Лабораторна робота №3 Низькорівнева графіка

Мета роботи: ознайомлення із об’єктами та командами низькорівневої графіки.

Завдання

1. Ознайомитися із параметрами об’єктів «Графічне вікно» та «Система координат».

2. У графічному вікні побудувати графік будь-якого сигналу з попередніх робіт. Ознайомитися із можливостями роботи високорівневих графічних команд в інтерфейсі графічного вікна.

3. Використовуючи команду set змінити наступні параметри графічного вікна:

- фон вікна на блакитний (інтенсивність кольорів [0.33, 0.66, 0.92])

- назву графічного вікна (за типом сигналу, що відображається)

4. Використовуючи команду set виконати наступні дії з параметрами системи координат:

- шрифт (тип, розмір, кут нахилу та товщину)

- відображення основних та додаткових ліній сітки

- змінити тип ліній сітки на штриховий

- змінити товщину допоміжних ліній

- змінити кольори координатних осей

- змінити довжину поміток на осях

- змінити границі відображення: ось х – зменшити в 2 рази, ось у – збільшити у 1.5 разів

- дзеркально змінити розташування осей координат у вікні

5. У одному графічному вікні побудувати графіки двох сигналів з попередніх робіт. При цьому для кожного з графіків створити власну систему координат. Виділити графіки та осі кольорами так, щоб колір осей співпадав з кольором лінії, яка до них належить.

Методичні вказівки

Графічні команди Matlab можна розділити на 2 групи: команди нізькорівневої та високорівневої графіки. Як і у програмуванні, високий рівень команд означає максимально просте сприйняття та змінення параметрів команди. У Matlab команди високорівневої графіки виконуються через пункти меню графічного вікна, рис. 3.1.

Рис. 3.1

На панелі команд графічного вікна розташовані кнопки (зліва направо):

• Відкрити нове графічне вікно

• Відкрити збережену графічну фігуру

• Зберегти активну графічну фігуру у файл

• Роздрукувати

• Перехід в режим редагування

• Збільшити масштаб

• Зменшити масштаб

• Переміщення точки обзору у горизонтальній площині

• Поворот у тривимірному просторі

• Відображення чисельних значень на лінії графіку

• Відображення палітри кольорів

• Відображення легенди

• Приховати панель параметрів об’єктів

• Відкрити панель параметрів об’єктів

Слід відзначити, що вигляд панелі команд може відрізнятися в залежності від версії Matlab, проте функціональність майже не відрізняється.

Важливим об’єктом при виводі в одному вікні декількох графіків є легенда (Legend). Це об’єкт графічного вікна, в якому відображаються встановлені стилі виводу на екран графіків із можливістю додання текстових коментарів. При цьому існує можливість вводу нижніх та верхніх індексів, наприклад Х_1 відобразиться як Х₁, Х^2 – Х². Якщо індекс складається більше ніж з одного символу, необхідно повторити знак індексу перед кожним з символів, тобто Х_{початкове} має бути записане як Х_п_о_ч_а_т_к_о_в_е.

Через інтерфейс графічного вікна можна змінювати параметри виводу графіків на екран, а саме:

• Масштаб за осями координат

• Відображення ліній сітки

• Тип осей (нормальна, логарифмічна)

• Напрямок відліку даних (прямий, зворотний)

• Розташування осей відносно центру фігури

• Тип, колір та товщину ліній

• Тип, товщину та кут нахилу шрифтів

Таке меню можна викликати через контекстне меню кожного з об’єктів фігури, або через пункт меню Edit.

До того ж існує можливість доповнення фігури додатковими об’єктами, до яких належать (через пункти меню Insert):

• Титул (напис над осями) (Title)

• Мітки осей (X, Y, Z Label)

• Лінія (Line)

• Стрілка (Arrow)

• Подвійна стрілка (Double Arrow)

• Стрілка із написом (Text Arrow)

• Еліпс (Ellipse)

• Прямокутник (Rectangle)

• Напис (TextBox)

До команд низбкорівневої графіки належать команди, що безпосередньо звертаються до параметрів об’єктів графічної фігури і виконуються із командного рядка. Обєктами для таких команд можуть виступати як графічне вікно (gcf – graphics current figure), так і система координат (gca - graphics current axes). Вивод на екран поточних значень параметрів здійснюється за допомогою команди get, а їх змінення – команди set.

