Лекция №4 simulink, как удобное средство цифрового моделирования динамических объектов и систем Общая характеристика Simulink
В наши дни компьютерная математика находится на этапе быстрого развития. Она породила специальные программные средства – системы компьютерной математики (СКМ). Среди СКМ выделяется математическая система MATLAB – одна из самых эффективных среди систем для численных вычислений. MATLAB имеет мощные средства диалога, графики и комплексной визуализации вычислений. Система MATLAB предлагается разработчиками (корпорация The Math Works, Inc.), как лидирующий на рынке язык программирования высокого уровня для технических вычислений, расширяемый большим числом пакетов прикладных программ – расширений (их существует свыше сотни). Самым известным из них стало расширение Simulink, обеспечивающее блочное имитационное моделирование различных систем и устройств с применением современной технологии визуально-ориентированного программирования.
Особенностью расширения Simulink является то, что в нем реализована возможность решения линейных и нелинейных дифференциальных уравнений численными методами. Для нас это важный момент, так как мы уже говорили, что нам надо будет моделировать динамические объекты, которые описываются дифференциальными уравнениями, а получение решения многих дифференциальных уравнений часто оказывается очень громоздким, так что практическая польза от них становится весьма сомнительной или вообще отсутствует. В Simulink имеется обширный набор решателей дифференциальных уравнений без ограничение на вид. Итак, пакет расширения Simulink предназначен для математического моделирования динамических систем, представленных блок-схемой, которая называется S-моделью. Для построения функциональной блок-схемы Simulink имеет обширную библиотеку блоков и удобный редактор блок-схем. Используя наборы блоков, пользователь с помощью мыши переносит нужные блоки из библиотеки на рабочий стол пакета Simulink и соединяет линиями входы и выходы блоков. Таким образом, создается блок-схема объекта или системы, то есть модель.
S-модель является фактически программой, которую можно просмотреть с помощью редактора файлов системы MATLAB. Файлы модели имеют расширение .mdl. Однако, эти файлы довольно громоздки и могут содержать, даже для довольно простых моделей, тысячи строк программного кода. Поэтому мы в дальнейшем будем работать только на уровне блоков и составленных из них схем. Это является достоинством визуально-ориентированного программирования.
Итак, Simulink автоматизирует наиболее трудоемкий этап моделирования – он составляет и решает системы сложных алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих собранную функциональную схему, обеспечивая удобный и наглядный визуальный контроль за поведением моделируемого объекта.
Основы работы с пакетом Simulink
Запуск пакета Simulink
После
инсталляции Simulink
(отдельно
от MATLAB
или в его составе) он автоматически
интегрируется с MATLAB.
Внешне это выражается появлением кнопки
New
Simulink
Model
в
панели инструментов системы MATLAB.
При нажатии этой кнопки открывается
окно браузера библиотек «Library:
simulink»
и окно для создания новой модели
Simulink
«untitled».
Рис.4.1 – Окно браузера библиотек
Можно также запустить Simulink , выполнив в командной строке MATLAB команду
» simulink
Работа с Simulink происходит на фоне открытого окна системы MATLAB, в котором нередко можно наблюдать за выполняемыми операциями – если их вывод предусмотрен программой моделирования. Интеграция пакета Simulink с системой MATLAB имеет глубокий смысл. Любые манипуляции с схемой модели выполняются соответствующими командами системы MATLAB. Решение большинства задач моделирования базируются на решении сложных систем линейных и нелинейных ДУ. Наиболее эффективное решение подобных систем достигается за счет применения аппарата матричных вычислений, реализованных в системе MATLAB. Поэтому сочетание Simulink с системой MATLAB стало столь плодотворным.