в данной работе установить новые значения следующих параметров:

-Initial condition (Начальное условие): 0

-Limit output (Пределы для значений сигнала на выходе - функция включена): √

-Upper saturation limit (Верхний предел насыщения): inf

-Lower saturation limit (Нижний предел насыщения): -inf

Блок Scope имеет панель с кнопками команд, названия которых можно просмотреть во всплывающей подсказке, указывая на кнопку курсором мыши. Щелчок ClickLeft по кнопке Parameters открывает окно параметров осциллографа. Окно имеет три вкладки General (Общая), History (История) и

Style (Стиль).

Вкладка General имеет два поля Axes (Оси изображения) и Sampling (Дискретизация), в которых следует установить значения лишь некоторых параметров.

Поле Axes:

Number of axes (Число абсцисс на экране осциллографа): 2

Time range (Длительность интервала времени, с): 5 Tick labels (Метки времени): bottom axis only (толь-

ко на нижней абсциссе).

Поле Sampling:

Decimation (Прореживание): 1

Вкладка History имеет одно поле с двумя параметрами:

Limit data points to last (Число точек данных, выводимых на экран, отсчитывается от последней): функция не включена;

Save data to workspace (Сохранение данных в рабочее пространство MATLAB): функция не включена.

Вкладка Style имеет два раздела; в верхнем можно установить цвета фигуры, фона графика и осей; в нижнем – свойства каждого графика: тип, толщина цвет линии, тип маркеров.

Блок Out1 имеет две вкладки Main (Главная) и Signal Attributes (Атрибуты сигнала);

Вкладка Main имеет одно поле с параметрами:

Port number (Номер порта): 1

Icon display (Надпись на пиктограмме на дисплее): Port number

Вкладка Signal Attributes имеет несколько полей:

Port dimensions (-1 for inherited) (Размерности порта (-1,

если наследуется от предшествующего блока): -1 Sample time (-1 for inherited) (Интервал дискретизации (-1,

если наследуется от предшествующего блока): -1

14

5. Установка параметров эксперимента

Перед выполнением моделирования необходимо установить значения параметров эксперимента с помощью команды Simulation/Model Configuration Parameters … панели управления окна модели model1. При выполнении этой команды открывается окно с названием Configuration Parameters: model1/Configuration(Active), в левой части которого расположено окно Select (Выбора) выбора элементов модели, их режимов и значений параметров.

Элемент Solver (Решатель) имеет одну вкладку со многими полями; Поле Simulation time (Время моделирования) имеет два параметра:

Start time (Время старта): 0

Stop time (Время остановки, с): 5

Поле Solver options (Варианты решателя) содержит восемь окошек:

Type (Тип): Variable step

Max step size (Максимальный размер шага): auto Min step size (Минимальный размер шага): auto Initial step size (Начальный размер шага): auto

Number of consecutive min steps (Число последовательно вы-

полняемых минимальных шагов): 1

Solver (Решатель): ode45(Dormand Prince)

Relative tolerance (Относительная точность): 1e-3

Absolute tolerance (Абсолютная точность): auto Shape preservation (Сохранение формы): Disable All

Поле Tasking and sample time options (Варианты решения задачи и дискретизации)

Поле Zero-crossing options (Варианты контроля пересечения нуля)

Zero-crossing control (Контроль пересечения нуля): use local setting

Algorithm (Алгоритм): Nonadaptive

Time tolerance (Временной допуск) : 10*128*eps Signal threshold (Порог сигнала): auto

Number of consecutive zero crossings (Число последовательных пересечений нуля): 1000

Элемент Data Import/Export имеет три поля

Поле Load from workspace (Загрузить из рабочей области MATLAB): Input (Вход, функция не включена): оставить по умолча-

нию

Initial state (Начальное состояние, функция не включена):

оставить по умолчанию

Поле Save to workspace (Сохранить в рабочую область

MATLAB):

