2. Цель работы

Целью лабораторной работы является изучение основ имитационного моделировании динамических систем в среде Simulink системы программирования Matlab. Работа выполняется бригадами. На первом этапе работы бригада должна изучить основы программирования в Matlab и Simulink, выполняя описываемые в методической записке действия и команды в системе Matlab и в среде Simulink. На втором этапе бригада должна выполнить конкретное задание. Для этого бригада должна собрать имитационную модель заданной нелинейной динамической системы, рассчитать и построить статическую характеристику и переходный процесс в системе.

3. Знакомство с пакетом matlab

Система программирования MATLAB - это интерактивная среда для научных и инженерных вычислений. В состав MATLAB входят основная программа (ядро) и специализированные пакеты прикладных программ (toolboxes), расширяющие функциона­льные возможности основной программы.

Одно из основных достоинств MATLAB состоит в том, что для работы пользователю достаточно знать о нем ровно столько, сколько требует решаемая задача. Так, в простейшем случае, MATLAB может сыграть роль обыкновенного кальку­лятора, для использования которого достаточно помнить знаки математических операций.

Если же решаемая задача требует создания каких-либо специальных инструментов, MATLAB предоставляет в распоряжение пользователя практически универсальный язык объектно-ориентированного программирования в сочетании с интерактивными средствами отладки создаваемых программ.

И, все-таки, в первую очередь, MATLAB - это средство математического моделирования, обеспечивающее проведение исследований практически во всех известных областях науки и техники и именно в сфере математического моделирования.

С точки зрения пользователя MATLAB представляет собой богатейшую библиотеку функций, единственная проблема работы с которой заключается в умении быстро отыскать те из них, которые нужны для решения данной задачи. Для облегчения поиска библиотека функций разбита на разделы.

Особое место среди инструментальных приложений занимает система визуального моделирования Simulink. Она работает только при наличии ядра MATLAB и использует многие функции, входящие в его состав. Поэтому в начале описания излагаются общие сведения о пакете MATLAB, необходимые для запуска и использования системы визуального моделирования Simulink. Более глубоко вопросы взаимодействия Simulink с ядром MATLAB и его инструментальными приложениями рассматриваются в следующем разделе.

Запуск MATLAB приводит к появлению на экране заставки (рис. 3.1). За­тем открывается командное окно приложения — MATLAB - Command Window.

Рис. 3.1. Логотип MATLAB

Командное окно представляет собой стандартное первичное окно Windows-приложения и содержит все основные компоненты такого окна (рис. 3.2):

• полосу заголовка с кнопками управления окном;

• строку меню (основное меню приложения);

• панель инструментов;

• рабочее поле (Command Window);

• рабочее пространство (Workspace);

• текущая директория (Current Directory);

• перечень введенных команд (Command History);

• строку состояния;

• вертикальную и горизонтальную полосы прокрутки.

Рис. 3.2. Командное окно MATLAB

Основное меню MATLAB содержит следующие разделы:

• File (Файл) — команды работы с файлами и опции настройки системы;

• Edit (Правка) — команды редактирования информации, отображенной в рабочем поле окна;

• View (Вид) — команды настройки рабочих окон;

• Web — команды связи со средствами глобальной сети;

• Window (Окно) — список открытых окон приложения;

• Help (Помощь) — команды вызова средств поддержки пользователя.

Панель инструментов, расположенная под строкой меню, обеспечивает быст­рый доступ к наиболее часто используемым командам из разделов меню (рис. 3.3):

Рис. 3.3. Панель инструментов командного окна MATLAB

Каждая из кнопок снабжена всплывающей подсказкой, которая появляется на экране, когда указатель мыши находится на изображении соот­ветствующей кнопки:

1 - New M-file - создание нового М-файла;

2 - Open file - открытие существующего М-файла;

3...5 - стандартные команды редактирования Cut, Copy, Paste (вырезать, копировать, вставить);

6. - Undo - отмена предыдущего действия (команды);

7. - Redo - отмена действия команды Undo;

8. - Simulink - открытие библиотеки SIMULINK (запуск SIMULINK);

9 - GUIDE - средство создания графических интерфейсов;

10 - Help— вызов справочника по функциям MATLAB.

Из перечисленных выше разделов меню наибольший интерес представляет раздел File (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Перечень команд раздела File

Рабочее поле (Command Window) является основным средством взаимодействия пользователя с системой. Оно обеспечивает ведение диалога посредством командного языка MATLAB. Это означает, что любая информация, вводимая пользователем в активной строке (начинающейся символом приглашение »» и мерцающим курсором в форме вертикальной черты), воспринимается системой как команда, подлежащая исполнению.

В случае использования MATLAB в качестве калькулятора, пользователь взаимодействует с компьютером с помощью инструкций и переменных. Инструкции имеют следующий общий вид:

>> переменная = выражение

В MATLAB знак равенства «=» означает, что некоторой переменной присва­ивается выражение, записанное справа от этого знака. Например, инструкция ввода матрицы размерности 2 х 2 и присвоения этой матрице имени А выглядит следующим образом:

>> A=[1 2; 4 6]

После ввода инструкции, завершающегося нажатием клавиши <enter>, матрица А автоматически отображается на экране. Если после инструкции следует точка с запя­той «;», то вывод матрицы А на экран подавляется. Тем не менее, присвоение матрице имени А сохраняется.

В правых частях выражений могут использоваться обычные символы математических опера­ций, приведенные в табл. 1. Обычный порядок выполнения арифметических действий можно из­менить с помощью скобок.

Таблица 1. Символы математических операций

+	сложение
-	вычитание
*	умножение
/	деление
^	возведение в степень

В MATLAB доступно большинство элементарных математических и тригонометрических функций, выполняемых обычным калькулятором для научных вычислений.

Если в выражении отсутствуют имя переменной и символ «=», то результату автома­тически присваивается имя ans. Например,

>> 12.4/16.9

ans = 0.7337

Если введенное выражение не является допустимой командой или содержит синтаксическую ошибку, система выдает соответствующее диагностическое сообщение.

Для вывода на экран данных, хранящихся в рабочей области (Work Space), достаточно набрать имя соответствующей переменной и нажать клавишу <Enter>.

Вывод информации в рабочее поле производится в режиме прокрутки, т. е. при выводе на экран очередного сообщения более старая информация сдвигается вверх. Вся информация, введенная пользователем или выведенная в рабочее поле системой, сохраняется в течение всего сеанса работы. При необходимости ее можно просмотреть, используя полосы вертикальной и горизонтальной прокрутки. Если выведенная информация более не нужна, рабочее поле можно очистить с помощью команды clc, рабочее пространство – команды clear. Тем не менее, все введенные в рабочее поле команды сохраняются в окне Command History.