Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:MATLAB Simulink. Компьютерное моделирование экономики
.pdf
2.10. Editor — редактор программ
Дважды щелкнув по иконке переменной, вы вызовете редактор
цифрового содержания переменной Array Editor (окно справа
вверху). Вы можете менять цифры, удалять и добавлять новые.
2.10. Editor — редактор программ
Чтобы моделировать экономику в Simulink, не обязательно
знать Matlab, но для автоматизации управления экономическими
экспериментами с моделями Simulink полезно написать программы на языке Matlab. Программы (м-файлы) пишутся и отлаживаются в редакторе/отладчике. Он вызывается, когда из меню ôàéë
Matlab мы открываем новый или существующий м-файл.
Для примера окно отладчика с программой управления экспериментами над имитационной моделью налогообложения показано на рис. 2.8.
Программа пишется как в обычном текстовом процессоре, например, Word. В меню имеется команда для отладки Debug. Äëÿ
Рис. 2.8. Окно редактора с программой управления экспериментами
над имитационной моделью налогообложения
41
2. Введение в MATLAB
выполнения лабораторных работ на отлаженной модели экономисту наиболее полезна команда Run èç
раздела Debug. Она запуска-
ет программу на исполнение и манипуляции с моделью Simulink.
Этой же программой обрабатываются и отображаются результаты
экспериментов.
Breakpoints — точки останова. Ими помечают строки программы для останова и анализа поэтапного исполнения программы
при ее отладке.
Язык Matlab прост и похож по конструкциям (рис. 2.8) на большинство языков программирования. Он использует широкий набор функций Matlab, но здесь уже надо знать их математический и
экономический смысл и синтаксис. Описание любой функции
Matlab можно получить в Help (Справка).
В наше программе управления налоговой моделью Simulink все
тексты, перед которыми стоит знак процента, не исполняются.
Это комментарии — пояснения к исполняемым операторам и
функциям программы. В строке 5 функцией path выбирается рабочая папка, в которой находится модель. В строке 8 функцией
open_system загружается налоговая модель Simulink В строке 9 задается вектор налоговых ставок как аргументов эксперимента.
В строках с 10 по 15 задан цикл for_end для вычислительных экспериментов при различной рентабельности предприятий. В строке
10 вектор рентабельностей. В строке 11 функцией sim('TaxRate')
запускается вычисление (simulation) модели. Результаты моделирования в Simulink передаются в рабочую область Matlab в матрицу ScopeData. Программа функцией plot (строка 12) чертит графики результатов моделирования в Simulink. В строке 13 hold on
удерживает график для рисования данных следующего цикла.
Функция grid чертит на графике сетку. End завершает цикл по
рентабельности. Hold off завершает работу с графиком.
42
3. Знакомство с Simulink
Simulink — это компьютерная програмная система для моделирования систем управления. Simulink работает под управлением
MATLAB и использует для моделирования все его возможности.
Им моделируют линейные, нелинейные, непрерывные, дискретные и гибридные системы.
При этом, в отличие от классических способов моделирования,
пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний, требующихся при работе на компьютере, и знаний той предметной области, в которой он работает.
При работе с Simulink пользователь 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.
Преимущество Simulink заключается также в том, что он позволяет пополнять библиотеки блоков с помощью подпрограмм написанных как на языке MATLAB, так и на языках С++, Fortran и Ada.
Модель исследуемой системы составляется в виде блок-схемы.
Блоки таскаются мышью из библиотеки типовых блоков Simulink,
являющихся моделями элементов технических или экономических
систем. Каждый типовой блок является объектом с графическим
начертанием, графическим и математическим символом, с выполняемой программой и числовыми или формульными параметрами.
Блоки соединяются линиями, отображающими движение материальных, финансовых и информационных потоков между объектами.
Модели могут быть иерархическими, т. е. включать подсистемы
в виде одного блока. Двойным щелчком мыши на блоке подсистемы открываем содержимое этой подсистемы (более низкий уровень иерархии).
43
3. Знакомство с Simulink
После построения модели можно моделировать, используя различные методы интегрирования дифференциальных уравнений,
задаваемых в меню Simulink. Используя блок Scope (графопостроитель) или Display (числовое отображение), можно просмотреть
результаты моделирования.
3.1. Запуск Simulink
Simulink запускается из MATLAB. Его лэйбл представлен на
рис. 3.1.
Рис. 3.1. Представление Simulink
Есть четыре варианта запуска Simulink:
1. В командном окне MATLAB ввести команду Simulink.
