Файл: Лаб_№3.doc

Министерство образования и науки российской федерации

________________________________________________________________________

Коломенский институт (филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Московский государственный открытый университет

им. В.С. Черномырдина»

УТВЕРЖДЕНО Учебно-методическим Советом КИ МГОУ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для выполнения лабораторной работы № 3

по моделированию систем

Моделирования динамических процессов

с помощью подсистемы MatLab

SIMULINK

г. Коломна

2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Краткие сведения о подсистеме MatLabSIMULINK

1.1. Запуск подсистемы SIMULINK

1.2 Создание модели

1.3. Некоторые основные приемы подготовки и редактирования модели

1.4. Установка параметров моделирования и его выполнение

2. Пример создания модели системы и выбор ее характеристик

2.1. Постановка задачи

2.2. Методика решения

2.3. Результаты моделирования

3. Задание на самостоятельную работу

Приложение. К методике моделирования в среде SIMULINKMatlab

1. Краткие сведения о подсистеме MatLab SIMULINK

SIMULINKвходит в состав семейства программных продуктов системыMatLab.

Подсистема SIMULINK служит для моделирования динамических процессов. Для пользователя это - конструктор, с помощью которого блоки, соответствующие отдельным элементам динамической системы, объединяются в единое целое и проводится исследование поведения элементов и/или системы в целом во времени.

1. Запуск подсистемы SIMULINK

Осуществляется после предварительного запуска системыMatLabодним из трех способов:

- нажатием кнопки SIMULINK на панели инструментов системыMatLab (рисунок 1);

- в строке командного окна MatLab набратьSIMULINK и нажатьENTER;

- выполнить опцию OPENв менюFILEи открыть файл модели (mdl-файл) – при запуске уже готовой и отлаженной модели.

При применении первых двух способов открывается окно обозревателя библиотеки блоков (рисунок 2).

Библиотека блоков SIMULINK – это набор визуальных объектов, при помощи которых можно, соединяя модули линиями функциональной связи, составлять блок-схему любого устройства.

Библиотека разбита на ряд разделов, основные из них перечислены ниже (по алфавиту):

• Continuous – блоки аналоговых элементов;

• Discontinuities – блоки нелинейных элементов;

• Discrete -блоки дискретных элементов;

• Math Operations –блоки элементов, определяющих математические операции;

• Signal & Routing –блоки маршрутизации сигналов;

• Sinks– блоки приема и отображения сигналов;

• Sources– блоки источников сигналов.

Блоки, входящие в раздел Sources (Источники) предназначены для формирования сигналов.Все блоки - источники имеют по одному выходу и не имеют входов.

Блоки, входящие в раздел Sinks(Приемники) предназначены для приема сигналов, они имеют только входы и не имеют выходов.

В разделе Discrete (Дискретные элементы) содержатся блоки, с помощью которых может быть описано поведение дискретных систем.

При выборе соответствующего раздела библиотеки его содержимое отображается в правой части окна (рисунок 3).

1.2 Создание модели

Для создания модели в среде SIMULINK необходимо выполнить последовательно ряд действий.

1. Создать новый файл модели с помощью команды File/New/Modelили соответствующей кнопки на панели инструментов. Вновь созданное окно имеет вид, представленный на рисунке 4.

2. Расположить блоки в окне модели. Для этого открыть соответствующий раздел библиотеки блоков и “перетащить“ нужный блок при помощи левой клавиши мыши. На рисунке 5 показано окно модели, содержащее блоки.

3. Далее, если требуется, изменить параметры блока, установленные по умолчанию. Для этого, указав на изображение блока, дважды щелкнуть левой клавишей мыши: откроется окно параметров данного блока.

Пример для блока передаточной функцииTransfer Fcnприведен на рисунке 6.

4. После установки на схеме всех блоков требуется их соединение.

4.1 Первый способ:

- указать на “выход” блока;

- нажать левую клавишу, и, не отпуская, провести линию ко “входу” другого блока;

- отпустить клавишу.

Примечание. Если соединение не создано, то линия связи будет пунктирной и иметь красный цвет. В случае правильного соединения линия связи будет сплошной.

