Основи роботи з пакетом Simulink

Міністерство освіти і  науки України

Національний технічний  університет  України «Київський політехнічний інститут»

 

 

 

Лабораторна робота №2

з курсу «Прикладне програмне  забезпечення»

за темою «Основи роботи з пакетом SIMULINK»

Варіант №11

 

 

 

 

                                                                          Виконав:

Студент 2-го курсу

Групи ТО-11, ТЕФ

Перевірив:

 

 

 

 

 

 

Київ 2013

Зміст

1. Завдання……………………………………………………………..3

2. Теоретичні відомості………………………………………............5

3. Хід виконання роботи……………………………………………...14

Висновок…………………………………………………………………………..18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Завдання

У відповідності до варіанту (N) виконати наступні завдання.

1) Побудувати графіки зміни в часі наступних блоків з розділу Sources: 

- Repeating Sequence

- Ramp

- Random Number

- Signal Builder

Часовий інтервал побудови графіків: [0;220с]. Графіки  повинні  бути побудовані  в  різних  осях  блока  Scope.  У протоколі навесті  необхідні схеми та параметри налаштування блоків.

2) Побудувати графіки зміни в часі наступних блоків з розділу Continuous: Transfer Fcn, Integrator, Transport Delay. Часовий інтервал побудови графіків: [0; 195 с]. На вхід кожного блоку повинен подавалися сигнал від одного й того ж самого блоку Step. Графіки повинні бути побудовані в одних осях блока Scope. Вихід кожного блоку повинен показувати своє поточне значення за допомогою блока Display. Параметри блоків визначаються за формулами:

Transfer Fcn:   Numerator: [5N 1]

                        Denumerator: [8.2N 1.2N 1]

Integrator:    Initial Condition: [5N ]

       Transport Delay:  Time Delay: [3.7N]

3) Побудувати  графік  функції  y=f(t)  на  вказаному відрізку.  Для побудови використати блоки XY Graph та Clock.

 

 

4) Дана модель підсистеми в Simulink (див. Рис 4.1). Використовуючи  відомості про призначення функціональних  блоків, проаналізувати  модель 1  та  сформувати  еквівалентну  їй  функцію у вигляді .   Пояснити призначення всіх блоків. 

 

 

 

 

     

 

Рис. 4.1 Модель підсистеми в Simulinc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Теоретичні відомості

1) Загальні відомості  про Simulink.

Середовище  моделювання  Simulink  є одним з додатків  до  пакета MATLAB.  При моделюванні з використанням Simulink  реалізується  принцип візуального програмування,  відповідно  до  якого,  користувач  на  екрані  з бібліотеки  стандартних блоків  створює модель  пристрою  та  здійснює розрахунки.  При цьому,  на  відміну від класичних способів  моделювання, користувачу не  потрібно  досконало вивчати мову  програмування та  числові методи  математики.  Достатньо буде  тільки  загальних знань,  які потрібні  для роботи  з комп’ютером,  і,  звичайно,  знань тої предметної  області,  в якій  він працює.

Доступ  до  функцій  MATLAB  та  інших  його  інструментів  залишається відкритим,  і  їх  можна  використовувати  в  Simulink.  Частина пакетів має інструменти,  вбудовані в Simulink  (наприклад,  LTI-Viewer  додатки Control System  Toolbox  – пакета  для розробки  систем  управління).  Також маються додаткові бібліотеки блоків для різних галузей застосування (наприклад, Power System  Blockset  – моделювання електротехнічних  приладів,  Digital  Signal Processing Blockset – набір блоків для розробки цифрових приладів та ін.)

При  роботі  з  Simulink  у користувача є можливість  модернізувати бібліотечні блоки,  створювати  свої  власні,  а також складати  нові  бібліотеки блоків.

При  моделюванні  користувач  може  вибирати  метод  рішення  диференціальних рівнянь, а також  спосіб зміни модельного часу (з  фіксованим або змінним кроком). В ході моделювання є можливість стежити за процесами, що  відбуваються  в  системі.  Для  цього  використовуються  спеціальні  пристрої спостереження,  що  входять  до  складу  бібліотеки  Simulink.  Результати моделювання можуть бути представлені у вигляді графіків або таблиць.

