Применение пакета Simulink 5 вычислительной системы

Применение пакета Simulink 5 вычислительной системы

MATLAB (версия 6.5) для моделирования элементов

И систем автоматического управления

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по теории автоматического управления

 

Иваново 2005

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 550200 Автоматизация и управление, и имеют своей целью помочь им в овладении современными методами и моделирования систем автоматического управления. Современная вычислительная система MATLAB, имеющая огромные возможности моделирования различных динамических систем, является самой распространенной и наиболее широко применяемой системой имитационного моделирования при анализе и проектировании современных систем автоматического управления. Методические указания содержат описание одной из последних версий системы имитационного моделирования Simulink 5, являющейся одним из приложений MATLAB (версия 6.5). Указания могут быть полезны студентам других специальностей, изучающим современные методы моделирования динамических систем.

 

 

Составитель д-р техн. наук, доц. Н.А. Кулида

 

Научный редактор канд. техн. наук В.И. Забелин

 

Редактор В.В. Зимнякова

 

Корректор Е.В. Минаева

 

 

Лицензия ИД №06309 от 19.11.2001. Подписано в печать 23.09.2005

Формат 1/16 60´84. Бумага писчая. Плоская печать.

Усл. печ. л. 3,95. Уч.-изд. л. 3,78. Тираж 40 экз. Заказ №____

 

Редакционно-издательский отдел

Ивановской государственной текстильной академии

Отдел оперативной полиграфии

153000 г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21

 

Введение

Компьютерная система проведения математических расчетов MATLAB (сокращение от Matrix Laboratory – Матричная Лаборатория) является интерактивной вычислительной системой для вы­полнения инженерных и научных расчетов, ориентированной на работу с массивами данных. Она представляет большой интерес для разработчиков элементов и систем автоматического управления (САУ). С ее помощью можно решать самые разнообразные задачи, встречающиеся при анализе и проектировании линейных, нелинейных и дискретных САУ.

По сравнению с другими вычислительными системами аналогичного назначения MATLAB имеет следующие преимущества:

· математический аппарат, используемый системой, максимально приближен к современному математическому аппарату инженера и ученого, в том числе и к математическим методам анализа и синтеза САУ, и опирается на вычислительные операции с матрицами и векторами;

· MATLAB является открытой вычислительной системой, в которой практически все процедуры и функции доступны не только для исполь­зования, но и для коррекции и модификации; по своему усмотрению пользователь может ее расширять своими программами и процедурами, приспосабливая к решению новых задач;

· MATLAB легко интегрируется с текстовым редактором Word, что дает возможность исполь­зовать вычислительные и графические средства MATLAB при составлении текстовых документов;

· MATLAB является чрезвычайно быстро действующей вычислительной системой, многие сложные задачи решаются в ней быстрее по сравнению с другими вычислительными системами.

Все эти особенности делают систему MATLAB весьма привлекательной при моделировании систем автоматического управления.

С точки зрения пользователя, MATLAB представляет собой богатейшую биб­лиотеку функций, единственная проблема работы с которой заключается в умении быстро отыскать те из них, которые нужны для решения данной задачи.

Для облегчения поиска библиотека функций разбита на разделы. Те из них, которые носят более общий характер и используются наиболее часто, входят в состав ядра MATLAB. Те же функции, которые являются специфическими для конкретной области, включены в состав соответствующих специализированных разделов. Эти разделы называются в MATLAB Toolboxes (Инструменты). Каж­дый из них имеет свое собственное название, отражающее его предназначение. Полная комплектация пакета MATLAB содержит достаточно большое количество инструменталь­ных приложений. В их число входят как стандартные для математи­ческих пакетов средства (решения дифференциальных и алгебраических урав­нений, интегрального исчисления, символьных вычислений и т. д.), так и нетрадиционные, способные претендовать на определенную уникальность в сво­ем роде: средства цифровой обработки изображений, поиска решений на основе нечеткой логики, аппарат построения и анализа нейронных сетей, средства фи­нансового анализа и целый ряд других. Кроме того, имеются средства взаимодействия с популярными офисными продуктами фирмы Microsoft – MS Word и MS Excel.

