1. Библиотека блоков SIMULINK
1.1. Sources – источники сигналов
Источник постоянного сигнала Constant
Назначение:
Задает постоянный по уровню сигнал.
Параметры:
Constant value – постоянная величина.
Interpret vector parameters as 1-D – интерпретировать вектор параметров как одномерный (при установленном флажке). Данный параметр встречается у большинства блоков библиотеки Simulink. В дальнейшем он рассматриваться не будет.
Значение константы может быть действительным или комплексным числом, вычисляемым выражением, вектором или матрицей.
Рис. 1 иллюстрирует применение этого источника и измерение его выходного сигнала с помощью цифрового индикатора Display.
Рис. 1. Источник постоянного воздействия Constant
1.2. Sinks – приемники сигналов
1.2.1. Осциллограф Scope
Назначение:
Строит графики исследуемых сигналов в функции времени. Позволяет наблюдать за изменениями сигналов в процессе моделирования.
Изображение блока и окно для просмотра графиков показаны на рис.
Рис. 2. Осциллограф Scope
Для того чтобы открыть окно просмотра сигналов, необходимо выполнить двойной щелчок левой клавишей мыши на изображении блока. Это можно сделать на любом этапе расчета (как до начала расчета, так и после него , а также во время расчета). В том случае , если на вход блока поступает векторный сигнал, то кривая для каждого элемента вектора строится отдельным цветом.
Настройка окна осциллографа выполняется с помощью панелей инструментов (рис. 3).
Рис. 3. Панель инструментов блока Scope
Панель инструментов содержит 11 кнопок:
Print – печать содержимого окна осциллографа.
Parameters – доступ к окну настройки параметров.
Zoom – увеличение масштаба по обеим осям.
Zoom X-axis – увеличение масштаба по горизонтальной оси.
Zoom Y-axis – увеличение масштаба по вертикальной оси.
Autoscale – автоматическая установка масштабов по обеим осям.
Save current axes settings – сохранение текущих настроек окна.
Restore saved axes settings – установка ранее сохраненных настроек окна.
Floating scope – перевод осциллографа в «свободный» режим.
Lock/Unlock axes selection – закрепить/разорвать связь между текущей координатной системой окна и отображаемым сигналом. Инструмент доступен, если включен режим Floating scope.
-
Signal selection – выбор сигналов для отображения. Инструмент доступен, если включен режим Floating scope.
Изменение масштабов отображаемых графиков можно выполнять несколькими способами:
Нажать соответствующую кнопку (  ,  или  ) и щелкнуть один раз левой клавишей мыши в нужном месте графика. Произойдет 2,5-кратное увеличение масштаба.
Нажать соответствующую кнопку (  , или  ) и, нажав левую клавишу мыши, с помощью динамической рам-ки или отрезка указать область графика для увеличенного изображения (рис. 4).
Рис. 4. Увеличение масштаба графика
3. Щелкнуть правой клавишей мыши в окне графиков и, выбрать команду Axes properties… в контекстном меню. Откроется окно свойств графика, в котором с помощью параметров Y-min и Y-max можно указать предельные значения вертикальной оси. В этом же окне можно указать заголовок графика (Title), заменив выражение % в строке ввода. Окно свойств показано на рис. 5.
Рис. 5. Окно свойств графика
Параметры:
Параметры блока устанавливаются в окне ‘Scope’
parameters, которое открывается с помощью инструмента  (Parameters) панели инструментов. Окно параметров имеет две вкладки:
General – общие параметры.
Data history – параметры сохранения сигналов в рабочей области MATLAB.
Вкладка общих параметров показана на рис. 6
Рис. 6. Вкладка общих параметров General
На вкладке General задаются следующие параметры:
Number of axes – число входов (систем координат) осциллографа. При изменении этого параметра на изображе-нии блока появляются дополнительные входные порты.