Time (Время): tout Format : Array

15

States (Состояния): xout

Out (выход): yout1, yout2

Final states (Финальные состояния, функция не включе-

на): оставить по умолчанию

Signal logging (Регистрация сигнала, функция не включена):

оставить по умолчанию

Функции этого поля должны быть включены, если результаты моделирования должны стать доступными для других программ MATLAB; например, при установке флажка функции «Time:» для переменной моделирования t можно присвоить имя tout и установить Array (Массив) в качестве формата. Если установить флажок функции «Output», то в окошке справа можно указать имена переменных yout1, yout2, в которые будут записаны выходные сигнала модели model1, которые на рис. 6 обозначены как элементы

«1(Out1)» и «2(Out2)».

Поле Save options (Сохранить варианты): все значения оставить

yout1 и yout полностью (флажок функции «Limit Data Points to last» не установлен) без применения прореживания (Decimation: 1) и без добавления точек на каждом шаге моделирования (Refine factor: 1).

Элемент Optimization (Оптимизация) – оптимизация режима моделирования (редукции блоков, применение булевых данных для представления логических сигналов, повторное использование выходных сигналов и т.д.): оставить по умолчанию.

Элемент Diagnostics (Диагностика) – установка значений параметров режима диагностики решателя: оставить по умолчанию.

Элемент Hardware Implementation (Реализация в виде устройства) – генерирование кода функционирования устройства (exe-файла):

оставить по умолчанию.

Элемент Model Referencing (Обращение модели) – установка значений параметров обращений модели к файлам библиотек: оставить по умолчанию.

Элемент Simulation Target (План моделирования) – установка ре-

жимов моделирования: оставить по умолчанию.

Элемент Code Generation (Генерирование кода модели): оставить по умолчанию.

16

Элемент HDL Code Generation (Генерирование кода HDL): оста-

вить по умолчанию.

Для модели model1 в данной работе численные значения параметров эксперимента устанавливаются только для двух элементов Solver и Data Import/Export .

После составления функциональной схемы моделирования и установки значений параметров эксперимента модель необходимо сохранить на жестком диске компьютера в виде файла, выбрав команды File/Save as … в меню окна модели, присвоив этому файлу имя model1. Имя модели может иметь любую длину, но должно начинаться с буквы и содержать только ал- фавитно-цифровые символы латиницы и знаки подчеркивания. Файл этой модели может сохраняться до следующего сеанса моделирования.

Закрывается окно модели model1 обычным образом путем использования команд File/Close меню окна этой модели.

При повторных запусках программы Simulink открытие файла этой модели осуществляется обычным образом с помощью команд File/Open… меню командного окна MATLAB.

6 . Выполнение моделирования и оформление результатов эксперимента

Запуск процесса моделирования осуществляется путем выбора команд Simulation/Run на панели управления окна модели model1. Результат моделирования можно увидеть в окне модели, если дважды щелкнуть на изображении осциллографа Scope 1.

Рис. 7. Результат моделирования процесса интегрирования сигнала в виде скачка

17

Поскольку результаты моделирования были переданы в рабочее пространство системы MATLAB в виде массивов с именами tout и yout1, yout2, то можно построить график сигнала на выходе интегратора (переменная состояния модели), если в командном окне системы MATLAB набрать и выполнить команды:

subplot(211); plot(tout, yout1); subplot(212); plot(tout, yout2);

Полученные при этом графики сигналов на входе и выходе интегратора представлены на рис. 7 .

Процесс моделирования может быть приостановлен на некоторое время с последующим продолжением или остановлен досрочно путем выполнения команд в основном меню окна модели.

Для завершения работы необходимо сохранить модель в файле, закрыть окно модели, окно обозревателя библиотек, а также командное окно системы MATLAB.

18

19

Таблица 4. Примеры аналоговых блоков

Подписано в печать 31.03.2015г. Формат 60х90 1/16. Объём 1,3 усл.п.л. Тираж 100 экз. Изд. № 30. Заказ 49.

ООО «Брис-М». Москва, ул. Авиамоторная, д. 8а.

20