4.2 Второй (альтернативный) способ соединения:

• выделить блок-источник;

• затем нажать клавишу Ctrl;

• выделить блок-приемник.

Для создания точки разветвленияв соединительной линии:

• подвести курсор к предполагаемому узлу;

• и, нажав правую клавишу, протянуть линию.

5. После составления расчетной схемы необходимо сохранить по команде File / Save As.

При этом имя файла:

• может иметь произвольную длину;

• но должно начинаться с буквы;

• и содержать только алфавитно-цифровые символы латиницыи знаки подчеркивания

1.3. Некоторые основные приемы подготовки и редактирования модели

1.3.1. Добавление текстовых надписей

Для повышения наглядности модели удобно использовать текстовые надписи.

Для этого:

• указать мышью место надписи;

• дваждыщелкнутьлевойклавишей мыши.

Также можно изменить и подписи к блокам.

Для этого установить курсор в область надписи и щелкнуть левой клавишей мыши – в подписи появится курсор ввода.

1.3.2. Выделение объектов

Для выделения одногообъекта:

Установить курсор на объекте  Щелкнуть левой клавишей мыши  Появятся маркеры по углам объекта.

Для выделения нескольких объектов:

Установить курсор вблизи объектов  Нажать левую клавишу  Удерживая ее, перемещать мышь  Появится пунктирная рамка  Все охваченные рамкой объекты становятся выделенными.

1.3.3. Перемещение блоков и вставка блоков в соединение

Перемещение – обычным путем перетаскивания мышью. При этом соединение не разрывается, а просто сокращается или увеличивается по длине. В длинное соединение можно вставить новый блок. Такая вставка возможна лишь для блоков, имеющих один вход и один выход.

1.3.4. Форматирование объектов.

Используется для:

• управления отображением надписей и видом блоков;

• установки цвета линий и цвета фона блоков, а также всего окна;

• форматирования надписей;

• и др.

Осуществляется при помощи опций, вызываемым:

• либо при помощи контекстного меню(вызываемого нажатием правой клавиши);

• либо при помощи меню Format.

1.4. Установка параметров моделирования и его выполнение

Перед выполнением моделирования необходимо предварительно задать параметры.

Задание параметров выполняется в панели управления меню Simulation / Simulation Parameters.

Вид панели управления приведен на рисунке 7.

Окно настройки параметров моделирования имеет 4 вкладки:

• Solver (Решатель) – для установки параметров моделирования.

• Workspase I/O (Ввод/вывод данных в рабочую область) – для установки параметров обмена данными с рабочей областью MatLab.

• Dianostics (Диагностика) – для выбора параметров диагностики.

• Advanced (Дополнительно) – для установки дополнительных параметров.

• Real-Time Workshop – для задания параметров “Мастерская реального времени”.

1.4.1. Установка параметров моделирования

Установка параметров моделирования выполняется с помощью элементов управления, размещенных на вкладке Solver, и они разделены на 3 группы.

Simulation time(интервал моделирования): задаются начальное (Starttime) и конечное (Stoptime) значения времени

Simulation options(параметры решателя): указывается метод интегрирования (Type), либо с фиксированным (Fixed-step), либо с переменным (Variable-step) шагом.

Можно выбрать один из следующих методов:

• ode45 – одношаговые явные методы Рунге-Кутты 4-го и 5-го порядка;

• ode23 – одношаговые явные методы Рунге-Кутты 2-го и 3-го порядка;

• ode113 – многошаговый метод Адамса - Башворта – Мултона переменного порядка;

• ode23t- метод трапеций с интерполяцией;

• и др.

Величина шага интегрирования по умолчанию устанавливается системой автоматически (auto).

При выборе Fixed-step задать режим расчета (Mode): MultiTasking (многозадачный), SinglTasking (однозадачный), Auto (автоматический выбор режима).

При выборе Variable-step задать три параметра: Max step size – максимальный шаг интегрирования, Min step size – минимальный шаг интегрирования, Initial step size – начальное значение шага интегрирования.

Output options (параметры вывода).

Для данного параметра возможен выбор одного из трех вариантов: