ЛК 7

Лекция 7
по дисциплине
«Информационные технологии»
на тему: «Пакеты расширения MatLab.
Simulink»
Мамонова Татьяна Егоровна
http://portal.tpu.ru:7777/SHARED/s/STEPTE

Пакет расширения Simulink
Определение
Simulink
Simulink – графическая среда имитационного
моделирования, позволяющая при помощи блокдиаграмм в виде направленных графов, строить
динамические модели, включая дискретные,
непрерывные и гибридные, нелинейные и др.
системы.
Для вывода полного перечня команд Simulink надо
исполнить команду
>> help simulink
1
2
Достоинства Simulink

Интеграция одной из самых быстрых
математических систем MatLab с удобным и
мощным пакетом Simulink открывает новые
возможности использования самых современных
математических методов для решения задач
динамического и ситуационного моделирования
сложных систем и устройств.

Средства анимации Simulink позволяют строить
на его основе виртуальные физические
лаборатории с очень наглядным представлением
результатов моделирования.
3

Возможности Simulink позволяют выполнять
математическое моделирование сложных
динамических систем в физике, электро- и
радиотехнике, в биологии и химии, словом, во
всех областях науки и техники.

Есть возможность задания в блоках
произвольных математических выражений, что
позволяет подчас решать типовые задачи,
пользуясь примерами пакета Simulink и просто
задавая новые выражения, описывающие
работу моделируемых пользователем систем и
устройств.
4

Полезным свойством пакета является и
возможность задания системных S-функций и
полноценное их включение в состав библиотек
Simulink.

Имеется возможность моделирования устройств
и систем в реальном масштабе времени.

Совместно с Simulink используется ряд пакетов.
5
Особенности интерфейса Simulink
Главное меню системы имеет следующие позиции:


File – работа с файлами моделей и библиотек (их
создание, сохранение, считывание и печать).
Edit – операции редактирования, работа с буфером
промежуточного хранения и создание субсистем.
6

View – вывод или удаление панелей инструментов и
статуса.

Simulation – управление процессом моделирования
(старт, ввод паузы и вывод окна настройки параметров
симуляции).

Format – операции форматирования модели (смена
фонтов, редактирование надписей, повороты блоков,
использование тени от блоков операции с цветами
линий блоков, их фоном и общим фоном).

Tools – управление видом анализа (в линейной
области и в режиме реального времени RTW).
7
Обзор библиотеки компонентов пакета
Simulink
В состав библиотеки графических элементов
входят следующие их наборы:
 Sources – открытие окна с перечнем источников
сигналов и воздействий.

Sinks – открытие окна с перечнем
регистрирующих компонентов.

Continuous – линейные компоненты.
8

Discrete – открытие окна с перечнем дискретных
компонентов.

Math – математические компоненты.

Function&Tables – функции и таблицы.

Nonlinear – открытие окна с перечнем
нелинейных компонентов.

Signals&Systems – сигналы и системы.
9
Регистрирующие элементы Simulink
В состав виртуальных регистраторов входят:
 Scope – осциллограф для наблюдения
временных и иных зависимостей.
 XY Graph – графопостроитель в системе
полярных координат.
 Display – дисплей.
 То File – устройство, описанное в файле.
 To Workspace – устройство обзора рабочего
пространства.
 Stop Simulation – остановка симуляции.
10
Виртуальный осциллограф


Виртуальный осциллограф является самым
важным из регистрирующих устройств.
Он позволяет представить результаты
моделирования в виде временных диаграмм тех
или иных процессов в форме, напоминающей
осциллограммы современного высокоточного
осциллографа с оцифрованной масштабной
сеткой.
11
Окно параметров осциллографа
○ Number of axes – число осей (каналов)
осциллографа;
12
○ Time range – пределы временного интервала
(диапазон);
○ Tick labels – вывод/скрытие отметок по осям;
○ Sampling – установка временных
соотношений: Decimation (в десятичных
долях времени со значением по умолчанию
1) или Sample Time (в тактах эталонного
времени, по умолчанию 0).
 Параметр Number of axes (число осей)
позволяет превратить одноканальный
осциллограф в многоканальный. При этом
осциллограф приобретает несколько
входных портов, к которым можно
подключать различные сигналы.
13
Пример 1
14
Назначение кнопок панели инструментов
виртуального осциллографа
15
Обзор библиотеки Signal Routing
Наиболее используемые блоки данной библиотеки:
 Data Store Memory – запись данных с заданным
именем в память;
 Data Store Read – считывание данных с
заданным именем;
 Data Store Write – запись значений сигналов с
заданным именем;
 Мux – мультиплексирование ряда входов;
 From – прием сигнала от блока Goto;
 Goto – организация «беспроводного»
передатчика данных;
 Switch – переключатель.
16
Обзор библиотеки Math
Simulink
Блоки выполнения арифметических операций.
К числу наиболее простых математических блоков
относятся блоки арифметических операций:
вычисление абсолютного значения числа Abs,
скалярного произведения Dot Product, обычного
произведения Product, а также суммы Sum.

