к лабораторным работам по дисциплине «Моделирование систем»
для студентов специальностей 220700.62
и 220301.65
Составитель:
И. Н. Смирнов
Санкт-Петербург
ВВЕДЕНИЕ
Программа Simulink является расширением пакета Matlab. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране монитора с помощью специальной библиотеки создает из стандартных блоков модель (блок-схему) исследуемой системы и проводит ее анализ. При этом пользователю не нужно изучать язык программирования и численные методы прикладной математики. Достаточно владения общими навыками работы на компьютере и, естественно, сведениями из той предметной области, которой он занимается. Simulink является самостоятельным инструментом Matlab, и при работе с ним совсем не обязательно знать сам Matlabи остальные его приложения. С другой стороны, доступ к функциям Matlab и другим его инструментам остается открытым, и их можно использовать в Simulink.
Настоящие методические указания и сопровождаемые ими лабораторные работы не ставят целью доскональное изучение программы Simulink. Предполагается только возможность приобретения первоначальных знаний и навыков, позволяющих продолжить самостоятельное знакомство с ней. В связи с этим бóльшая часть средств программы в лабораторных работах не используется и даже не комментируется в расчете на достаточность предлагаемых инструментов для решения многих задач, а также для последующего освоения расширенного набора средств Simulink. Возможный недостаток сведений может быть успешно компенсирован с помощью собственной справочной системы Simulink и имеющихся русскоязычных руководств, например, [1,2]. Дальнейшее изложение ориентировано на применение Matlab 7.6.0 (R2008a), ноиспользование и других версий не создаст заметных трудностей при выполнении работ.
Как показывает практика, кратчайший путь к освоению программ лежит через решение конкретных задач. Поэтому разработка и изучение моделей в ходе лабораторных работ базируется в основном на приближенном к реальности примере одной из систем автоматического управления. Материал методических указаний не разбит на отдельные лабораторные работы с тем, чтобы оставалась возможность оперативного изменения их объема. Задания на выполнение работ формулируются по мере изложения сведений о программе и моделях. Заголовки заданий выделены полужирным шрифтом, а окончания формулировок отмечены знаком ▲.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ С SIMULINK
1.1. Запуск Simulink
Для запуска программы необходимо предварительно запустить пакет Matlab.На рис.1 показана часть панели инструментов основного окна пакета Matlab 7.6.0 (R2008a), содержащая ярлык запуска Simulink. Там же показана подсказка, появляющаяся в окне при наведении указателя мыши на ярлык (рис.1).
Ярлык для запуска Simulink
Рис.1
Самый быстрый (но не единственный) способ запуска Simulink – это щелчок левой клавишей мыши на ярлыке, после чего открывается окно обозревателя разделов библиотеки Simulink(рис.2).
Окно обозревателя содержит следующие элементы.
1. Заголовок с названием и кнопками свертывания-закрытия окна.
2. Меню с командами File (работа с файлами библиотек), Edit (добавление блоков и их поиск по названию), View (управление показом элементов интерфейса), Help (вывод окна справки по обозревателю).
3. Панель инструментов с ярлыками наиболее часто используемых команд.
4. Список разделов библиотеки, реализованный в виде дерева.
5. Окно содержимого раздела библиотеки (список вложенных разделов библиотеки или блоков).
6. Строка состояния.
На рис. 2 выделена основная библиотека Simulink (в левой части окна) и показаны ее разделы (в правой части окна).
Кнопки панели инструментов имеют следующее назначение (слева направо):
─ создание новой модели Simulink(S-модели),
─ открытие одной из существующих S-моделей,
─ установка и отмена режима отображения окна обозревателя
«поверх всех окон»,
─ поиск блока по названию (слева от кнопки находится окно ввода
названия, справа – кнопка опций поиска; результат
выводится в окно Search results).
Рис.2
Размеры окна обозревателя можно изменять, наводя курсор мыши на его рамку и перемещая курсор при нажатой клавише мыши. Вид окна можно изменять, пользуясь командой View.
Щелчок левой клавишей мыши на названии раздела в левой части окна или на ярлыке с названием в правой части приводит к открытию раздела – появлению изображений его блоков в правой части окна. На рис. 3 показан открытый раздел Commonly Used Blocks.