Time range – величина временного интервала, для которого отображаются графики. Если время расчета модели превышает заданное параметром Time range, то вывод графика производится порциями, при этом интервал отображения каждой порции графика равен заданному значению Time range.
Tick labels – вывод/скрытие осей и меток осей. Может принимать три значения (выбираются из списка):
o all – подписи для всех осей,
o none – отсутствие всех осей и подписей к ним,
o bottom axis only – подписи горизонтальной оси только для нижнего графика.
Sampling – установка параметров вывода графиков в окне. Задает режим вывода расчетных точек на экран. При выборе Decimation кратность вывода устанавливается числом, задающим шаг выводимых расчетных точек.
Floating scope – перевод осциллографа в «свободный» режим (при установленном флажке).
На вкладке Data history (рис. 7) 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 – сохранение значений сигналов в рабочей области MATLAB.
Variable name – имя переменной для сохранения сигналов в рабочей области MATLAB.
-
Format – формат данных при сохранении в рабочей области MATLAB. Может принимать значения:
Array – массив,
Structure – структура,
Structure with time – структура с дополнительным полем «время».
Рис. 7. Вкладка Data history
1.2.2. Цифровой дисплей Display
Назначение:
Отображает значение сигнала в виде числа.
Параметры:
-
Format – формат отображения данных. Параметр Format может принимать следующие значения:
short – 5 значащих десятичных цифр.
long – 15 значащих десятичных цифр.
short_e – 5 значащих десятичных цифр и 3 символа степени десяти.
long_e – 15 значащих десятичных цифр и 3 символа степени десяти.
-
bank – «денежный» формат. Формат с фиксированной точкой и двумя десятичными цифрами в дробной части числа.
Decimation – кратность отображения входного сигнала. При Decimation = 1 отображается каждое значение входного сигнала, при Decimation = 2 отображается каждое второе значение, при Decimation = 3 – каждое третье значение и т.д.
Sample time – шаг модельного времени. Определяет дискретность отображения данных.
Floating display (флажок) – перевод блока в «свободный» режим. В данном режиме входной порт блока отсутствует, а выбор сигнала для отображения выполняется щелчком левой клавиши мыши на соответствующей линии связи. В этом режиме для параметра расчета Signal storage reuse должно быть установлено значение off (вкладка Advanced в окне диалога Simulation parameters…).
На рис. 8. показано применение блока Display с использованием различных вариантов параметра Format.
Рис. 8. Применение блока Display с использованием различных вариантов параметра Format
1.3. Continuous – аналоговые блоки
1.3.1. Интегрирующий блок lntegrator
Назначение:
Выполняет интегрирование входного сигнала.
Параметры:
-
External reset – внешний сброс. Тип внешнего управляющего сигнала, обеспечивающего сброс интегратора к начальному состоянию. Выбирается из списка:
none – нет (сброс не выполняется),
rising – нарастающий сигнал (передний фронт сигнала),
falling – спадающий сигнал (задний фронт сигнала),
either – нарастающий либо спадающий сигнал,
level – ненулевой сигнал (сброс выполняется, если сиг-нал на управляющем входе становится не равным нулю). В том случае, если выбран какой-либо (но не none) тип управляющего сигнала, то на изображении блока появляется дополнительный управляющий вход . Рядом с дополнительным входом будет показано условное обозначение управляющего сигнала.
-
Initial condition source – источник начального значения выходного сигнала. Выбирается из списка:
internal – внутренний;
-
external – внешний. В этом случае на изображении блока появляется дополнительный вход, обозначенный x0, на который необходимо подать сигнал, задающий началь-ное значение выходного сигнала интегратора.
Initial condition – начальное условие. Установка начального значения выходного сигнала интегратора. Параметр доступен, если выбран внутренний источник начального значения выходного сигнала.
-
Limit output (флажок) – использование ограничения выходного сигнала.
-
Upper saturation limit – верхний уровень ограничения выходного сигнала. Может быть задан как числом, так и символьной последовательностью inf, то есть +  .