Особое место среди инструментальных приложений занимает система моделирования Simulink. Ее можно рас­сматривать как самостоятельный продукт фирмы Math Works, которая работает только при наличии ядра MATLAB и использует многие функции, входящие в его состав.

В настоящее время известно несколько версий MATLAB. Указания составлены применительно к версии MATLAB 6.5 Release 13 и системе моделирования Simulink 5.0.

Запуск пакета Simulink

Запуск системы MATLAB осуществляется одним из известных способов запуска приложений Windows и сопровождается появлением командного окна, показанного на рис. 1.1, которое при включении опций Command Window, Command History и Current Directory меню View имеет три соответствующих подокна.

Запуск пакета Simulink можно произвести из командного окна MATLAB, выбрав команду New и далее Model из меню File или нажав соответствующую пиктограмму в панели инстру­ментов, или исполнив в командной строке MATLAB команду

>> simulink

В первом случае открывается пустое окно untitled, а во втором и третьем – окно Simulink Library Browser с перечнем основных разделов библиотеки Simulink (рис. 1.2).

	Окно untitledвключает меню File (Файл), Edit (Редактирование), View (Вид), Simulation (Моделирование), Format (Форматирование), Tools (Инструментальные средства) и Help (Справка). В меню File имеются команды создания моделей (New Model) и библиотек (New Library), открытия (Open) и сохранения (Save) моделей и другие. МенюEdit (Редактирование) – команды редактирования блок–схемы и работы с библиотекой, а меню View (Вид) – команды изменения внешнего вида окна (показать/убрать панель инструмен­тов и строку состояния). В менюSimulation (Моделирование) на­ходятся команды управления моделированием, а в менюFormat(Формат) – команды редактирования формата (внешнего вида) блоков схемы и блок–схемы в целом. Меню Tools (Инструментальные средства) содержит специальные средства для работы с моделью (отладчик, инструмент линейного анализа и другие).
Рис. 1.1. Командное окно MATLAB
	Рис. 1.2. Окно Simulink Library Browser

 

1.2. Библиотека модулей (блоков)

Библиотека блоков Simulink представляет собой набор визуальных объектов, при помощи которых можно, соединяя модули линиями функциональной связи, составлять блок–схему любого устройства.

Библиотека блоков разбита на 13 разделов: Continuous (Блоки непрерывных элементов), Discontinuities (Блоки нелинейных элементы), Discrete (Блоки дискретных элементов), Look–Up Tables (Блоки таблиц), Math Operation (Блоки элементов, выполняющих математические операции), Model Verification (Блоки элементов для верификации модели), Model-Wide utilities (Раздел дополнительных утилит), Ports & Subsystem (Порты и подсистемы), Signal Attributes (Блоки задания свойств сигналов), Signal Routing (Блоки маршрутизации сигналов), Sings (Блоки приема и отображения сигналов), Sources (Блоки источников сигнала), User-Defined Function (Функции, определяемые пользователем).

Рассмотрим содержание основных разделов библиотеки.

Блок Chirp Signal

Этот блок генерирует синусоидальный сигнал единичной ам­плитуды и переменной частоты, причем частота колебаний изме­няется во времени по линейному закону. В соответствии с этим в нем предусмотрены следующие параметры настройки (рис. 1.6):

· Initial frequency (Hz) – начальное значение (при t = 0) частоты (Гц);

· Target time (secs) – отрезок (больше нуля) времени (в секундах), в течение которого изменяется частота гармонического сигнала;

· Frequency at target time (Hz) – значение частоты в конце отрезка времени (Гц).

