Файл: Лабораторный_практикум Matlab.doc

Содержит описания шести работ, посвященных изучению методов анализа и синтеза динамических систем автоматического управления. В работах исследуются как линейные системы (непрерывные и дискретные), так и нелинейные системы. Исследования проводятся с использованием прикладного пакета MATLAB.

Предназначен для студентов институтов: автоматики и вычислительной техники (АВТИ), электротехники (ИЭТ), радиотехники и электроники (ИРЭ).

СМосковский энергетический институт, 2006 г.

Лабораторная работа № 1

Изучение программного комплекса по моделированию и исследованию динамических систем «SIMULINK».

Исследование типовых динамических звеньев

Цель работы: изучение возможностей и назначения системы «SIMULINK» на примере исследования временных и частотных характеристик типовых динамических звеньев.

Описание программного комплекса «SIMULINK»

Система Simulink является расширением системы инженерных и научных расчетов MATLAB и позволяет решать задачи сокращения сроков проектирования, повышения качества разработки моделей физических систем и моделирования процессов в этих системах. Развитие этих подходов дает возможность улучшить документирование работ и использовать средства анимации.

Начало работы

Рис. 1.1. Запуск системы Simulink

СистемаSimulinkзапускается из системыMATLABпутём; выбора указателем мыши пиктограммыSimulink (8-я слева) на панели инструментов системыMATLAB(рис. 1.1). Можно также ввести командуsimulinkв командной строке системыMATLAB. В результате появляется окноSimulink Library Browser (Браузер главной библиотекиSimulink) системыSimulink, которое показано на рис. 1.2. Открытие нового окна модели осуществляется нажатием левой кнопки мыши на пиктограмме Create a new model (1-я слева) панели инструментов данного окна. Имя окна (имя модели) задается по умолчанию -untitled(рис. 1.3). В этом окне строится модель системы в виде структурной схемы.

Рис. 1.2. Окно Simulink Library Browser

Рис. 1.3. Окно модели

При двойном нажатии левой клавиши мыши на пиктограммах в левой части окнаSimulinkLibraryBrowserили при однократном нажатии на значок «+» появляется список библиотек блоков, как показано на рисунке.

В случае нажатия левой кнопки мыши на строке с наименованием библиотеки блоков, в правой части окна появляется список блоков указанной библиотеки.

Построение модели Модели элементов структурных схем

В системе Simulink принято группировать модели объектов и устройств по функциональному уровню: источники сигналов, моделируемые системы и регистрирующие устройства. Рис. 1.4 показывает основной характер физических и информационных процессов на данном уровне. Определенный элемент, физическая система описываются моделями, представляемыми в виде структурных схем системы Simulink, которые можно использовать для моделирования. Выходной сигнал источника является переменной, которая воздействует на систему, описываемую в виде структурной схемы. Значение этой переменной определяется некоторым правилом: функцией (показательной, тригонометрической, многочленом, в том числе константой и т. д.), единичной ступенчатой функцией или функцией, задаваемой пользователем с использованием системы MATLAB. Модели источников сигналов — блоки, которые сгруппированы в библиотеки блоков Sources (Источники сигналов). Блоки, являющиеся моделями устройств для измерения переменных,

Рис. 1.4. Элементы модели Simulink

размещены в библиотеке блоков Sinks (Средства регистрации). Совокупность данных фиксируется в виде графиков, диаграмм на экране дисплея и сохраняется в файле.

Модели системы Simulink могут включать один или несколько блоков из перечисленных выше групп. Например, можно описать модель автономной системы, которая не находится в состоянии равновесия. На структурной схеме такая система не имеет входного воздействия, однако модель включает блоки Integrator, блок Gain и блоки из библиотеки Sinks. Возможно также построение модели, которая состоит только из блоков библиотек Sources и Sinks. Если необходимо сформировать сигнал в виде суммы переменных, то одним из способов найти значение данного алгебраического выражения является использование блоков из библиотеки Sources системы Simulink и размещение переменных в рабочей области системы MATLAB или сохранение рабочей области в файле.

Открытие модели

Для открытия нового окна модели выбирается пиктограммаCreate a new model на панели инструментов окнаSimulink Library Browser, или используется командаModel меню второго уровняNew менюFile, а также можно применить комбинацию клавишCtrl+N.

Файлы системыMATLABи системыSimulinkзаписываются в каталоги и папкифайловой системы. Каталогом, заданным по умолчанию, является начальный текущий каталог системыMATLAB. В системе обеспечивается возможность выбора каталогов с помощью команд менюFile окна модели системыSimulink, однако, текущий каталог при этом не изменяется в течение всего сеанса работы. Если необходимо открыть файл какой-либо модели в том же каталоге, где уже был открыт файл модели, а данный файл отсутствует в списке файлов текущего каталога, необходимо найти соответствующий каталог и вызвать файл. Иногда целесообразно изменить текущий каталог, содержащий файл модели во время сеанса работы системыMATLAB(используя командуcd<новый каталог>) и затем открыть модель средствами системыSimulink.

Рекомендуется задать каталог для файлов моделей системы Simulink, отделив его от каталогов и папок системыMATLAB, и устанавливать пути доступа к сохраняемым файлам. Данный подход обеспечит сохранение данных и возможность оперативного доступа.

Для поиска файлов существующей модели также используется способ непосредственного задания имени файла модели в командной строке системыMATLAB. При этом системаMATLABосуществляет следующие действия: поиск файла модели в текущемкаталоге, а затем поиск файла с данным именем во всех каталогах списка путей доступа.

Построение структурной схемы

Для построения структурной схемы модели необходимо подвести указатель мыши к нужному блоку в окнеSimulinkLibraryBrowserи удерживая левую кнопку мыши, перетащить этот блок в окно модели. Далее такую же операцию нужно проделать для остальных компонентов схемы.

Затем следует провести линии связи, для этого указатель мыши помещается на выходной порт блока, который обозначается угловой скобкой «>» на правой стороне изображения блока. При этом указатель примет вид креста. Далее, при нажатой левой кнопке мыши, указатель мыши перемещается ко входному порту другого блока, он обозначается угловой скобкой «>», расположенной на левой стороне изображения блока. В случае верно выбранной точки входа указатель принимает вид двойного креста.

Для удобства пользователя в Simulinkпредусмотрена возможность редактирования изображений блоков: изменение размеров, вращение (с помощью командыRotateменюFormat), изменения направления передачи блока (командаFlipBlock), копирование, операции с именем блока и др.; линий связи и их обозначений: перемещение отрезка линии связи, перемещение точки излома линии связи, задание излома на линии связи (с помощью клавишиShift), ответвление линии связи (с помощью правой кнопки мыши), обозначение линии связи и др.

Библиотека блоков системы Simulink

В системеSimulinkпо умолчанию установлен способ доступа к блокам с помощью окнаSimulink Library Browser (Браузер главной библиотекиSimulink). Браузер главной библиотеки вызывается выбором командыShow Library Browser менюViewокна модели. На рис 1.5 показана главная библиотека блоковSimulink.

Рис.1.5. Библиотека блоков Simulink

Блоки из библиотеки Sources (Источники сигналов)

Блоки из библиотеки блоков Sources (Источники сигналов) не содержат входных портов и имеют один выходной порт. Описание блоков из данной библиотеки блоков можно получить из справочной системы. Рассмотрим наиболее распространенные источники типовых сигналов: блок Step (Ступенчатый сигнал) и блок Sin Wave (Генератор синусоиды).