2) Основні етапи створення моделі в Simulink:

1. Створення програми-моделі. Для роботи в середовищі моделювання необхідно запустити MATLAB та Simulink. Запуск Simulink можливий 2 способами, для цього необхідно:

-  Обрати іконку Simulink  на панелі інструментів (рис. 2.1);

-  Ввести в командному вікні:    >> simulink

 

 

 

 

 

 

Після цього відкривається бібліотека Simulink (рис. 2.2). Тут знаходяться візуальні блоки, згруповані по виконуваним функціям.

 

 

 

 

 

 

 

 

Наприклад, натисканням миші на розділі Sources переходимо до переліку блоків (рис. 2.3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для подальшої роботи необхідно  створити новий файл моделі (рис. 2.4) одним із способів: 

-  Обрати в пункті  меню File→New→Model ; 

-  Обрати відповідну  іконку на панелі інструментів (рис. 2.3).

 

 

 

 

 

 

2. Перенесення блоків у файл моделі.

Модель  створюється  з  стандартних  блоків,  які  розміщенні  у  розділах бібліотеки Simulink:

-  Commonly Used Blocks – блоки, що найчастіше використовуються;

-   Continuous  — бібліотека  безперервних  елементів (інтегратор, диференціатор, лінійна система ОДУ і т.д);

-   Discontinuities — нелінійні блоки;

-   Discrete  -  бібліотека  дискретних  елементів (інтегратор  з дискретним часом, дискретний фільтр і т.д);

-   Logic and Bit Operations — блоки логічних операцій;

-   Lookup Tables — блоки завдання таблиць;

-   Math  Operations  -  математичні функції (абсолютне значення, комбінаторна  логіка,  виділення речової і уявної  складової комплексного числа і т.д.);

-   Model Verification — блоки верифікації сигналів;

-   Model-Wide Utilities — бібліотека додаткових утиліт;

-   Ports & Subsystems — порти та підсистеми;

-   Signal Attributes — властивості сигналів;

-   Signal Routing — блоки маршрутизації сигналів;

-   Sinks  -  засоби  відображення  (тимчасова діаграма,  виведення результатів у файл, зупинка виконання моделі і т.д);

-   Sources  -  джерела сигналів  (генератор імпульсних/синусоїдальних сигналів,  генератор випадкових  чисел,  генератор пилкоподібних сигналів, годинник і т.д.);

-   User-Defined  Functions  — бібліотека  функцій,  створених користувачем.

Для вибору блоку необхідно  відкрити один з розділів бібліотеки Simulink. В Simulink є можливість пошуку блоку за назвою. Для цього необхідно ввести назву блоку в текстовому полі (рис. 2.5). В даному прикладі показаний пошук блоку Step.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далі складається модель із блоків. Блоки додаються до моделі наступним  чином: обрати необхідний блок в бібліотеці Simulink в одному з підрозділів та затиснувши  ліву  клавішу миші  перенести блок  у створене  вікно,  після чого відпустити клавішу миші (рис. 2.6).

 

 

 

 

 

 

Часто  в    моделі  використовуються  кілька  примірників  одного  блоку. Звичайно,  можна  багаторазово повторювати  процедуру  переміщення  одного  і того ж  блоку з бібліотеки у вікно  створюваної моделі, однак Simulink дозволяє створювати  копії (дублікати)  блоків  з наявних у вікні моделі.  Для створення копії блоку треба встановити  курсор  на  потрібний блок  у вікні моделі, натиснути на клавіатурі клавішу <Ctrl> і потім ліву клавішу миші. В результаті, ліворуч від курсору з’явиться знак  «+».  Потім,  утримуючи клавіші в натиснутому положенні,  перемістити в потрібне  місце курсор  і відпустити натиснуті клавіші.  При цьому кожен блок  повинен мати  унікальну назву.  За замовчуванням до назви блоку додаються цифри 1,2,3…

3. З’єднання блоків.

Для  з’єднання  блоків  необхідно  вказати  курсором  на  «вихід»  блоку, затиснути ліву клавішу миші та провести лінію до «входу» іншого блоку. Після чого  відпустити  клавішу  миші.  Приклад  з’єднаних  блоків  представлений  на рис. 2.7.

 

 

 

 

 

 

При правильному з’єднанні  зображення стрілки на вході змінить  колір.  Для створення точки  розгалуження, в лінії потрібно провести курсор до вузла, і, натиснувши праву  кнопку миші, протягнути лінію. Для  видалення лінії вибираємо її мишкою та натискаємо <Delete>.