На рис. 1.7 продемонстрирован результат использования блока при параметрах, указанных на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Настройки блока Chirp Signal	Рис. 1.7. Сигнал с блока Chirp Signal

Блок Constant

Предназначен для установки констант, применяемых при моделировании. Блок имеет следующие параметры настройки:

· Constant value –постоянная величина. Значение может быть действительным или комплексным числом, вычисляемым выражением, вектором или массивом;

· Interpret vector parameters as 1-D – интерпретировать вектор как массив скаляров;

· Show additional parameters – показать дополнительные параметры. При установленном флажке появится окно списка Output data type mode;

· Output data type mode – выбор типа выходных данных. Для выбора используется раскрывающийся список. Тип выходного сигнала может наследоваться от блока Constant value (inherit from 'Constant value'), от блока назначения (inherit via back propagation), быть задан одним из стандартных типов, например int8, либо может быть определен с помощью дополнительных параметров (Specify via dialog). В последнем случае появятся дополнительные окна списков Output data type, Output scaling Mode и Output scaling value:

· Output data type – тип выходных данных. В графе можно задать требуемый тип данных, включая типы данных с фиксированной точкой, например sfix(16), uint(8) и т.п.

· Output Scaling Mode – способ масштабирования выходного сигнала. Выбирается из списка: Use specified scaling – использовать заданный масштаб. Best precision: Vector-vise – наилучшая точность.

При выборе Use specified scaling в окне появляется дополнительная графа Output scaling value – величина масштаба. Параметр задается как основание системы счисления со смещением, например [1.25 3]. Смещение допускается не указывать.

Пример исполь­зования блока Constant будет приведен при рассмотрении блока Display.

Блок Digital Clock

Предназначен для формирования дискретного временного сигнала и имеет единственный параметр настройки Sample time – такт дискретности (с).

Блок From Workspace

С помощью блока From Workspace осуществляется ввод данных в модель из рабочего пространства MATLAB. Блок имеет следующие параметры настройки (рис. 1.8.):

Рис. 1.9. Настройки блока From File
· Data – имя переменной (массива или структуры), содержащей данные; · Sample time – такт дискретности (с); · Interpolate data– интерполяция данных. В случае, если время модели
Рис. 1.8. Настройки блока From Workspace

не совпадает со значениями переменной Data, выполняется интерполирование;

· Form output after final data value by – вид выходного сигнала по окончании времени в переменной Data. Значение параметра выбирается из списка:

– Extrapolate – линейная экстраполяция значений сигнала;

– Setting to Zero – нулевые значения сигнала;

– Holding Final Value – выходные значения сигнала равны последним значениям;

– Cyclic Repetition – циклическое повторение значений сигнала. Последний вариант может использоваться только в случае, когда переменная Data имеет форму Structure without time.

Блок From File

Предназначен для ввода данных из внешнего mat-файла. Блок имеет 2 параметра настройки (рис. 1.9):

· File Name – имя файла с данными;

· Sample time – такт дискретности, с.

Массив данных должен состоять, как минимум, из двух строк. В первой строке записываются в возрастающем порядке значения времени, а в остальных строках – значения сигналов, соответствующие данным моментам времени. Выходной сигнал блока содержит только значения сигналов. Если такт дискретности текущей модели не совпадает с отчетами времени в файле данных, то Simulink выполняет линейную интерполяцию данных. Как правило, mat-файл создается с помощью блока То File (раздел Sinks библиотеки).

 

Блок Ground

С помощью этого блока осуществляется подключение неиспользуемого входа какого-либо блока к “земле”. Этим предотвращается появление предупреждения о неиспользованных входах блоков. Тип данных на выходе блока Ground устанавливается автоматически в соответствии с типом данных, подаваемых на другие входы рассматриваемого блока.

