Қазақстан Республикасының


Тема «Основные приемы моделирования с использованием Simulink»



жүктеу 0.78 Mb.
бет2/6
Дата24.09.2017
өлшемі0.78 Mb.
1   2   3   4   5   6

5.2 Тема «Основные приемы моделирования с использованием Simulink»




5.2.1 Цель и содержание работы

Целью работы является ознакомление с интерактивной системой моделирования SIMULINK, с принципами построения схем моделирования.



5.2.2 Краткие теоретические сведения

Система MATLAB содержит пакет библиотек Simulink, которая используется для моделирования динамических систем. Для запуска программы Simulink необходимо предварительно запустить пакет MATLAB. После открытия основного окна (Рисунок 1) запуск Simulink можно осуществить несколькими способами:

– набрать в командном окне команду Simulink и нажать Enter;

– нажать соответствующую кнопку на панели инструментов;

– выполнить команду Open.. меню File и открыть файл модели;

– нажать кнопку Start в нижней части окна и выбрать из списка Simulink и запустить Library Browser.



Рисунок 1 – Рабочий стол системы MATLAB
На экране появится окно Simulink (Рисунок 2) с перечнем библиотек элементов и систем, доступных для моделирования.

Открывать окно браузера нужно в тех случаях, когда либо создается новая модель, либо в имеющуюся модель добавляются новые блоки из библиотеки. Окно браузера библиотеки Simulink (рисунок 2, сверху вниз) содержит:



    • панель с названием окна – Simulink Library Browser;

    • панель меню;

    • панель инструментов с кнопками;

    • окно с названием выбранного раздела библиотеки;

    • левое окно со списком разделов библиотеки (содержание окна на рис. 2 выведено частично, не в полном объеме из-за ограниченности размера по вертикали);

    • правое окно для вывода содержания открытого раздела или подраздела библиотеки в виде пиктограмм;

    • строку состояния окна.

При вызове окна браузера автоматически открывается раздел библиотеки Simulink в левой (подстрочное подменю в виде дерева) и правой (пиктограммы подразделов) частях окна. Список разделов библиотеки Simulink представлен в виде дерева, и правила рабо­ты с ним являются общими для списков такого вида. При выборе соответствующего раздела библиотеки в правой части окна ото­бражается его содержимое.

На панели меню окна браузера имеются 4 меню (рисунок 2):



    • File (Файл) — работа с файлами библиотеки: создание новой модели, открытие или закрытие mdl-файла.

    • Edit (Редактирование) — добавление блоков в выделенную модель и их поиск по указанному названию.

    • View (Вид) — управление показом элементов интерфейса.

    • Help (Помощь) — вызов справки по окну браузера.

Кнопки, располагающиеся на панели инструментов окна браузера:

    • Create a new model — Создать новую модель (открыть окно модели).

    • Open a model — Открыть одну из ранее созданных и сохраненных моделей.

    • Stay on top — Расположить окно браузера поверх других открытых окон.

    • Find — Найти блок, название которого набирается в расположенном справа от кнопки текстовом поле (допустимо набирать первые несколько символов названия).




Рисунок 2 – Обозреватель библиотеки блоков
Окно для создания S-модели

Сразу отметим, что под S-моделью понимается модель, созданная в Simulink, а под SPS-моделью – модель, созданная в SimPowerSystems. Выбор опции меню File/New окна Simulink (или используя кнопку на панели инструментов) позволяет открыть новое окно, в котором можно путем перетаскивания элементов из окон библиотек Simulink создавать и редактировать моделируемую схему. Вновь созданное окно модели показано на рисунке 3.

Окно модели содержит следующие области:


    • панель названия окна или имени модели;

    • панель меню;

    • панель инструментов;

    • окно для непосредственного создания модели;

    • строка состояния, содержащая сведения о состоянии модели.