Найбільш цікавими з точки зору оформлення графіків є такі властивості об’єктів (із зазначенням можливих значень):

gcf

• Color – колір фону графічного вікна

• Name – назва графічного вікна

• MenuBar – тип панелі команд (значення ´none´ приховує панель команд)

• NumberTitle – відображення номера графічної фігури (on/off)

gca

• Color – колір фону системи координат

• FontAngle – кут нахилу шрифта (normal/italic)

• FontName – назва шрифта (нова назва записується у вигляді текстової константи)

• FontSize – розмір шрифта

• FontWeight – товщина шрифта (normal/bold)

• GridLineStyle – стиль основних ліній сітки

• LineWidth – товщина ліній сітки та осей

• MinorGridLineStyle – стиль допоміжних ліній сітки

• TickLength – довжина міток на осях ([x y] – два скалярних числа в масиві)

• TickDir – напрям міток на осях (out - ззовні системи координат, in - всередині системи координат

• XColor – колір осі Х

• XGrid – відображення основних ліній сітки для осі Х (on/off)

• XLim – масштаб осі Х ([X_min X_max])

• XAxisLocation – положення осі Х (bottom/top)

• XMinorGrid – відображення допоміжних ліній сітки для осі Х (on/off)

• XMinorTick – відображення міток допоміжних ліній сітки для осі Х (on/off)

Для осей Y та Z команди мають такий самий вигляд, тільки змінюється позначення осей в назві команд (YColor, ZColor).

Слід зауважити, що кольори задаються масивом з трьох чисел від 0 до 1, що характеризують інтенсивність за трьома основними кольорами палітри (червоний, зелений, синій).

Побудова графіків у різних системах координат в одном вікні відбувається за наступним алгоритмом:

1. Побудова першого графіку (командою line)

2. Зміна кольорів першої системи координат

3. Створення другої системи координат

ax2 = axes('Position',get(gca,'Position'),'XAxisLocation','top',…

'YAxisLocation','right','Color','none','XColor',[r g b],'YColor',[r g b]);

4. Побудова другого графіка

line(x2,y2,'Color', [r g b],'Parent',ax2);

Лабораторна робота № 4

Моделювання простих електричних кіл

Мета роботи: ознайомлення із основними блоками бібліотеки Power Systems Blockset та принципами моделювання простих електричних кіл.

Завдання:

Дана електрична схема (таблиця 4.1, рисунок 4.1). Скласти структурну модель схеми в середовищі Matlab, додаток Simulink – Power System Blockset. Модель повинна визначати значення струмів у всіх гілках і напруг на реактивних елементах при живленні від джерела енергії довільної форми.

Дослідити роботу схеми при живленні:

1. від джерела постійної напруги або постійного струму;

2. від джерела синусоїдальної напруги або синусоїдального струму ;

3. від джерела напруги (струму) спеціальної форми (рис.3.2) з періодом .