 

Блок Inport

Используется при работе с подсистемами (субблоками). Блок создает входной порт для подсистемы или выполняет ввод данных из рабочей области MATLAB. Имеет следующие параметры настройки (рис. 10):

· Port number – номер порта;

· Port dimensions – размерность входного сигнала. Если этот параметр равен -1, то размер­ность входного сигнала будет определяться автоматически;

· Sample time – такт дискретности;

· Show additional parameters – показать дополнительные параметры. При установленном флажке в окне отображаются дополнительные окна списков:

– Data type – выбор типа выходных данных. Для выбора используется раскрывающийся список. Тип выходного сигнала может быть задан одним из стандартных типов, например int8, либо определен опцией Specify via dialog. В последнем случае в окне параметров появятся дополнительные окна списков Output data type, Output Scaling Mode и Output scaling value;

- Output data type – тип выходных данных. В графе можно задать требуемый тип данных, включая типы данных с фиксированной точкой, например sfix(16), uint(8) и т. п.

- Output Scaling Mode – способ масштабирования выходного сигнала. Выбирается из списка:

· Best precision: Vector-vise – наилучшая точность;

 

· Use specified scaling – использовать заданный масштаб. При выборе дан­ного значения параметра в окне появляется дополнительная графа Output scaling value: –Output scaling value – величина масштаба. Параметр задается как основание системы счисления со смещением, например [1.25 3]. Смещение допускается не указывать. – Signal type - тип входного сигнала: auto – автоматическое определение типа; real – действительный сигнал; complex– комплексный сигнал. – Sampling mode–режим. Параметр может принимать значения: auto, Sample based или Frame based. Блоки Inport подсистемы являются ее входами. Сигнал, подаваемый на входной порт подсистемы через блок Inport, передается внутрь подсистемы. Название входного порта будет показано на изображении подсистемы

Рис. 1.10. Настройки блока Inport

как метка порта. При создании подсистем и добавлении блока Inport в подсистему Simulink использует следующие правила:

- при создании подсистемы с помощью команды Edit/Create subsystem входные порты создаются автоматически и нумеруются начиная с еди­ницы;

- если в подсистему добавляется новый блок Inport, то ему присваивается следующий по порядку номер;

- если какой-либо блок Inport удаляется, то остальные порты переимено­вываются таким образом, чтобы последовательность номеров была не­прерывной.

- если в последовательности номеров портов имеется разрыв, то при вы­полнении моделирования Simulink выдаст сообщение об ошибке и оста­новит вычисления. В этом случае необходимо вручную переименовать порты таким образом, чтобы последовательная нумерация портов не на­рушалась.

При использовании блока Inport для передачи данных из рабочей областиMATLAB необходимо выполнить установку параметров ввода на вкладке Workspace I/O окна Simulation Parameters:

– установить флажок для параметра Input;

– задать имя переменной, содержащей входные данные;

- установить тип вводимых данных (Array – массив, Structure – структура, Structure with time – структура с полем “Время”).

 

Блок Pulse Generator

Блок Pulse Generator генерирует последовательность прямоугольных импульсов, которые имеют следующие параметры (рис. 1.11):

Рис. 1.11. Настройки Pulse Generator	Рис. 1.12. Сигнал с блока Pulse Generator

· Pulse type – способ формирования импульсов. Используется два способа формирования:

– Time-based – по текущему времени;

– Sample-based – по величине такта дискретности и количеству шагов моделирования.

Вид окна параметров определяется выбранным способом формирования импульсов. При формировании импульсов по текущему времени (Time-based) устанавливаются следующие параметры:

· Amplitude – амплитуда импульсов;

· Period (secs) – период следования импульсов (с);

· Pulse Width (% of period) – длительность прямоугольного им­пульса (в процентах от периода);

· Phase delay (secs) – начальная фаза (с);

· Sample time – такт дискретности (с);

· Interpret vector parameters as 1 - D – интерпретировать вектор как массив скаляров.

При формировании импульсов по величине такта дискретности и количеству шагов моделирования (Sample-based) параметры Period, Pulse Width и Phase delay определяются количеством тактов дискретности.

Результат применения блока при значениях параметров, ука­занных на рис. 1.11, можно увидеть на рис. 1.12.

Блок Ramp

Блок формирует постоянно нарастающий (убывающий) сигнал и имеет сле­дующие параметры настройки:

· Slope – значение скорости изменения выходного сигнала;

· Start time – время начала действия нарастающего сигнала;

· Initial output – значение сигнала в начальный момент времени.

На рис. 1.13 приведены параметры настройки блока Ramp, а на рис. 1.14 – результат его применения.

Для формирования линейно убывающего сигнала необходимо установить отрицательное значение параметра Slope.

Рис. 1.13. Настройки блока Ramp	Рис. 1.14. Сигнал с блока Ramp

Блок Random Number

Блок Random Number обеспечивает формирование сигналов, ам­плитуда которых является случайной величиной, распределенной по нормальному закону с заданными параметрами. Блок имеет че­тыре параметра настройки (рис. 1.15).

Первые два – Mean и Variance – являются параметрами нор­мального закона (среднее и дисперсия), третий – Initial seed – задает начальное значение базы для инициализации генератора последовательности случайных чисел. При фиксированном значении этого параметра генератор всегда вырабатывает одну и ту же последовательность. Четвертый параметр (Sample time) задает величину дискреты времени. Кроме того, как и во многих других блоках используется параметр Interpret vector parameters as 1 - D – интерпретировать вектор как массив скаляров.

На рис. 1.16 показан результат использования блока при зна­чениях параметров, приведенных на рис 1.15.

 

Блок Repeating Sequence

Этот блок содержит две настройки:

· Time values – вектор значений времени, в которых заданы зна­чения

Рис. 1.15. Настройкиблока Random Number	Рис. 1.16. Сигнал с блока Random Number

выходной величины;

· Output values – вектор значений выходной величины, которые она должна принять в указанные в первом векторе соответст­вующие моменты времени.

Блок обеспечивает генерирование колебаний с периодом, рав­ным разности между последним значением вектора Time values и значением первого его элемента. Форма волны внутри периода представляет собой ломаную, проходящую через точки с указанны­ми в векторах Time values и Output values координатами.

В качестве примера на рис. 1.18 изображен сигнал, сгенерированный блоком Repeating Sequence при параметрах настройки, указанных на рис. 1.17.

Рис. 1.17. Настройки блока Repeating Sequence	Рис. 1.18. Сигнал с блока Repeating Sequence

Блок Signal Generator

В параметры настройки этого блока входят:

· Wave form – позволяет выбрать одну из следующих форм перио­дического процесса: sine – синусоидальные волны; square – прямоугольные волны; sawtooth – треугольные волны; random – случайные колебания;

· Amplitude –амплитуда генерируемых колебаний;

· Frequency – частота колебаний;

· Units –выбор однойиз единиц измерения частоты: Hertz (герцы) или rad/Sec (радианы в секунду);

· Interpret vector parameters as 1 - D – интерпретировать вектор как массив скаляров.

На рис. 1.19 показана простейшая S–модель, состоящая из блока Signal Generator и блока отображения XY Graph, а на рис. 1.20 представлено содержимое блока отображения после проведения моделирования при таких параметрах настройки: вид колебаний – sine; амплитуда – 4,0; частота – 1 Гц.

Рис. 1.19. S–модель с блоком Signal Generator	Рис. 1.20. Сигнал с блока Signal Generator

 