2. В строке инструментов главного окна MATLAB щелкнуть по
кнопке Simulink (зеленая с красным пятнышком слева внизу, третья слева от знака help «?»).
3. Выполнить команду Open в меню File и открыть файл модели (mdl-файл).
4. В проводнике Windows, дважды щелкнув левой кнопкой
мыши, загрузите любой mdl-файл. Запустится MATLAB, Si-
mulink и загрузится модель, готовая к исполнению ваших желаний. В меню модели щелкните Simulation/Start и получите
результаты моделирования.
44
3.1. Запуск Simulink
Последние два варианта 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 (ðèñ. 3.2).
Рис. 3.2. Окно обозревателя разделов библиотеки Simulink
Список разделов библиотеки Simulink представлен в виде дерева, и правила работы с ним являются общими для списков такого
вида. Пиктограмма свернутого узла дерева содержит символ «+», а
пиктограмма развернутого содержит символ «–». Для того чтобы
развернуть или свернуть узел дерева, достаточно щелкнуть на его
пиктограмме левой клавишей мыши (ЛКМ). При выборе соответствующего раздела библиотеки в правой части окна отображается
его содержимое.
Для работы с окном используются команды, собранные в меню.
Меню обозревателя библиотек содержит следующие пункты:
File (Файл) — работа с файлами библиотек.
45
3. Знакомство с Simulink
Edit (Редактирование) — добавление блоков и их поиск (по на-
званию).
View (Вид) — управление показом элементов интерфейса.
Help (Справка) — вывод окна справки по обозревателю биб-
лиотек.
Для работы с обозревателем можно также использовать кнопки
на панели инструментов (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Панель инструментов обозревателя разделов библиотек
Кнопки панели инструментов имеют следующее назначение:
1. Создать новую модель (открыть новое окно модели).
2. Открыть одну из существующих моделей.
3. Данная кнопка позволяет установить режим отображения
окна обозревателя поверх всех окон. Повторное нажатие отменяет такой режим.
4. Поиск блока по названию (по первым символам названия).
После того как блок будет найден, в окне обозревателя откроется соответствующий раздел библиотеки, а блок будет
выделен. Если же блок с таким названием отсутствует, то в
окне комментария будет выведено сообщение Not found
<имя блока> (Блок не найден).
3.2. Окончание сессии Simulink
Традиционными для Windows способами закрываются окна Si-
mulink è MATLAB.
3.3. Библиотеки блоков Simulink
На рис. 3.2 в левом окне библиотеки блоков Simulink показаны
имена подбиблиотек. В правом — блоки каждой подбиблиотеки.
Окно обозревателя библиотеки блоков содержит следующие элементы:
46
3.3. Библиотеки блоков Simulink
Заголовок с названием окна — Simulink Library Browser.
Меню с командами File, Edit, View, Help.
Панель инструментов с ярлыками наиболее часто используе-
мых команд.
Окно комментария для вывода поясняющего сообщения о вы-
бранном блоке.
Строка состояния, содержащая подсказку по выполняемому
действию.
Несколько лет тому назад библиотека содержала ограниченное
количество типовых блоков для моделирования систем управления. Ныне библиотека неоправданно разрастается. В ней уже тяжело ориентироваться. Мы рассмотрим лишь наиболее часто используемые для моделирования экономики блоки.
Поясним имена подбиблиотек (разделов библиотеки блоков).
1. Commonly Used Blocks — подбиблитека наиболее часто используемых блоков из других библиотек.
2. Continuous — блоки для моделирования линейных систем в
непрерывном времени.
3. Discontinuties — нелинейные блоки.
4. Discrete — блоки для моделирования систем в дискретном
времени.
5. Logic and Bit Operations — логические и битовые операции.
6. Lookup Tables — операции с таблицами.
7. Math Operations — блоки математических операций.
8. Model Verification — контроль переменных моделирования в
заданных границах.
9. Model-Wide Utilities — блоки информации о модели.
10. Ports & Subsystems — блоки для создания подсистем.
11. Signal Attributes — блоки, отражающие характеристики сигналов (линий материальных, информационных и денежных
потоков).
12. Signal Routing — маршрутизация сигналов (управление потоками).
13. Sinks — блоки приема и отображения информации.
14. Sources — источники внешних воздействий на модель (экзогенных переменных).
15. User Defined Functions — не библиотечные, не стандартные
функции, создаваемые пользователем.