1

2

8

9

5

6

3

4

7

10

11

Рисунок 3 – Окно для создания S-модели

Вновь открытое окно модели имеет имя Untitled— «Без названия» с соответствующим номером, если открыты несколько окон модели. При сохранении созданной модели в виде mdl-файла через пункты меню File-Save as… открывается окно сохранения в папку Work системы MATLAB. В нижнем текстовом окне следует набрать название модели и выполнить операцию сохранения. Название должно начинаться с букв (использовать только латинский шрифт) и содержать при необходимости цифры. В качестве разделителя допускается использовать только черту подчеркивания (например, Diod_3_04). После того, как выполнено сохранение, название модели автоматически присваивается в качестве названия окну.

Меню содержат опции для настройки, редактирования модели, управления процессом моделирования и т. п.:


    • File (Файл) – работа с mdl-файлом модели, а также открытие нового окна для создания модели;

    • Edit (Редактирование) – изменение модели и поиск блоков;

    • View (Вид) – управление изображением элементов модели;

    • Simulation (Моделирование) – настройки процессов моделирования и расчета;

    • Format (Форматирование) – настройка внешнего вида блоков и модели в целом;

    • Tools (Инструментальные средства) – применение специальных средств для работы с моделью;

    • Help (Помощь) – вызов справки по Simulink, блокам, S-функциям и т. п.

При работе с моделью целесообразно пользоваться кнопками панели инструментов, основные из которых пронумерованы (рисунок 3). Не проставлены номера у кнопок с общепринятыми обозначениями. Приведем перечень пронумерованных кнопок:

    • Start-Pause-Continue Simulation – запуск процесса моделирование-пауза-продолжение (при каждом нажатии рисунок на кнопке меняется.

    • Stop – закончить моделирование. Кнопка становится доступной после начала моделирования.

    • «10» – продолжительности процесса моделирования.

    • Normal/Accelerator/External – обычный/ускоренный режим расчета Работает, если установлено приложение Simulink Performance Tool

    • Build all – создать исполняемый код модели (exe.файл) с помощью Real Time Workshop (Мастерская реального времени).

    • Update diagram – обновить окно модели.

    • Build Subsystem – создать исполняемый код подсистемы.

    • Library Browser – открыть окно браузера – обозревателя библиотеки блоков.

    • Toggle Model Browser – открыть дополнительное окно обозревателя модели.

    • Go to parent system – переход в подсистему высшего уровня иерархии.

    • Debug – запуск отладчика модели.

В строке состояния располагаются комментарии к задействованным кнопкам инструментов и к пунктам меню, на которых находится указатель мыши. В этой строке отражается состояние Simulink: Ready (Готов), Running (Выполнение), а также:

    • масштаб изображения блоков;

    • индикатор продолжительности процесса моделирования;

    • текущее значение модельного времени;

    • используемый решатель дифференциальных уравнений.

Построение S-модели

Окно модели открыто. Вызовем окно браузера кнопкой. Соберем простейшую схему — источник постоянного напряжения 10 В и измеритель этого напряжения. Для этого в разделе Simulink щелкнем в правой части окна ЛК мыши по значку «+» слева внизу около пиктограммы Source или в левой части на строчке Source дерева. Пиктограммы разделов заменятся на пиктограммы блоков раздела Source (рис. 4а). Найдем пиктограмму блока Constant (Источник постоянного сигнала), поместим на него указатель мыши и, нажав ЛК мыши, переместим блок в окно модели и отпустим ЛК. Пиктограмма блока, точнее, ее копия, останется в окне модели (рис. 5а). Это же перемещение можно осуществить так. Выделяется пиктограмма щелчком ЛК мыши и затем в окне браузера выполняется действие в меню Edit/Add to the current model. Выбранный блок сам переместится в окно модели. Вновь щелчком ЛК мыши в левой части браузера по пиктограмме Sinks вызовем в правой части набор пиктограмм блоков этого подраздела (рис. 4б). Найдем измерительный блок Display (Цифровой вольтметр). Перетащим пиктограмму с помощью ЛК мыши в окно модели (рис. 5б). Теперь необходимо соединить оба блока, чтобы собрать схему измерения. У блока Constant справа имеется «воронка» (маленький треугольник), направленная наружу (выход имеется у всех источников), а у блока Display она расположена слева и направлена внутрь (вход имеется у всех приемников).