Блок Signal Builder

Формирует кусочно-линейные сигналы, форма которых устанавливается с помощью специального интерфейса пользователя (рис. 1.21). После открытия окна интерфейса на вкладке Group 1 отображается импульсный сигнал (Pulse), который можно удалить командой Edit/Delete предварительно выделив его. Создание (добавление) нового сигнала выполняется командой Signal/New, при этом пользователь имеет возможность выбрать какой-либо стандартный сигнал (Step, Pulse, Square и т. д.) либо создать свой сигнал (Custom). В по­следнем случае требуется ввести векторы времени и значений сигнала. Для изменения формы сигнала требуется выделить объект (точку или отрезок) двойным щелчком мыши и ввести новые координаты правой и (или) левой точек (графы Т и Y). Выделенные объекты можно также перемещать с по­мощью мыши. Для перемещения всего графика требуется держать клавишу Shift нажатой. Создание новой точки на графике достигается с помощью двойного щелчка левой клавишей мыши при нажатой клавише Shift. Изме­нение временного диапазона сигнала выполняется с помощью команды Axes/Change time range. Пользователь имеет возможность создать несколько наборов (групп) сигналов. Для этого необходимо с помощью команды Group/Copy создать копию уже существующего набора сигнала (при этом в окне блока появится новая вкладка Group2) и выполнить редактирование нового набора сигналов.

Рис.1.21. Интерфейс пользователя блока Signal Builder

 

Форма сигнала за пределами заданного временного диапазона задается с помощью команды File\Simulation Options. С помощью этой же команды может быть установлен шаг модельного времени (такт дискретности).

Блок Sine Wave

Формирует синусоидальный сигнал с заданными частотой, амплитудой, фазой и смещением. В блоке используется два способа формирования выходного сигнала:

– Time-based – по текущему времени;

– Sample-based – по величине такта дискретности и количеству шагов моделирования.

Вид окна параметров определяется выбранным способом формирования синусоидального сигнала. При формировании импульсов по текущему времени (Time-based) устанавливаются следующие параметры:

· Amplitude –амплитуда синусоидального сигнала;

· Bias – значение постоянной составляющей сигнала;

· Frequency (rads/sec) –частота колебаний в радианах в секунду;

· Phase (rads) – начальная фаза в радианах;

· Sample time – такт дискретности (с);

· Interpret vector parameters as 1 - D – интерпретировать вектор как массив скаляров.

При формировании синусоидального сигнала по величине такта дискретности и количеству шагов моделирования (Sample-based) параметры Frequency и Phase определяются количеством тактов дискретности.

На рис. 1.22 представлен результат применения блока при сле­дующих значениях параметров: Amplitude – 4,5, Bias – 1, Frequency – 2 ра­диана в секунду и Phase – p/2 радиана.

Отличия этого блока от генератора синусоидальных колебаний в блоке Signal Generator состоят в следующем: 1) в рассматриваемом блоке можно устанавливать произвольную начальную фазу; 2) в нем нельзя задать частоту в Герцах.

Рис. 1.22. Сигнал с блока Sine Wave	Рис. 1.23. Сигнал с блока Step

 

Блок Step

Блок обеспечивает формирование управляющего сигнала в форме ступеньки (или, как говорят, скачкообразного постоянного сигнала). Блок имеет следующие параметры настройки:

· Step time (время начала ступеньки, т.е. время скачка сигнала) – определяет момент времени, в который происходит скачкообраз­ное изменение сигнала; по умолчанию принимается равным 1;

· Initial value (начальное значение) – задает уровень сигнала до скачка; исходное значение равно 0;

· Final value (конечное значение) – задает уровень сигнала после скачка; значение его по умолчанию равно 1;

· Sample time –задает шаг дискретности (с);

· Interpret vector parameters as 1 - D – позволяет интерпретировать вектор как массив скаляров;

· Enable zero crossing detection – определяет прохождение сигнала через нулевой уровень. С помощью этой опции устанавливается режим проверки момента, когда сигнал становится равным нулю. Это необходимо для того, чтобы повысить точность решения задачи. Если при достижении нулевого уровня производная от рассматриваемого сигнала меняет знак, то момент, когда сигнал становится равным нулю, может быть определен неточно. Для того чтобы повысить точность, необходимо уменьшить шаг интегрирования. Это влечет за собой увеличение времени решения задачи. Поэтому при установлении флажка опции Enable zero crossing detection осуществляется интерполяция значений исследуемой величины на шаге, когда происходит смена знака производной. Благодаря этому точность определения момента пересечения переменной нуля повышается без увеличения времени решения задачи. Необходимость применения этой опции для блока Step обусловлена возможностью попадания момента скачка сигнала между точками, определяемыми шагом интегрирования.

