Графический интерфейс

 

Simulink предоставляет пользователям MATLAB мощное средство моделирования и исследования систем управления с обратной связью. Simulink является интерактивным инструментом, эффективно использующим графический интерфейс.

Начать работу с Simulink можно двумя способами:   

□ Щелкнуть мышью на значке Simulink в панели инструментов MATLAB.

□ Ввести Simulink в командной строке на экране.

Оба эти способа проиллюстрированы на рис. П2.1.

 

 

                              

          Рис. П2.1. Начало сеанса работы в Simulink

  

 

 После запуска Simulink на рабочем столе должно появиться окно наподобие рис. П2. 2. На рис. П2.2 изображен браузер главной библиотеки Simulink. Он показывает, какие библиотеки, структурированные в виде деревьев, установлены на компьютере.

 

 

   Рис. П2.2. Первое окно, появляющееся после запуска Simulink

                     при работе в Windows

 

В качестве упражнения, помогающего освоить Simulink, вы можете выполнить обсуждаемые далее этапы и в результате создать простую систему и приступить к ее моделированию. Сеанс работы в Simulink вы можете начать, открыв уже существующую модель или же создав новую модель. Последнее можно сделать двумя способами:

□ Щелкнув на кнопке New в панели инструментов браузера главной библиотеки;

□ Выбрав сначала New в раскрывающемся меню опции File в окне библиотеки, а затем  выбрав Model.

Эти два способа создания новой модели проиллюстрированы на рис. П2.3. Окно новой системы, изображенное на рис. П2.4, появляется на рабочем столе, по умолчанию занимая всю его площадь. При необходимости вы можете изменить его размеры и переместить в нужное положение. Сразу же после создания окну новой системы присваивается имя Untitled, но вы можете изменить его с помощью команды Save as из меню File. В этом окне производится создание модели, ее редактирование и исследование. Сохранение модели автоматически создает файл (с расширением.mdl), содержащий всю информацию, необ­ходимую для открытия модели в следующих сеансах работы в Simulink. В конце каждого сеанса работы обязательно выбирайте команду SAVE из меню File с тем, чтобы все изме­нения модели были сохранены для последующей работы.

 

 

 

 

Рис. П2.3. Создание новой модели:(a) из броузера главной библиотеки (в

              Windows),(б) из окна библиотеки

 

 

Simulink содержит стандартную библиотеку блоков, изображенную на рис. П2.2. Она составлена из подблоков в соответствии с их функциональным назначением. Эти подблоки таковы:

§ Источники сигналов (Sources);

§ Средства регистрации (Sinks);

§ Элементы дискретных систем (Discrete);

§ Элементы непрерывных систем (Continuous);

§ Математические операции (Math);

§ Функции и таблицы (Functions & Tables);

§ Нелинейности (Nonlinear);

§ Сигналы и системы (Signals & Systems).

 

                                      Рис. П2.4. Окно новой модели

 

Чтобы создать модель, вы должны взять и перенести нужные блоки из библиотеки на рабочий стол. В простом примере, который приводится ниже, вам надо скопировать блок, генерирующий синусоидальный сигнал (блок Sine Wave из библиотеки Sources), и блок индикации (блок Scope из библиотеки Sinks).

Вы можете получить доступ к блоку Sine Wave либо из браузера главной библиотеки, либо из окна библиотеки Sources. Развернув браузер главной библиотеки, как показано на рис. П2.5, (а), вы получите доступ к блоку Sine Wave. Для этого сначала войдите в Simulink, щелкнув на его имени в браузере, затем щелкните в развернувшемся меню на Sources, после этого выберите блок Sine Wave и пе­ретащите его в окно новой модели. Копия блока будет установлена в том месте окна но­вой модели, где вы оставите его изображение.

Аналогичным образом, чтобы скопировать блок Sine Wave из окна библиотеки Sources, откройте это окно (показанное на рис. П2.5, б) двойным щелчком мыши на значке Sources в окне библиотеки Simulink (см. рис. П2.2).

Примечание: вы можете открыть окно библиотеки Simulink щелчком правой кноп­ки мыши на этом имени в броузере главной библиотеки, после чего надо щелкнуть на

кнопке Open Library.

