Лабораторная работа № 1
Использование программного комплекса MATLAB+Simulink для исследования систем управления
Цель работы: изучение возможностей комплекса по созданию блок-схем систем управления и исследованию их временных и частотных характеристик.
1. Общие сведения
Комплекс MATLAB является интегрированной средой программирования, предназначенной для выполнения научно-технических расчетов на языке высокого уровня. Совместно с пакетом расширения Simulink он позволяет производить моделирование динамических систем, модели которых составляются из отдельных блоков (компонентов). В нем реализованы принципы визуально-ориентированного программирования, что позволяет легко выбирать нужные блоки и соединять их с целью составления модели системы или устройства. При этом программа, которая реализует сложные системы линейных и нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих поведение всех элементов (блоков и линий связи) модели, формируются автоматически.
Для решения этих уравнений используется численное интегрирование. Интервал времени, в течение которого производится моделирование (интервал моделирования), может разбиваться на фиксированное или переменное число шагов интегрирования. Обычно моделирование с переменным шагом используется для непрерывных систем, а с постоянным шагом – дискретных.
В Simulink используются два основных способа построения блок-схем непрерывных и цифровых систем управления:
-
с помощью динамической структурной схемы, основанной на понятии передаточных функций звеньев и уравнений связи между ними [1];
-
с помощью операционной структурной схемы, основанной на уравнениях в переменных состояния [1].
1.1. Запуск программного комплекса
Чтобы начать работать с комплексом MATLAB+Simulink необходимо прежде всего запустить MATLAB с рабочего стола или из главного меню операционной системы Windows 98. В версии MATLAB 6.5 появляется рабочая среда (окно MATLAB), которая наряду с другими элементами содержит командное окно Command Window. MATLAB готов к проведению вычислений в командном режиме.
Далее необходимо сделать одно из двух:
-
на панели инструментов окна MATLAB нажать на кнопку
(simulink);
-
ввести в командном окне Command Window после символа » (готовность MATLAB к работе) команду simulink и нажать клавишу Enter.
В результате появляется окно библиотеки блоков с названием Simulink Library Browser, в котором после выбора мышью узла +Simulink отображаются с помощью значков (пиктограмм) категории блоков, входящих в эту библиотеку. Другими словами, появляются разделы библиотеки Simulink, а справа - пиктограммы упомянутых категорий с их названием.
2. Создание блок-схем
В пакете Simulink модель автоматической системы строится в виде блок-схемы, путем выбора блоков из окна Simulink Library Browsers, переноса их в рабочую площадь модельного окна и связывания их между собой с помощью мыши. Однажды связав блоки с другими блоками, можно их перемещать по экрану, поворачивая на 90 и 180 градусов, а также помещать в составной блок (подсистему), не нарушая и не теряя существующих связей. Удобный редактор блок-схем, основанный на использовании возможностей графического интерфейса пользователя, позволяет сделать модели простыми для понимания.