На рис. 1.23 представлен результат применения блока при сле­дующих значениях параметров: Step time – 3,5, Initial value – -2, Final value – 3.

Блок Umform Random Number

Этот блок формирует сигналы, амплитуда которых является случайной величиной, равномерно распределенной в заданном интервале. В число параметров настройки блока (рис. 1.24) входят:

· Minimum – нижняя граница случайных чисел;

· Maximum – верхняя граница;

· Initial seed – начальное значение базы генератора случайных чисел;

· Sample time – такт дискретности (с);

· Interpret vector parameters as 1 - D – интерпретировать вектор как массив скаляров.

Пример процесса, сгенерированного блоком по параметрам, указанным на рис 1.24, приведен на рис 1.25.

 

Блок Display

Предназначен для вывода на экран численных значений величин, фигурирующих в блок–схеме. Он имеет 4 параметра настройки. Список Format задает формат вывода чисел и содержит 5 пунктов: short – 5 цифр, включая десятичную точку; long – 15 цифр с фиксированной точкой; short_e – 5 цифр с плавающей точкой; long_e – 15 цифр с плавающей точкой, bank – банковский формат.

Поле ввода Decimation позволяет задать периодичность (через сколько дискретов времени) вывода значений в окне Display. При Decimation = 1 выводится каждое значение сигнала, подаваемого на Display, при Decimation = 2 отображается каждое второе значение сигнала и т.д.

Опция Floating display позволяет определять блок Display как блок без входа, обрывая его связи. Выбор сигнала для отображения выполняется щелчком левой клавиши на соответствующей линии связи. В этом режиме значение параметра Signal storage reuse должно быть установлено равным off (вкладка Advanced в окне Simulation parameteres).

Блок Display может использоваться для вывода как скалярных, так и векторных величин. Если отображаемая величина является вектором, то исходный вид блока изменяется автоматически, о чем свидетельствует появление маленького черного треугольника в правом нижнем углу блока. Для каждого элемента вектора создается свое мини–окно, но чтобы они стали видимы, необходимо растянуть изображение блока. Для этого следует выделить блок, подвести курсор к одному из его углов, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская ее, растянуть изображение блока так, чтобы черный треугольник исчез.

Рис. 1.27. Настройки блока Constant	Рис. 1.28. Отображение данных с помощью блока Display

Для примера создадим блок–схему из двух элементов: блока–источника Constant и блока–приемника Display. Откроем окно настройки блока Constant (рис. 1.27) и установим в нем значение константы–вектора, состоящее из четырех элементов [1 2 3 4 pi sin(pi/2)]. Затем вызовем окно настройки блока Display и установим с его помощью формат вывода чисел short_e. После активизации команды Start из меню Simulation и растягивания изображения Display блок–схема будет иметь вид, показанный на рис. 1.28.

 

Блок Scope

Блок Scope (Осциллограф) позволяет наблюдать моделируемые процессы. Для настройки параметров блока следует, как и ранее, дважды щелкнуть мышью на его изображении. В результате появится окно Scope (рис. 1.29).

Размер и пропорции этого окна можно изменять произвольно, используя мышь. По горизонтальной оси откладываются значения модельного времени, а по вертикальной – значения входной вели­чины, соответствующие этим моментам времени. Если входная величина блока Scope представляет собой вектор, в окне строятся графики изменения всех элементов этого вектора, т. е. столько кривых, сколько элементов во входном векторе, причем каждая – своего цвета. Одновременно в окне может отображаться до 30 кривых.