47
3. Знакомство с Simulink
3.4. Создание простейшей модели
Для создания новой модели используется традиционная для
Windows команда меню file>new броузера. Для открытия и редактирования имеющейся модели — file>open. При этом раскрывается
пустое или заполненное моделью окно Simulink модели.
Вначале надо ознакомиться с библиотекой блоков. Нарисовать
на бумаге первую редакцию вашей блочной модели. Затем садиться за компьютер.
Создадим поэтапно простейшую модель безпроцентного накопительного счета (пенсионного, образовательного, свадебного и др.).
Выполним команду меню file>new. Появляется новое пустое
окно модели с именем untitled (ðèñ. 3.4).
Найдем в библиотеке раздел Continuous (системы непрерывного
времени) и в нем Inegrator (накопитель). Обычно при слове «интеграл» бухгалтерши падают в обморок, а менеджеры хватаются за
пистолет. Интеграл — это всего лишь накопитель, аккумулятор ваших денежных или материальных средств.
Затащим левой кнопкой мыши блок Inegrator из библиотеки в
окно модели.
Подобную процедуру студенты не раз выполняли на младших
курсах при изучении информатики и рисовании финансовых, хозяйственных и бухгалтерских схем в текстовом процессоре Word и
48
Рис. 3.4. Этапы создания модели
3.4. Создание простейшей модели
табличном процессоре Excel. Стрелка слева указывает на вход интегратора, т. е. возможность подключения входного потока
средств. Треугольник справа блока является его выходным сигналом и означает запас (сальдо) в накопителе.
Будем ежемесячно вкладывать в фонд рубли (можно тысячи и
миллионы).
Для этого из раздела Sources затащим мышью блок
константу (Constant).
Создадим линию потока средств от константы к интегратору.
Наведем курсор на выход блока константы. Курсор из стрелки
превращается в крест. Протянем мышь до стрелки входа интегратора. Крест раздваивается. Отпускаем кнопку мыши. Произошло
соединение блоков. Исчезли знаки входных и выходных портов
блоков.
Для просмотра динамики денежек на нашем счете из библиотеки Sinks вытащим в модель графопостроитель Scope. Соединим с
ним линией интегратор.
Запустим модель: меню Simulation > Start.
Просмотрим результаты моделирования. Дважды щелкнем по
блоку Scope. Увидим график рис. 3.5.
Рис. 3.5. График накопления средств в интеграторе
Если вы запутались в графике, дважды щелкните по кнопке бинокля в середине панели кнопок. Выполнится автомасштабирование. График станет наглядным.
Ось времени (10 месяцев) обозначена внизу. Вертикальная ось
показывает накопление денег при вкладах по рублю в месяц. За
десять месяцев мы накопим 10 рублей.
Вы создали простейшую модель и выполнили моделирование!
Далее будем наращивать знания и умение по технике моделирования.
49
4. Редактирование модели,
реконструкция и расширение
4.1. Окно модели и меню
Окно модели Simulink — это типовое окно Windows-приложений. Оно содержит следующие элементы (рис. 3.4):
Заголовок с названием окна. Вновь созданному окну присваи-
вается имя Untitled с соответствующим номером.
Меню с командами File, Edit, View и т. д.
Панель инструментов.
Окно для создания схемы модели.
Строка состояния, содержащая информацию о текущем состоя-
нии модели.
Меню окна содержит команды для редактирования модели, ее
настройки и управления процессом расчета, работы файлами и
ò. ï.:
File (Файл) — работа с файлами моделей.
Edit (Редактирование) — изменение модели и поиск блоков.
В меню добавлены команды установки параметров блоков и
маскирования подсистем.
View (Вид) — управление показом элементов интерфейса. Важ-
на команда Library Browser. Вы исполняете ее, когда надо вы-
звать библиотеку блоков, чтобы пополнить модель.
Simulation (Моделирование) — задание настроек для моделиро-
вания и управление процессом расчета.
Format (Форматирование) — изменение шрифта, внешнего
вида блоков и модели в целом.
Tools (Инструментальные средства) — применение специаль-
ных средств для работы с моделью (отладчик, профайлер, гене-
ратор отчетов и др.)
Help (Справка) — вывод окон справочной системы.
Для работы с моделью можно также использовать кнопки на
панели инструментов.
В нижней части окна модели находится строка состояния, в которой отображаются краткие комментарии к кнопкам панели инструментов, а также к пунктам меню, когда указатель мыши нахо-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]