 

 

 

Рис. П2.5.  Выбор источников сигнала: (а) в броузере главной библиотеки,

              (б) в окне блоков Sources

 

На этом этапе построения модели рабочее окно будет выглядеть так, как показано на рис. П2.6, а.

    Теперь вам надо будет каким-то образом наблюдать синусоидальный сигнал, генерируемый блоком Sine Wave. Окно библиотеки Sinks содержит набор средств регистрации сигнала, включая Scope, XY Graph, Display, To Workspace и То File, как показано на рис. 7. Если вы воспользуетесь инструментами То Workspace или То File, то по окончании сеанса работы данные будут сохранены соответственно в рабочей области или в файле. В нашем примере мы используем для наблюдения сигнала инструмент Scope (индикатор).

 

 

 

Рис. П2.6. Простая система, состоящая из источника сигнала Sine Wave и

             индикатора Scope

 

 

                                 Рис. П2.7. Окно блоков Sinks

 

Блок Scope вы можете скопировать либо из браузера главной, либо из окна библиотеки Sinks. Как и в случае с биб­лиотекой Sources, развернув браузер главной библиотеки, вы получите доступ к блоку Scope. Для этого войдите в Simulink, щелкнув на его имени в браузере, затем щелкните в развернувшемся меню на Sinks, после этого выберите из библиотеки Sinks блок Scope и перетащите его в окно новой модели. Другой способ доступа к блоку Scope состоит в том, что для этого надо сделать двойной щелчок мышью на значке Sinks в окне библиотеки Si­mulink (рис. П2.2). После этой операции рабочее окно будет выглядеть так, как показано на рис. П2.6, б.

Обратите внимание, что на рис. П2. 6 окно с моделью переименовано, оно теперь имеет имя test (раньше модель имела имя untitled, как показано на рис. П2.4). Обязательно сохра­ните модель, чтобы вы могли открыть ее для исследования в следующих сеансах работы в Simulink.

Теперь задача состоит в том, чтобы соединить между собой блоки Sine Wave и Scope. Угловая скобка (>), появляющаяся у правого края блока Sine Wave — это выходной порт. Аналогично, угловая скобка (>), появляющаяся у левого края блока Scope — это входной порт. Всегда, когда такая скобка направлена к блоку, это соответствует входному порту, а если от блока — то выходному порту. Если блоки соединены, то входной и выходной пор­ты исчезают.

Чтобы соединить выходной порт блока Sine Wave с входным портом блока Scope, поместите курсор на выходной порт в правой части блока Sine Wave, при этом обратите вни­мание, что курсор принял форму крестика. Удерживая нажатой кнопку мыши, переме­щайте курсор к входному порту блока Scope. Соединительная линия при этом будет штриховой, а когда вы доведете ее до входного порта блока Scope, курсор превратится в жирный крестик, как показано на рис. П2.6, в. После этого отпустите кнопку мыши, и сое­динение между двумя портами будет установлено. Когда это произойдет, угловые скобки исчезнут и на соединительной линии появится стрелка, указывающая направление пере­дачи информации. Это отражено на рис. П2.6, г. Теперь почти все готово, чтобы начать моделирование.

Вы можете наблюдать и редактировать параметры моделирования, выбрав из меню Simulation опцию Parameters. При этом экран будет иметь вид, изображенный на рис.  П2.8. Установите время окончания моделирования (по умолчанию оно равно 10 с), равное 1000.0, как показано на рис. П2.8.  Выполнив эту операцию, закройте окно диалога нажати­ем кнопки ОК.

 

                 Рис. П2.8.   Установка параметров моделирования

 

 

Рис. П2.9. Установка частоты синусоидального сигнала =0.05 рад/с

 

Параметры синусоидального сигнала (например, частоту) вы можете задать (а при необходимости и изменить), сделав двойной щелчок мышью на блоке Sine Wave в окне модели. Диалоговое окно примет вид, изображенный на рис. П2.9. На этом рисунке показа­но, что частота синусоиды установлена равной 0.05 рад/с.

 

 

Рис. П2.10. Начало моделирования выбором опции Start из меню Simulation

 

Перед началом моделирования откройте индикатор двойным щелчком мыши на бло­ке Scope в окне модели. Далее выберите опцию Start из меню Simulation, как показано на рис. П2.10. Начнется процесс моделирования, и на экране появится изображение, приве­денное на рис. П2.11. График динамически изменяется по мере того, как блок Sine Wave ге­нерирует синусоидальный сигнал. По окончании времени моделирования изображение на экране будет выглядеть так, как показано на рис. П2.11.

