2. Обзор программных средств моделирования систем

Программный комплекс «Моделирование в технических устройствах» (МВТУ) – современная среда интеллектуальной САПР, предназначенная  для детального исследования и анализа нестационарных процессов в системах автоматического управления, в ядерных и тепловых энергоустановках, в следящих приводах и роботах, в любых технических системах, описание динамики которых может быть реализовано методами структурного моделирования, является альтернативой программным продуктам Simulink, VisSim, MATRIXx и др. Программный комплекс МВТУ представляет собой динамично развивающийся проект. Фактически каждую неделю компилируется новый вариант с дополнениями исправлениями и улучшениями. А появившийся летом 2004 г. встроенный язык программирования, существенно расширил возможности пакета.

Зачастую неопытные пользователи при выборе пакета для моделирования ориентируются на западные пакеты типа VisSim и Simulink, руководствуясь при этом следующими рассуждениями. Допустим, пользователю нужно моделировать регулятор нечеткой логики. Пакет «X» имеет средства для работы с нечеткой логикой, а пакет «Y» не имеет. Какой пакет выбрать? Подразумевая очевидный ответ, что выбирать нужно Simulink. На самом деле такой выбор сильно ограничивает возможности, вынуждая решать задачу так, как ее решают разработчики западного пакета, создающие соответствующие блоки. К тому же Simulink по скорости счета отстает от пакета МВТУ как минимум на порядок, даже при решении простых задач, а в случае серьезных моделей отставание нарастает пропорционально сложности.

VisSim –программное обеспечение для симуляции систем. Имеет частотные, корневые, вариационные, нейронные инструменты оценки качества, устойчивости, синтеза, коррекции, оптимизации, линеаризации, отладки объектов в контуре модели и программирования цифровых сигнальных процессоров.

VisSim имеет решатель интерпретирующего типа, функционирующий в динамическом режиме с возможностью online-взаимодействия с оборудованием реального времени. В состав пакета решателя VisSim входят: явные решатели – для решения дифференциальных уравнений, неявные – для решения алгебраических уравнений, а так же оптимизаторы – для итерационного подбора параметров. Интерпретатор VisSim позволяет автоматически создавать С-код промышленного качества (в том числе с фиксированной точкой для цифровых сигнальных процессоров). Динамические модели систем в VisSim описываются иерархическими структурными схемами (блок-схемами), называемыми иначе направленными сигнальными графами, т.е. VisSim является инструментальной средой визуального проектирования. Возможности управления потоком исполнения модели заключены в свободном выборе величин локальных шагов симуляции (для НЧ-фрагментов модели) и в программировании серии повторных симуляций (либо для оптимизации, либо для изучения поведения модели в условиях случайных возмущений). Для поддающихся линеаризации фрагментов модели VisSim выполняет следующие виды символьного анализа: определение коэффициентов передаточной функции и ABCD-матриц пространства состояний, определение нулей и полюсов передаточных функций, билинейное преобразование (переход от линейных систем к дискретным и обратно). Опираясь на результаты линеаризации модели, VisSim выполняет корневой анализ (годограф корней) и частотный (ЛАЧХ и ЛФЧХ, годограф Найквиста). Также VisSim имеет мастера для генерации коэффициентов классических линейных фильтров (Бесселя, Баттерворта, Чебышева, инверсного Чебышева) и дискретных. Базовая библиотека блоков VisSim (в списке менее 100 позиций) не требует дальнейшего расширения. Пользователю предоставлена возможность определить собственную библиотеку моделей. Расширения пакета (Add-Ons) включают библиотеки с моделями устройств электропривода, систем связи и целочисленной математики (для DSP).

Для моделирования поведения динамических систем, к которым относятся экипажи подвижного состава, используются ЭВМ. Существует большое количество алгоритмических языков, на которых может быть выполнено решение задачи. Выбор того или иного языка программирования зависит от многих условий. Часто решающую роль оказывает удобство программирования, наличие проверенных математических методов, легкость представления результатов моделирования. Такими особенностями обладает пакет MATLAB, содержащий в своем составе инструмент визуального моделирования Simulink.

Simulink сочетает в себе наглядность аналоговых машин и точность цифровых вычислительных машин. Simulink обеспечивает пользователю доступ ко всем возможностям пакета MATLAB, в том числе к большой библиотеке численных методов.

Simulink – это интерактивная система для анализа линейных и нелинейных динамических систем, это графическая система настроенная на использование «мыши». Она позволяет моделировать систему простым перетаскиванием блоков в рабочую область и последующей установкой их параметров. Simulink может работать с линейными, нелинейными, непрерывными, дискретными, многомерными системами.