4. Встановлення параметрів блоків.

Після  перетягування  блоку  на  «поляну»  часто  буває  потрібно  змінити параметри  блоку,  встановлені  програмою  за  замовченням.  Для  встановлення необхідних значень  параметрів  блоків  необхідно  за  допомогою  подвійного натискання клавіші миші на вказаному блоці перейти до редактору параметрів моделі.  На  рис.  представлений  редактор  параметрів  блоку  Transfer  Fcn (передаточна функція)  .  Для отримання моделі необхідно встановити  в текстових полях значення (рис. 2.8): 

«Numerator coefficients»        [10]

«Denominator coefficients»     [3 1]

 

 

 

 

При  завданні  числових  параметрів  потрібно  мати  на  увазі,  що  в  якості десяткового  розділення  повинна  використовуватись  крапка,  а  не  кома.  Після  внесення  змін  потрібно  закрити  вікно  кнопкою  <ОК>.  Після  встановлення необхідних  значень  параметрів  блоків  в  створеній  структурі  відображаються зміни ( рис. 2.9).

5. Встановлення параметрів моделювання.

Модель,  окрім  власне  параметрів  блоків,  має  ще  ряд  налаштувань,  що впливають на процес моделювання  взагалі. Одним з найважливіших  параметрів моделювання  є  час  моделювання  («Simulation  stop  time»).  Необхідно  обирати такий час моделювання, на якому видно встановлення перехідного процесу. На рис. 9 показано, як можна змінити час моделювання безпосередньо на панелі інструментів. За замовчуванням час моделювання дорівнює  10,  в прикладі це значення змінили на  20.

 

 

 

 

 

 

Встановити  час  моделювання  та  інші  параметри  моделювання  можна обравши в пункті меню Simulation→Configuration Parameters…(рис. 2.10). Серед  найважливіших  параметрів,  що  необхідно  встановити  перед початком моделювання, можна виділити наступні:

Start time – початкове значення діапазону моделювання.

Stop time – кінцеве значення діапазону моделювання .

Solver options – встановлення параметрів розрахунку моделі.

Type:

-  Variable–step  – використовується  для моделювання неперервних систем;

-  Fixed-step  - використовується для моделювання дискретних систем.

Solver  - вибір методу розрахунку моделі.

Relative tolerance – відносна точність розрахунку (за замовчуванням 10-3).

Absolute tolerance – абсолютна точність розрахунку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Запуск моделювання.

  Запустити процес  моделювання можна одним з  двох способів:

-  Обрати в пункті меню Simulation→Start (рис. 2.11).

 

 

 

 

 

• Натисканням на трикутничок на панелі інструментів (рис. 2.12).

 

 

 

7. Перегляд результатів моделювання.

Для аналізу результатів моделювання  призначені ряд блоків, розміщених у  розділі  Sinks.  Вони  зображують  зміну сигналу з часом,  поточне значення сигналу тощо. До  перегляду результатів моделювання можна перейти подвійним натисканням лівої клавіші миші  на  блоці Scope.  Вікно з результатом моделювання представлено на рис. 2.13.

 

 

 

 

 

 

 Для  відображення  результатів  моделювання  з  автоматичним масштабуванням  необхідно  вибрати  на  панелі інструментів  відповідну  іконку (рис. 13). Після чого графік буде мати наступний вигляд (рис. 2.14):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Хід роботи

1) Побудувати графіки зміни в часі наступних блоків з розділу Sources: 

- Repeating Sequence

- Ramp

- Random Number

- Signal Builder

Часовий інтервал побудови графіків: [0;220с]. Приклад виконання, зображено на рисунках 3.1, 3.2, 3.3:

 
 
Рис.3.1 «Схема блоків»

 

Рис.3.2 Графіки блоків Scope

                                                
                                а)                                                                 б)

 

 

 

 

 

 

в)                                                                г)

Рис.3.3 Параметри блоків

а) Random Number

б) Repeating Sequence

в) Ramp

г) Signal Builder

2) Побудовано графіки зміни в часі наступних блоків з розділу Continuous:

Transfer Fcn, Integrator, Transport Delay.

Часовий інтервал побудови графіків: [0; 195 с]. На вхід кожного блоку  подається сигнал від одного й  того ж самого блоку Step. Графіки побудовані в одних осях блока Scope. Вихід кожного блоку показує своє поточне значення за допомогою блока Display.