Теперь вы закончили создание простой модели и провели первый эксперимент. Пе­ред тем, как выйти из Simulink, не забудьте выбрать из меню File опцию Save, чтобы со­хранить всю информацию о модели для последующей работы.

 

Рис. П2.11.  Результат моделирования простой системы из источника сигнала

                 Sine Wave и индикатора Scope. Частота сигнала рад/с

 

 

Закончить сеанс работы в Simulink вы можете, выбрав из меню File опцию Close. По­сле этого у вас есть возможность продолжить работу в MATLAB, вернувшись в коман­дную строку. Если вам нужно закончить работу только в Simulink, но не в MATLAB, про­сто закройте все окна Simulink. Если же нужно выйти и из Simulink и из MATLAB, то вы­берите команду Exit MATLAB. Для анализа и синтеза систем управления Simulink предоставляет пользователю набор блоков с передаточными функциями и моделями в переменных состояния. Например, популярный ПИД-регулятор можно найти в библиотеке Simulink Extras.

 

                                              

Библиотеки Simulink

Continuous-Непрерывные:

· Derivative-Производная

· Integrator-Интегратор

· State-space-Пространственное состояние

· Transfer Fcn-Передача(перемещение) Fcn

· Transport Delay-Задержка перемещения

· Variable Transport Delay-Переменная задержка перемещения

· Zero-Pole-Нули-полюса

Discontinuities-Неоднородности (резкие изменения):

· Backlash-Обратная реакция

· Coulomb & Viscous Friction-Кулон и вязкое трение

· Dead Zone-Зона нечувствительности

· Hit Crossing-Пересечение удара

· Quantizer-Дискретизирование

· Rate Limiter-Ограничитель коэффициента

· Relay-Реле

· Saturation-Насыщение

Discrete-Дискретные:

· Discrete Transfer Fcn-Дискретное перемещение Fcn

· Discrete Zero-Pole-Дискретный нулевой полюс

· Discrete Filter-Дискретный Фильтр

· Discrete State-Space-Дискретное пространственное состояние

· Discrete-Time Integrator-Интегратор в дискретном времени

· First-Order Hold-Фиксация первого порядка

· Memory-Память

· Unit Delay-Задержка в один образцовый период

· Zero-Order Hold-Фиксация нулевого порядка

Look-Up Tables-Таблицы поиска:

· Direct Look-Up Table (n-D) - N-мерный прямой стол поиска

· Interpolation (n-D) using PreLook-Up - n-мерный поиск по таблице интерполяции с использованием заранее рассчитанных индексов

· Look-Up Table-Стол поиска

· Look-Up Table (2-D)- Двухмерный стол поиска

· Look-Up Table (n-D)- N-мерный стол поиска

· PreLook-Up Index Search-Предшествующий поиск индекса

Math Operations-Математические действия:

· ABS-Модуль

· Algebraic Constraint- Алгебраическое ограничение

· Assignment- Назначение

· Bitwise Logical Operator-Битовый логический оператор

· Combinatorial Logic- Комбинационная логика

· Complex to Magnitude-Angle- Комплекс к углу величины

· Complex to Real-Imag- Комплекс к реальному изображению

· Dot Product-Точечный Продукт

· Gain- Увеличение

· Logical Operator-Логические операторы

· Magnitude-Angle to Complex-Создать комплексный выход из модуля и/или аргумента входа.

· Math Function- Математические функции

· Matrix Concatenation- Матричная связь

· Matrix Gain- Матричное увеличение

· MinMax- Вывести минимум или максимум

· Polynomial- Полиноминал

· Product-Умножить или разделить входы

· Real-Imag to Complex-Создать комплексный выход из действительного и/или мнимого входа.