17
Блоки вычисления элементарных функций
Наиболее используемые три блока, выполняющие
вычисление математических функций: Math Function
(Математическая функция) Trigonometric Function
(Тригонометрическая функция) Rounding Function
(Функция округления).
Выбор конкретной вычисляемой функции осуществляется
в раскрывающемся списке. В нём имеется типовой
набор элементарных функций.

18
Блоки логических операций Logical Operation.
Эти блоки позволяют задавать любую из известных
базовых логических операций.
Могут быть заданы следующие логические операции:
○ AND – логическое умножение (операция И);
○ OR – логическое сложение (операция ИЛИ);
○ NAND – операция НЕ-И;
○ NOR – операция НЕ-ИЛИ;
○ XOR – операция сложения по модулю 2 (исключающее
ИЛИ);
○ NOT – операция логического отрицания (НЕ).

19


Блок алгебраического ограничения Algebraic Constraint.
служит для вычисления значений переменных исходя
из заданных (обычно в виде уравнения или системы
уравнений) ограничений. То есть этот блок служит для
решения систем уравнений, накладывающих
ограничения на значения переменных
20

Дифференцирующий блок Derivative
служит для численного дифференцирования входных
данных (сигналов).
21
Интегрирующий блок Integrator
выполняет функции интегрирования входных данных
(сигналов).

22
Обзор блоков функций User-Defined
Functions Simulink

Блоки функций позволяют вводить в модели
практически любые функции, что имеет большое
значение в математическом моделировании
различных объектов и систем.

Это выгодно отличает Simulink от многих систем
моделирования, в которых возможности задания
математических функций отсутствуют или
представлены слишком сложно.
23
24
Блок задания функции Fcn.
служит для задания функций одной переменной и или
ряда переменных u(i). Входным сигналом блока может
быть вектор с числом компонентов, равным числу
переменных.
В окне параметров блока имеется поле Expression
(выражение) для ввода выражения, задающего нужную
функцию. Это выражение составляется по правилам,
принятым для описания функций на языке С.

25
допустимые операторы в порядке уменьшения
приоритета их операций:
○ круглые скобки ( );
○ унарные операторы - и +;
○ оператор возведения в степень ^;
○ оператор логического отрицания !;
○ операторы арифметического умножения * и деления /;
○ операторы арифметического сложения + и вычитания -;
○ логические операторы отношения <, >, <= и >=;
○ операторы отношения «равно» = и «не равно» !;
○ оператор логического умножения && (И);
○ оператор логического сложения || (ИЛИ).
В выражениях для функций этого типа могут
использоваться и переменные системы MATLAB,
находящиеся в рабочем пространстве, например
переменная ans.

26
Блок задания функции MATLAB Fcn
служит для задания функций одной переменной и или ряда
переменных u(i) по правилам, принятым для языка
программирования базовой системы MATLAB 6.0. В
частности, это означает, что в теле функции могут
встречаться как встроенные функции системы MATLAB,
так и любые процедуры и функции, реализованные в
виде m-файлов.

27
Блок задания S-функций
одновременно самый простой и самый сложный блок.
Простой, потому что окно его параметров содержит
лишь поля для ввода наименований S-функций и её
параметров.

Сложность S-функции
обусловлена тем, что она
является вполне
самостоятельными
программами, написанными
на языках С, Ада, Фортран
и MatLab, и представлены
файлами соответствующих
форматов.
28
Спасибо за внимание