3.4.3. Переход от диаграммы процессов к блочной модели

Если внимательно присмотреться к блочным моделям, то можно увидеть их явное сходство с диаграммами потоков (сравните, например, модель на рис. 22. с моделями на рис. 11 и 12). В обоих случаях связи обозначаются стрелками, отдельные подсистемы и преобразования представлены специальными обозначениями. Это позволяет интерпретировать блочную модель в контексте теории систем дифференциальных уравнений: выявляются исследуемые критерии, описывается взаимное влияние подсистем и осуществляется комплексный пересчёт в аналоговом или дискретном пространстве состояний.

Для ознакомления с принципами блочного моделирования воспользуемся программой MatLab корпорации MathWorks. Это универсальная среда моделирования, содержащая мощное математическое ядро и средства научной графики. Одним из базовых компонентов данного пакета является модуль Simulink, позволяющий создавать и просчитывать модели.

Модуль Simulink предназначен для визуального конструирования моделей методом Drag & Drop, позволяя создавать модели без написания кода или формул. Несмотря на это, сохраняется возможность обращения к ядру системы MatLab и создания её средствами управляющих модулей с использованием встроенного языка программного пакета MatLab.

Для запуска Simulink достаточно открыть программу MatLab и нажать на кнопку . Запустится панель Simulink Library Browser, состоящая из двух частей: первая – дерево контейнеров (библиотека блоков), при выборе любого из которых во второй части появляется набор графических объектов, при помощи которых можно составлять модель (рис. 23). Основными разделами библиотеки являются следующие:

• Continuous – линейные блоки.

• Discrete – дискретные блоки.

• Functions & Tables – функции и таблицы.

• Math – блоки математических операций.

• Nonlinear – нелинейные блоки.

• Signals & Systems – сигналы и системы.

• Sinks – регистрирующие устройства.

• Sources – источники сигналов и воздействий.

• Subsystems – блоки подсистем.

Рис. 23. Окно Library Browser

Модель составляется в специальном поле моделирования, на которое переносятся нужные блоки и соединяются между собой (рис. 24). Оно хранится в специальных файлах с расширением mdl, которые требуют англоязычного наименования.

Прежде чем перейти к рассмотрению принципов конструирования моделей, необходимо знать, как инициализировать модель. Для этого требуется задать модельное время и период моделирования. Выбрав пункт меню Simulation\Simulation Parameters, на вкладке Solver можно настроить следующие установки просчёта модели (рис. 25):

Рис. 24. Поле моделирования

Рис. 25. Диалог настройки процесса просчёта

• Start time – начальный момент моделирования (положительное число).

• Stop time – конечный момент моделирования.

• Type – тип модельного времени (Fixed-step – дискретное время с фиксированным шагом; Variable-step – аналоговое время с переменным шагом).

Для конструирования блочных моделей необходимо знать базовые объекты библиотеки. Рассмотрим некоторые из них.

При помощи блоков, представленных в табл. 14, можно конструировать как простую динамику исследуемых объектов, так и сложную. Всё зависит от последовательности соединения блоков: одно и то же взаимодействие можно описать как в блоке «функция», так и сочетанием более простых объектов.

Соединение блоков осуществляется с помощью специальных интерфейсов, расположенных по периметру контура объекта (например, см. форму блока Умножение). Для корректного просчёта модели каждый интерфейс должен быть занят, и связи не должны прерываться и «висеть» в поле моделирования.

В ряде случаев получаемый сигнал необходимо передать не одному, а сразу нескольким блокам. Это бывает необходимо, когда один фактор влияет сразу на несколько подсистем в системе, и при этом он каждый раз сам пересчитывается в модели. Для этого в системе Simulink реализована возможность присоединения связей к уже существующим. На рис. 24 представлен пример модели, в которой часть связей «замкнуты». В точках присоединения видны характерные узлы. При этом для объединения сигнала используются блоки Сумматор и Умножение, а для дублирования – просто дополнительная «нагрузочная» связь.