7.1. Общая характеристика пакета SimuLink |
308 |
|
|
|
|
7. Моделирование нелинейных систем
(пакет SimuLink)
7.1. Общая характеристика пакета SimuLink
Одной из наиболее привлекательных особенностей системы MatLAB является наличие в ее составе наиболее наглядного и эффективного средства составления программных моделей – пакета визуального программирования
SimuLink.
Пакет SimuLink позволяет осуществлять исследование (моделирование во времени) поведения динамических нелинейных систем, причем введение характеристик исследуемых систем осуществлять в диалоговом режиме, путем графической сборки схемы соединений элементарных (стандартных или пользова-
тельских) звеньев. В результате такого составления получается модель исследуемой системы, которую в дальнейшем будем называть S-моделью и которая сохраняется в файле с розширением .mdl. Такой процесс образования вычислительных программ принято называть визуальным программированием.
Создание моделей в пакете SimuLink основывается на использовании технологии Drag-and-Drop (Перетяни и оставь). В качестве "кирпичиков" при построении S-модели используются визуальные блоки (модули), которые сохраняются в библиотеках SimuLink. S-модель может иметь иерархическую структуру, т. е. состоять из моделей более низкого уровня, причем количество уровней иерархии практически не ограничено. На протяжении моделирования есть возможность наблюдать за процессами, которые происходят в системе. Для этого используются специальные блоки ("обзорные окна"), входящие в состав библиотек SimuLink. Состав библиотек SimuLink может быть пополнен пользователем за счет разработки собственных блоков.
7.1.1. Запуск SimuLink
Запуск SimuLink можно осуществить из командного окна MatLAB или избрав команду New Model ("Новая модель") в меню File, или нажав соответствующую пиктограмму в линейке инструментов.
При запуске SimuLink открываются два окна (рис. 3.3):
пустое окно untitled (окно, куда будет выводиться схемное представление моделируемой системы, новой S-модели, MDL-файла );
окно Simulink Library Browser, которое содержит перечень основных
библиотек SimuLink (рис. 7.1).
Начнем со знакомства с библиотеками SimuLink.
В окне Simulink Library Browser представлен перечень SimuLinkбиблиотек, входящих в состав установленной конфигурации системы MatLAB. Из них главной является библиотека SimuLink, расположенная в первой строке
7.1. Общая характеристика пакета SimuLink |
310 |
|
|
|
|
Окно блок-схемы модели (рис. 7.3) содержит строку меню, панель инструментов (версии MatLAB 5.2 и 5.3) и рабочее поле.
Рис. 7.3
Меню File (Файл) содержит команды работы с MDL-файлами, меню Edit (Редактирование) - команды редактирования блок-схемы, а меню View (Представление) (начиная из версии 5.2) - команды изменения внешнего вида окна. В меню Simulation (Моделирование) содержатся команды управления моделированием, а в меню Format (Формат) - команды редактирования формата (т. е. внешнего изображения) блоков схемы и блок-схемы в целом. Меню Tools (Инструменты) содержит некоторые дополнительные сервисные средства работы с Simulinkмоделью.
7.1.2. Библиотека модулей (блоков)
Библиотека блоков SimuLink является набором визуальных объектов, используя которые, можно, соединяя отдельные модули между собою линиями функциональных связей, составлять функциональную блок-схему любого устройства.
Библиотека SimuLink блоков (рис. 7.2) состоит из 9 разделов. Восемь из них являются главными и не могут изменяться пользователем:
Sources (Источники);
Sinks (Приемники);
Continuous (Непрерывные элементы);
Discrete (Дискретные элементы);
Math (Математические блоки);
Functions & Tables (Функции и таблицы)
Nonlinear (Нелинейные элементы);
Signals & Systems (Сигналы и системы).
Девятый раздел - Blocksets & Toolboxes (Наборы блоков и инструменты) -
содержит дополнительные блоки, включенные в рабочую конфигурацию пакета.
7.1. Общая характеристика пакета SimuLink |
311 |
|
|
|
|
Блоки, которые входят в раздел Sources (Источники), предназначены для формирования сигналов, которые обеспечивают роботу S-модели в целом или отдельных ее частей при моделировании. Все блоки-источники имеют по одному выходу и не имеют входов.
Блоки, собранные в разделе Sinks (Приемники), имеют только входы и не имеют выходов. Условно их можно разделить на 3 вида:
блоки, которые используются как обзорные окна при моделировании;
блоки, обеспечивающие сохранение промежуточных и исходных результатов моделирования;
блок управления моделированием, который позволяет перерывать моделирование при выполнении тех или других условий.
Раздел Continuous (непрерывные элементы) содержит блоки, которые можно условно поделить на три группы:
блоки общего назначения (интеграторы, дифференциатори);
блоки задержки сигнала;
блоки линейных стационарных звеньев.
Враздел Discrete (дискретные элементы) входят блоки, с помощью которых
вмодели может быть описано поведение дискретных систем. Различают два основных типа таких систем: системы с дискретным временем и системы с дискретными состояниями. Блоки, которые входят в раздел Discrete обеспечивают моделирование систем с дискретным временем.
Раздел Math (математические элементы) - наибольший по составу. Он содержит 20 блоков, которые можно разделить на несколько групп:
блоки, реализующие элементарные математические операции (умножения, суммирования разных математических объектов);
блоки, реализующие элементарные математические функции;блоки, обеспечивающие логическую обработку входных сигналов;
блоки, которые преобразуют комплекснозначный сигнал в два действительных и наоборот тем или другим способом;
блок, который реализует отыскание нуля алгебраической функции.
Вразделе Functions & Tables (функции и таблицы) сосредоточены блоки двух видов:
-блоки, формирующие выходный сигнал по входному в соответствии с заданной таблицей соответствий, осуществляя линейную интерполяцию по этим значениям;
-блоки, позволяющие пользователю создавать собственные блоки с произвольными функциями.
Раздел Nonlinear (нелинейные элементы) содержит 10 элементов, из
которых 7 блоков реализуют разного вида кусочно-линейные зависимости выхода от входа, а три осуществляют разного вида переключения сигнала.
Большинство блоков раздела Signals & Systems (сигналы и системы) предназначено для разработки сложных S-моделей, содержащих модели более