Рис. 3
1.2. Открытие окна модели
Открытие окна для работы с моделью осуществляется через команду Fileменю обозревателя или с помощью кнопок на его панели инструментов. Возможно открытие пустого окна или содержащего уже существующую модель. В первом случае окно имеет вид, показанный на рис.4. Во втором случае имя «untitled» заменяется названием существующей модели, и в окно выводится ее блок-схема. Окно модели содержит следующие элементы (см. рис. 4).
1. Заголовок с названием и кнопками свертывания-закрытия окна. Вновь создаваемому окну присваивается имя «untitled» с соответствующим номером.
2. Меню с командами File, Edit, View и т.д.
3. Панель инструментов.
4. Окно для создания схемы модели.
5. Строка, содержащая информацию о текущем состоянии модели.
Рис. 4
Команды имеют следующее назначение.
─File— работа с файлами моделей,
─Edit— изменение модели и поиск блоков,
─View— управление показом элементов интерфейса,
─Simulation— задание настроек и управление моделированием,
─Format— изменение внешнего вида блоков и модели в целом,
─Tools— применение специальных средств для работы с моделью, ─Help— вывод окон справочной системы.
Некоторые функции команд дублируются элементами панели инструментов. Наиболее употребительные из них показаны на рис. 5.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Рис 5
1 – создание новой модели (открытие пустого окна).
2 – размещение блок-схемы существующей модели в окне.
3 – сохранение модели: сохраняются изменения, внесенные в существующую модель. Для новой модели предварительно запрашивается имя файла и путь к нему. Внимание: имя файла не может превышать 32 символов, должно начинаться с буквы и не может содержать символы кириллицы и спецсимволы!Эти же требования относятся и к папкам, в которых сохраняется файл. Имя файла сопровождается расширением « .mdl ».
4 – вывод на печать блок-схемы модели.
5 – удаление выделенной части модели и размещение ее в буфере промежуточного хранения.
6 – копирование выделенной части модели в буфер промежуточного хранения.
7 – вставка в окно модели содержимого буфера промежуточного хранения.
8 – переход вперед.
9 – переход назад.
10 – переход из подсистемы в систему высшего уровня («родительскую»).
11 – отмена предшествующего изменения в модели (Undo).
12 – восстановление последнего изменения (Redo).
13 – запуск модели; после этого знак пуска заменяется знаком паузы.
14 – остановка моделирования.
15 – окно ввода времени моделирования.
В строке 5 указывается текущее состояние Simulink: Ready (Готов) или Running(Выполнение). Отображается также масштаб изображения блок-схемы в процентах, индикатор степени завершенности моделирования (появляется после запуска модели), текущее модельное время (тоже после запуска) и используемый метод расчета.
Размеры окна можно изменить подобно окну обозревателя.
1.3. Размещение в окне, удаление и настройка блоков модели
Блоки предназначены для формирования, преобразования и представления в нужной форме сигналов, отражающих состояние моделируемой системы. Блоки имеют условные графические изображения, а также снабжаются надписями и значениями констант (если таковые имеются в описании блока). Входы блока обозначаются символом « > » острием внутрь изображения блока, а выходы – острием наружу.
Для размещения блоков необходимо иметь открытые окна обозревателя и модели. Далее следует открыть нужный раздел библиотеки, найти требуемый блок и «перетащить» его в окно модели (навести на блок курсор мыши, нажать ее левую клавишу и, не отпуская, переместить курсор с блоком в требуемое место окна модели; отпустить клавишу). Тем же приемом можно перемещать блок внутри окна.
Для удаления блока нужно его выделить однократным щелчком левой клавиши мыши (при этом блок обводится прямоугольной рамкой с маркерами по углам ), а затем нажать клавишу Delete на клавиатуре.
Для изменения размеров блока нужно его выделить, установить курсор мыши в один из углов рамки блока и, нажав левую клавишу, выбрать размер, перемещая курсор. С помощью команды Format выделенные блоки можно поворачивать, снабжать тенями, изменять цвет, перемещать и удалять их надписи и т.п.
Выделение блока снимается нажатием клавиши на свободном поле окна.
Чтобы изменить параметры блока, установленные программой «по умолчанию», следует дважды щелкнуть на блоке левой клавишей мыши и внести изменения в открывшееся окно редактирования параметров (настройки) этого блока.
При вводе констант можно использовать формат c фиксированной точкой (например, 120 или 120.0) или с плавающей точкой (например, 1.2e2)
Для получения подробной справки по блоку нужно выделить его щелчком мыши в правой части окна обозревателя Simulink Library Browser, нажать кнопку Help, а затем Help on the selected block.
