Цель работы: ознакомиться с принципами работы в Simulink (окна, меню опций, кнопки управления, элементы контроля); изучить приемы построения S-моделей и основные правила их редактирования.
Теоретические сведения
Simulink – интерактивный инструмент для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Он дает возможность строить графические блок-диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем и совершенствовать проекты.
Программа Simulink является приложением к пакету MatLab. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым, пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области, в которой он работает.
Simulinkявляется достаточно самостоятельным инструментом MatLab и при работе с ним совсем не требуется знать сам MatLab и остальные его приложения. С другой стороны доступ к функциям MatLab и другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink.Часть входящих в состав пакетов имеет инструменты, встраиваемые в Simulink(например, LTI-Viewer приложения Control System Toolbox –пакета для разработки систем управления). Имеются также дополнительные библиотеки блоков для разных областей применения (например, Power System Blockset – моделирование электротехнических устройств, Digital Signal Processing Blockset – набор блоков для разработки цифровых устройств и т.д).
При работе с Simulinkпользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки блоков.
При моделировании пользователь может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки Simulink. Результаты моделирования могут быть представлены в виде графиков или таблиц.
Преимущество Simulink заключается также в том, что он позволяет пополнять библиотеки блоков с помощью подпрограмм написанных как на языке MatLab,так и на языках С + +, Fortran и Ada.
1 Обозреватель разделов библиотеки Simulink
Окно обозревателя библиотеки блоков содержит следующие элементы (рис.1):
1. Заголовок, с названием окна – Simulink Library Browser.
2. Меню, с командами File, Edit, View, Help.
3. Панель инструментов, с ярлыками наиболее часто используемых команд.
4. Окно комментария для вывода поясняющего сообщения о выбранном блоке.
5. Список разделов библиотеки, реализованный в виде дерева.
6. Окно содержимого раздела библиотеки (список вложенных разделов библиотеки или блоков).
7. Строка состояния, содержащая подсказку по выполняемому действию.
На рис.1 выделена основная библиотека Simulink (в левой части окна) и показаны ее разделы (в правой части окна).
Библиотека Simulinkсодержит следующие основные разделы:
1. Continuous – линейные блоки.
2. Discrete – дискретные блоки.
3. Functions & Tables – функции и таблицы.
4. Math – блоки математических операций.
5. Nonlinear –нелинейные блоки.
6. Signals & Systems– сигналы и системы.
7. Sinks – регистрирующие устройства.
8. Sources – источники сигналов и воздействий.
9. Subsystems –блоки подсистем.
Список разделов библиотеки Simulink представлен в виде дерева, и правила работы с ним являются общими для списков такого вида:
˗ пиктограмма свернутого узла дерева содержит символ "+", а пиктограмма развернутого содержит символ "-";
˗ для того чтобы развернуть или свернуть узел дерева, достаточно щелкнуть на его пиктограмме левой клавишей мыши (ЛКМ).
При выборе соответствующего раздела библиотеки в правой части окна отображается его содержимое (рис.1).
Рисунок 1 – Окно обозревателя с набором блоков раздела библиотеки
Для работы с окном используются команды собранные в меню. Меню обозревателя библиотек содержит следующие пункты:
˗ File (Файл) – работа с файлами библиотек;
˗ Edit (Редактирование) – добавление блоков и их поиск (по названию);
˗ View (Вид) – управление показом элементов интерфейса;
˗ Help (Справка) – вывод окна справки по обозревателю библиотек.
Для работы с обозревателем можно также использовать кнопки на панели инструментов (рис.2).
Кнопки панели инструментов имеют следующее назначение:
1. Создать новую S-модель (открыть новое окно модели).
2. Открыть одну из существующих S-моделей.
3. Изменить свойства окна обозревателя. Данная кнопка позволяет установить режим отображения окна обозревателя "поверх всех окон”. Повторное нажатие отменяет такой режим.
4. Поиск блока по названию (по первым символам названия). После того как блок будет найден, в окне обозревателя откроется соответствующий раздел библиотеки, а блок будет выделен. Если же блок с таким названием отсутствует, то в окне комментария будет выведено сообщение Not found <имя блока> (Блок не найден).
2 Окно модели Simulink
Окно модели содержит следующие элементы:
1. Заголовок, с названием окна. Вновь созданному окну присваивается имя Untitledс соответствующим номером.
2. Меню с командами File, Edit, View и т.д.
3. Панель инструментов.
4. Окно для создания схемы модели.
5. Строка состояния, содержащая информацию о текущем состоянии модели.
Меню окна содержит команды для редактирования модели, ее настройки и управления процессом расчета, работы файлами и т.п.:
˗ File (Файл) – работа с файлами моделей;
˗ Edit (Редактирование) – изменение модели и поиск блоков;
˗ View (Вид) – управление показом элементов интерфейса;
˗ Simulation (Моделирование) – задание настроек для моделирования и управление процессом расчета;
˗ Format (Форматирование) – изменение внешнего вида блоков и модели в целом;
˗ Tools (Инструментальные средства) – применение специальных средств для работы с моделью (отладчик, линейный анализ и т.п.);
˗ Help (Справка) – вывод окон справочной системы.
Для работы с моделью можно также использовать кнопки на панели инструментов (рис.3).
Рисунок 3 – Панель инструментов окна модели
Кнопки панели инструментов имеют следующее назначение:
1. New Model – Открыть новое (пустое) окно модели.
2. Open Model – Открыть существующий mdl-файл.
3. Save Model – Сохранить mdl-файл на диске.
4. Print Model – Вывод на печать блок-диаграммы модели.
5. Cut – Вырезать выделенную часть модели в буфер промежуточного хранения.
6. Copy – Скопировать выделенную часть модели в буфер промежуточного хранения.
7. Paste – Вставить в окно модели содержимое буфера промежуточного хранения.
11. Toggle Model Browser – Открыть окно обозревателя модели.
12. Go to parent system – Переход из подсистемы в систему высшего уровня иерархии (“родительсую систему”). Команда доступна только, если открыта подсистема.
13. Debug – Запуск отладчика модели.
14. Start/Pause/Continue Simulation – Запуск модели на исполнение (команда Start); после запуска модели на изображении кнопки выводится символ , и ей соответствует уже команда Pause (Приостановить моделирование); для возобновления моделирования следует щелкнуть по той же кнопке, поскольку в режиме паузы ей соответствует команда Continue (Продолжить).
15. Stop – Закончить моделирование. Кнопка становится доступной после начала моделирования, а также после выполнения команды Pause.
16. Normal/Accelerator – Обычный/Ускоренный режим расчета. Инструмент доступен, если установлено приложение Simulink Performance Tool.
В нижней части окна модели находится строка состояния, в которой отображаются краткие комментарии к кнопкам панели инструментов, а также к пунктам меню, когда указатель мыши находится над соответствующим элементом интерфейса. Это же текстовое поле используется и для индикации состояния Simulink: Ready (Готов) или Running (Выполнение). В строке состояния отображаются также:
˗ масштаб отображения блок-диаграммы (в процентах, исходное значение равно 100%);
˗ индикатор степени завершенности сеанса моделирования (появляется после запуска модели);
˗ текущее значения модельного времени (выводится также только после запуска модели);
˗ используемый алгоритм расчета состояний модели (метод решения).
3 Библиотека блоков Simulink, используемых в данной работе
, и ей соответствует уже команда Pause (Приостановить моделирование); для возобновления моделирования следует щелкнуть по той же кнопке, поскольку в режиме паузы ей соответствует команда Continue (Продолжить).