Для управления параметрами графиков и выполнения над ними различных действий в окне имеется панель инструментов, содер­жащая 11 пиктограмм (рис 1.25) со следующим назначением (слева направо):

1) Print – печать содержимого окна Scope; 2) Parameters – окно настройки параметров блока Scope; 3) Zoom – изменение масштаба осей графика; 4) Zoom X-axis изменение масштаба по оси Х; 5) Zoom Y-axis изменение масштаба по оси Y; 6) Autoscale – автоматическая установка оптимального масштаба осей; 7) Save current axes settings – сохранение установленного масштаба осей; 8) Restore saved axes settings –

Рис. 1.29. Блок Scope для визуализации результатов моделирования

восстановление установленного масштаба осей;

9) Floating scope – изменяющийся режим осциллографа;

10) Lock/Unlock axes selection – установить/разорвать связь между текущей координатной системой и отображаемым сигналом. Опция доступна, если включен режим Floating scope;

11) Signal selection – выбор сигналов для отображения. Опция доступна, если включен режим Floating scope.

Окно настройки параметров (свойств) Properties Scope (рис.1.30) имеет две вкладки: General (Общие параметры) и Data history (Параметры сохранения сигналов в рабочей области).

Рис. 1.30. Настройки блока Scope

В нижней части окна расположены кнопки Apply (Применить), Cancel (Отмена), Help (Справка) и OK.

На вкладке General можно изменять настройки блока Scope:

· Number of axes –число входов (систем координат) осциллографа. При числе входов больше 1 на изображении блока появляются дополнительные входы;

· Time range – длительность временного интервала, в течение которого визуализируются графики. Если длительность интервала моделирования (T_м) не превышает установленного в поле Time range значения (т.е. весь процесс вмещается в окне Scope), то под графиком в строке Time offset выводится значение 0. В случае, когда интервал моделирова­ния превышает значение в поле Time range,в окне Scope отобра­жается только последний отрезок времени, меньший чем Time range и равный Т_м – n ×Time range, где n – целое число. При этом в строке Time offset выводится величина скрытого интервала времени, т.е. n ×Time range.

Например, если значение в поле Тime range равно 3, а длительность интервала моделирования установлена равной 17, то в окне Scope будет выведен график моделируемого процесса за последние 2 еди­ницы времени, а строка под графиком будет содержать число 15. При установке параметра auto длительность временного интервала выбирается равной времени моделирования;

· Tick labels –вывод/скрытие осей и меток осей. Значения параметра выбираются из списка:

ü all - подписи для всех осей;

ü nоne - отсутствие всех осей и подписей к ним;

ü bottom axis only - подписи горизонтальной оси только для нижнего гра­фика.

· Sampling –установка параметров вывода графиков в окне. Задает режим вывода рас­четных точек на экран. Значения параметра выбираются из списка:

ü Decimation – периодичность вывода рас­четных точек в окне осциллографа. Например, при значении параметра, равном 2, на экран выводится каждая вторая расчетная точка;

ü Sample time - шаг модельного времени. Значение параметра определяет интервал квантования при отображении сигнала;

· Floating scope – изменяющийся режим. Установкой флажка осциллограф переводится в изменяющийся режим.

На вкладке Data history задаются следующие параметры:

· Limit data points to last – максимальное количество отображаемых расчетных точек графика. При превышении этого числа начальная часть графика обрезается. В том случае, если флажок параметра Limit data points to last не установлен, то Simulink автоматически увеличит значение этого параметра для отображения всех расчетных точек;

· Save data to workspace –сохранять значения сигналов в рабочей области MATLAB;

· Variable name – имя переменной для сохранения сигналов в рабочей области MATLAB;

· Format –формат данных для сохранения в рабочей области MATLAB. Может при­нимать следующие значения:

ü Array – массив;

ü Structure - структура (массив записей);

ü Structure with time - структура (массив записей) с дополнительным по­лем "Время".

Любые произведенные в окне Scope parameters изменения оказывают влияние на окно Scope лишь в случае, если после их ввода нажата к