· Relational Operator- Относительный Оператор

· Reshape-Изменить

· Rounding Function-Операции округления

· Sign-Признак

· Slider Gain-Увеличение скольжения

· Sum-Добавить или вычесть

· Trigonometric Function-Тригонометрические и гиперболические функции

Model Verification-Модели проверки (верификации):

· Assertion-Утверждение

· Check Discrete Gradient- Утверждение дискретного градиента

· Check Dynamic Gap- Утверждение динамического промежутка

· Check Dynamic Range- Утверждение динамического диапазона

· Check Static Gap- Утверждение статического промежутка

· Check Static Range- Утверждение статического диапазона

· Check Dynamic Lower Bound-Утверждение, что один сигнал всегда меньше другого

· Check Dynamic Upper Bound- Утверждение, что один сигнал всегда больше другого

· Check Input Resolution-Утверждение, что входной сигнал имеет заданное разрешение

· Check Static Lower Bound-Утверждение, что входной сигнал больше статической нижней границы

· Check Static Upper Bound: Утверждение, что входной сигнал меньше статической верхней границы

Model-Wide Utilities-Моделированно-широкие утилиты:

· DocBlock- Блок, который сохраняет длинный текст

· Model Info- Модель информаций

· Timed-Based Linearization-Линеаризация в заданное время

· Trigger-Based Linearization-Линеаризация модели в рабочей области

Ports & Subsystems-Порты и подсистемы:

· Configurable Subsystem- Конфигурируемая подсистема

· Atomic Subsystem- Атомная подсистема

· Enable- Позволить

· Enabled Subsystem- Позволенная подсистема

· Enabled and Triggered Subsystem- Позволенная и вызванная подсистема

· For Iterator Subsystem- Для итераторных подсистем

· Function-Call Generator- Генератор запроса функции

· Function-Call Subsystem- Подсистема запроса функции

· If- Если

· If Action Subsystem- Если подсистема действия

· In1-В 1

· Out1-Из 1

· Subsystem- Подсистема

· Subsystem Examples- Примеры подсистем

· Switch Case- Случай выключателя

· Switch Case Action Subsystem- Подсистема действия случая выключателя

· Trigger-Триггер

· Triggered Subsystem- Триггерная подсистема

· While Iterator Subsystem - Шаблон блока подсистемы, содержащий итератор while

Signal Attributes-Признаки сигнала:

· Data Type Conversion- Преобразователь типа данных

· IC- Начальное условие для сигнала

· Probe- Исследование

· Rate Transition - Переход уровня

· Signal Specification- Спецификация сигнала

· Width- Ширина

Signal Routing-Направление сигнала:

· Bus Creator -Создает сигнал шины

· Bus Selector- Блок принимает вход от Mux или блока сигнала шины

· Data Store Memory- Память хранения данных

· Data Store Read - Чтение значений из указанного источника данных

· Data Store Write- Запись значений в указанный источник данных

· Demux- Демультиплексор

· From- От

· Goto- Из

· Goto Tag Visibility- Используется в сочетании с блоками “Переход” и “Из” для задания видимости ограниченных тегов

· Manual Switch- Ручной переключатель

· Merge- Слияние

· Multiport Switch- Многоходовой переключатель

· Mux- Мультиплексор

· Selector- Отборщик

· Switch- Переключаталь

Sinks-Запись:

· Display- Показ

· Floating Scope- Плавающие возможности

· Out1- Выход 1

· Scope- Возможность

· Stop Simulation-Остановить эмуляцию

· Terminator: Завершение

· To File- Запись в файл

· To Workspace- Записать вход в указанный массив

· XY Graph-Осциллограф XY

Sources-Источники:

· Band-Limited White Noise- Белый шум для непрерывных систем

· Chirp Signal- Сигнал Chirp

· Clock- Время

· Constant- Константы

· Digital Clock- Цифровые часы

· From Workspace- Из рабочей области MATLAB

· From File- Из файла

· Ground- Заземление

· In1- В 1

· Pulse Generator- Генератор импульсов

· Ramp- Скат

· Random Number- Случайный номер

· Repeating Sequence- Повторение последовательности

· Signal Generator- Генератор сигнала

· Signal Builder- Строитель сигнала

· Sine Wave- Волна синуса

· Step- Генерация ступеньки

· Uniform Random Number- Генерация равномерно распределенного случайного сигнала

User-Defined Functions - Определяемые пользователем функции:

· Fcn- Функция

· MATLAB Fcn- Функции MATLAB

· S-Function- S-функция

· S-Function Builder- Строитель S-функции