Рисунок 4. Окно источников Sources (а) и приемников Sinks (б) сигналов в окне браузера Simulink
Соединение блоков возможно двумя способами:

  • подвести указатель мыши к выходу блока, стрелка превратится в крест, нажать ЛК мыши, протянуть крест прямо к входу другого блока и отпустить ЛК;

  • установить указатель мыши на пиктограмму блока Constant, нажать ЛК мыши и клавишу Ctrl, первую из которых отпустить, а вторую держать нажатой до конца операции соединения, переместить указатель мыши на пиктограмму блока Display и вновь нажать ЛК мыши и отпустить вместе с клавишей Ctrl.

В результате операции между блоками возникнет связь в виде соединительной линии со стрелкой, направленной к входу блока Display (рис. 5в). Теперь необходимо настроить блоки. У блока Constant выставляется выходное напряжение 10 В. При двойном щелчке ЛК мыши по пиктограмме этого блока открывается окно настройки Block parameters: Constant. В текстовом окне Constant value с клавиатуры надо исправить 1 на 10 (рис. 5г). Сохраняется введенное значение нажатием ЛК мыши кнопки Apply (окно при этом не закрывается) или кнопки Ok (введенное значение сохранится, а окно закроется). В пиктограмме блока Constant вместо 1 появится 10 (рис. 5д). Блок Display можно не настраивать, хотя настройки у него также имеются. Для запуска построенной модели следует нажать кнопку запуска Н. Процесс моделирования в такой задаче выполняется относительно быстро, что видно по изменениям надписей на строке состояния окна. По окончании на экране блока Display появляется результат измерения, равный 10 (рис. 5е).

Рисунок 5 – Порядок построения S - модели


Итак, порядок действий при построении S-модели следующий:

    • вызвать окно браузера и окно модели и разнести их на «Рабочем столе»;

    • переместить необходимые блоки из библиотеки Simulink в окно модели и расположить их так, чтобы было удобно соединять между собой;

    • произвести необходимые соединения блоков;

    • выполнить настройку блоков, вызвав окно параметров у каждого блока;

    • запустить модель;

    • при необходимости сохранить модель в качестве mdl-файла;

    • закрыть по очереди все окна и библиотеки Simulink, а при необходимости выйти из MATLAB осуществить это действие через меню File/Exit MATLAB.

Основные операции при редактировании S-модели:

    • выделение (активация) блока (соединительной линии), необходимое перед выполнением какого-либо действия, требует установить указатель мыши на объект и щелкнуть ЛК мыши, чтобы появились маркеры в виде черных маленьких квадратов в углах пиктограммы (на концах линии);

    • копирование блоков выполняется в окне модели установкой указателя мыши на пиктограмму, нажатием ПК мыши, вытягиванием копии блока в нужное место окна и отпусканием ПК (в названии скопированного блока появляется порядковый номер, а сам он отключается от схемы);

    • перемещение объекта (блока или соединительной линии) осуществляется через выделение его и перетягивание с помощью ЛК мыши в заданное место окна (у линии возможно образование петли, но при этом имеющееся соединение с другими блоками не разрывается);

    • удаление объекта предполагает его первоначальное выделение ЛК мыши с последующим нажатием кнопки Delete на клавиатуре компьютера (при наличии соединения удаляемого блока с другим блоком линия соединения останется, но изменит свой цвет, станет пунктирной и должна быть либо удалена отдельно, либо подключена к другому блоку путем подтягивания стрелки к входу при нажатой ЛК мыши);

    • соединение блоков между собой реализуется двумя способами описанными ранее;

    • ответвление от соединительной линии для подключения к выходу одного блока входов двух или более блоков осуществляется после создания обычного соединения, на полученную линию в точку ответвления устанавливается указатель мыши и за счет ПК делается ответвление с протягиванием его к входу второго блока;

    • вставка блока в соединение возможна при наличии у него одного входа и одного выхода и выполняется перемещением блока с установкой в нужное место соединительной линии, длина которой должна превышать длину блока;

    • изменение размеров блока выполняется после его выделения растягиванием за один из угловых маркеров (при подведении к маркеру указателя, превращающемся в двунаправленную стрелку) с помощью ЛК мыши. При работе с блоками можно изменять пиктограммы и их окраску, разворачивать на плоскости, изменять и перемещать их названия (блочные подписи), шрифт текста и т. д. Эти действия сгруппированы в меню Format окна модели.