Таблиця 4.1

№ вар.	коло	Z1	Z2	Z3	Z4	Z5	Um (Jm)			форма
1 11	а	R – L 5 Ом; 100 мГн	R – С 4 Ом, 0,1 мкФ	R 3 Ом	L 0,2 Гн	R 10 Ом	100	100	/10	а
2 12	а	R – C 3 Ом; 0,1 мкФ	R 4 Ом	R – L 5 Ом; 100 мГн	L 0,2 Гн	R 6 Ом	120	150	/4	б
3 13	а	R 4 Ом	R – L 5 Ом; 100 мГн	R – С 4 Ом; 0,2 мкФ	L 0,2 Гн	R 10 Ом	50	50	/3	в
4 14	а	L 0,2 Гн	R – С 4 Ом; 0,1 мкФ	R 10 Ом	R – L 5 Ом; 100 мГн	R 4 Ом	80	200	/5	а
5 15	а	C 0,1 мкФ	R–L 5 Ом; 100 мГн	R – С 4 Ом; 0,2 мкФ	R 10 Ом	R 5 Ом	110	150	/6	б
6 16	б	R 4 Ом	R – L 5 Ом; 100 мГн	R– С 6 Ом; 0,2 мкФ	R 3 Ом	L 0,2 Гн	5	150	/8	в
7 17	б	R–L 5 Ом; 100 мГн	R – С 4 Ом; 0,2 мкФ	R 3 Ом	L 0,2 Гн	R 5 Ом	6	200	/2	а
8 18	б	R– С 4 Ом; 0,2 мкФ	R 3 Ом	R – L 5 Ом; 100 мГн	R 5 Ом	L 0,2 Гн	4	300	2/3	б
9	б	R 4 Ом	R – С 4 Ом; 0,2 мкФ	R–L 5 Ом; 100 мГн	L 0,2 Гн	R 6 Ом	3	50	/7	в
10	б	R – L 5 Ом; 100 мГн	R– С 4 Ом; 0,2 мкФ	R 5 Ом	L 0,2 Гн	R 8 Ом	2	100	/9	б

а б

рис. 4.1

а) б) в)

рис. 4.2

Методичні вказівки

До складу Simulink входить бібліотека Power System Blockset, призначена для моделювання перехідних процесів в електричних схемах з використанням елементів принципових схем. Перелік деяких потрібних блоків Power System наданий на рис 4.3.

Заземлення (connectors)		Т-конектор (connectors)	L-конектор (connectors)
Ключ (elements)	Ключ (power electronics)	Послідовний RLC ланцюг (elements)		Паралельний RLC ланцюг (elements)
Джерело постій-ної напруги (electrical sources)	Джерело синусоі-дальної напруги (electrical sources)	Джерело синусоі-дального струма (electrical sources)		Керуєме джерело струму (electrical sources)
Керуєме джерело напруги (electrical sources)	Амперметр (measurements)	Вольтметр (measurements)		Мультиметр (measurements)

Рис 4.3

Блоки “Parallel RLC Branch” та “Series RLC Branch” можуть змінювати свій вигляд в залежності від того, які з елементів виключено зі схеми. Виключення непотрібного елемента (наприклад індуктивності) виконується таким чином, щоб опір цього елемента дорівнював 0 для послідовного з'єднання, та бескінечності для паралельного. При використанні блоків “Parallel RLC Branch” для RL-ланцюга приймаємо С=0, для RC-ланцюга – L=inf, для LC-ланцюга – R=inf; при використанні блоків “Series RLC Branch” для RL-ланцюга приймаємо С=inf, для RC-ланцюга – L=0, для LC-ланцюга – R=0. Виміри наруг на елементах та струмів через них зручно проводити за допомогою блоку Multimeter (рис 4.4).

Рис. 4.4. Параметри блоку Multimeter

Для цього спершу необхідно сформувати вимірювані сигнали (в блоках Parallel RLC Branch та Series RLC Branch встановити значення параметра Measurements на Branch voltage, Branch current, Branch voltage and current). Ці сигнали автоматично відобразяться в списку сигналів мультиметра. Обрані з цього списку сигнали подаються на вихід блоку Multimeter у вигляді векторного сигналу.

Слід зазначити, що у Matlab 6ї версії всі блоки мають вхідні та вихідні порти, що ускладнює їх послідовне та паралельне з'єднання. Тому слід використовувати блоки конекторів (рис 4.3).

Для формування напруг та струмів довільної форми використовують блоки Controlled Voltage Source та Controller Current Source. На вхід цих блоків подається сигнал, сформований буь-якими стандартними блоками Simulink (Sources, Math, Continuous тощо). На виході буде сформовано сигнал напруги чи струму, що точно повторюватиме сигнал на вході блоку.