Lower saturation limit – нижний уровень ограничения выходного сигнала. Может быть задан как числом, так и символьной последовательностью inf, то есть – .
Show saturation port – управляет отображением порта, выводящего сигнал, свидетельствующий о выходе интегратора на ограничение. Выходной сигнал данного порта может принимать следующие значения:
ноль, если интегратор не находится на ограничении;
+1, если выходной сигнал интегратора достиг верхнего ограничивающего предела;
-
–1, если выходной сигнал интегратора достиг нижнего ограничивающего предела.
Show state port (флажок) – отобразить/скрыть порт состояния блока. Данный порт используется в том случае, если выходной сигнал интегратора требуется подать в качестве сигнала обратной связи этого же интегратора. Например, при установке начальных условий через внешний порт или при сбросе интегратора через порт сброса. Выходной сигнал с этого порта может использоваться также для организации взаимодействия с управляемой подсистемой.
Absolute tolerance – абсолютная погрешность.
На рис. 9 показан пример работы интегратора при подаче на его вход ступенчатого сигнала. Начальное условие принято равным нулю.
Рис. 9. Интегрирование ступенчатого сигнала
Пример на рис. 9 отличается от предыдущего подачей начального значения через внешний порт. Начальное значение выходного сигнала в данном примере задано равным 10.
Рис. 10. Интегрирование ступенчатого сигнала с установкой начального значения выходного сигнала
1.3.2. Блок фиксированной задержки сигнала
Transport Delay
Назначение:
Обеспечивает задержку входного сигнала на заданное время.
Параметры:
Time Delay – время задержки сигнала (неотрицательное значение).
Initial input – начальное значение выходного сигнала.
Buffer size – размер памяти, выделяемой для хранения задержанного сигнала. Задается в байтах числом, крат-ным 8 (по умолчанию 1024).
Pade order (for linearization) – порядок ряда Паде, используемого при аппроксимации выходного сигнала. Задается целым положительным числом.
При выполнении моделирования значение сигнала и соответствующее ему модельное время сохраняются во внутреннем буфере блока Transport Delay. По истечении времени задержки значение сигнала извлекается из буфера и передается на выход блока. В том случае, если шаги модельного времени не совпадают со значениями моментов времени для записанного в буфер сигнала , блок Transport Delay выполняет аппроксимацию выходного сигнала.
В том случае, если начального значения объема памяти буфера не хватит для хранения задержанного сигнала, Simulink автоматически выделит дополнительную память. После завершения моделирования в командном окне MATLAB появится сообщение с указанием нужного размера буфера. На рис. 11 показан пример использования блока Transport Delay для задержки прямоугольного сигнала на 0,5 с.
Рис. 11. Пример использования блока Transport Delay для задержки сигнала
1.3.3. Блок управляемой задержки сигнала Variable Transport Delay
Назначение:
Выполняет задержку входного сигнала, заданную величиной сигнала управления.
Параметры:
Maximum delay – максимальное значение времени задержки сигнала (не отрицательное значение).
Initial input – начальное значение выходного сигнала.
Buffer size – размер памяти, выделяемой для хранения задержанного сигнала. Задается в байтах числом, кратным 8 (по умолчанию 1024).
-
Pade order (for linearization) – порядок ряда Паде, используемого при аппроксимации выходного сигнала. Задается целым положительным числом.
Блок управляемой задержки Variable Transport Delay работает аналогично блоку постоянной задержки сигнала Transport Delay.
В том случае, если значение управляющего сигнала, задающего величину задержки, превышает значение, заданное параметром Maximum delay, то задержка выполняется на величину Maximum delay.
На рис. 12 показан пример использования блока Variable Transport Delay. Величина времени задержки сигнала изменяется от 0,5 до 1 с в момент времени равный 5 с.
Рис. 12. Пример использования блока Variable Transport Delay
|