Основные разделы библиотеки Simulink

Основная библиотека системы Simulink содержит следующие разделы:



    • Commonly Used Blocks - часто используемые блоки;

    • Continuous - блоки аналоговых элементов;

    • Discontinuities - нелинейные блоки;

    • Discrete - дискретные блоки;

    • Logic and Bit Operations - блоки логических и битовых операций;

    • Look-Up Tables - блоки таблиц;

    • Math Operations - блоки математических операций;

    • Model Verification - блоки верификации сигналов;

    • Model-Wide Utilities - раздел вспомогательных утилит;

    • Ports & Subsystems - порты и подсистемы;

    • Signal Attributes - блоки получения свойств сигналов;

    • Signal&Routing - блоки преобразования сигналов и вспомогательные блоки;

    • Sinks - приемники сигналов;

    • Sources - источники сигналов;

    • User-defined Function - функции пользователя;

    • Additional Math & Discrete.

Рассмотрим основные блоки библиотеки Simulink, которые используются при построении системы в данном заданиие. Вызовем последовательно из окна браузера Simulink Library Browser библиотеку Simulink.

Элемент Постоянная (Constant) позволяет задавать постоянный сигнал в системе. Несколько постоянных позволяют наблюдать сразу на одном осциллографе несколько переменных в разных точках схемы, разнеся их на экране по вертикали.

Элемент Дисплей (Display) показывает значение сигнала в некоторой точке схемы моделирования.

Элемент Дискретный генератор импульсов (Discrete Pulse Generator) генерирует периодический импульсный сигнал.

Элемент Осциллограф (Scope) позволяет визуально наблюдать постоянные или изменяющиеся во времени сигналы в схеме моделирования.

Элемент Часы (Clock) является своего рода секундомером, производящим отсчет времени в системе и позволяющим синхронизировать все процессы в схеме моделирования

Элемент Буфер (To Workspace) позволяет запоминать изменяющиеся значения переменной в рабочем пространстве в виде вектора с соответствующим названием.

Выбор опции меню Моделирование/Старт (Simulation/Start) или нажатие на кнопку с изображением черного треугольника в окне my моделирования произведет запуск процесса моделирования, после чего результаты моделирования могут быть проконтролированы.

Элемент Дисплей (Display) должен показать величину, поступающую к нему на вход с выхода элемента.

Элемент Осциллограф (Scope) при двойном нажатии на нем левой кнопкой мыши должен отобразить сигнал, поступающий к нему на вход с выхода элемента.

5.2.3 Задание по вариантам

Для закрепления материала, каждому студенту необходимо выполнить следующее:

1. Для работы создайте собственное окно для моделирования и сохраните его под своим именем (например, Ivanov.mdl). Используя библиотеки Источники (Sources) и Соединения (Sinks) соберите в окне моделирования указанные на рисунке 6 элементы и выполните необходимые соединения между ними.

2 Измените стандартные параметры дискретного генератора импульсов (амплитуду и период) и значения массива постоянного сигнала, поступающего на вход сумматора (Sum).

3 Продемонстрируйте вид сигнала, поступающего на вход Осциллографа (Scope). Приведите графики сразу нескольких выходных сигналов, полученные с использованием элемента осциллограф.

4 Постройте графики выходных сигналов с помощью функции plot (t,x).

5 Оформить отчёт в соответствии с общими требованиями работы.

Структура построения отчета:

– титульный лист согласно общим требованиям оформления отчётов;

– название и цель работы;

– схема моделирования;

– результаты моделирования в форме временных диаграмм с указанием единиц измерения переменных и их значений их величин

– сохраненный результат работы (*.mdl файл).

Рисунок 6 – Схема моделирования





Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет