Диаграммы Simulink
Simulink® является графическим моделированием и средой симуляции для динамических систем. Можно создать блок-схемы, где блоки представляют части системы. Блок может представлять физический компонент, маленькую систему или функцию. Отношение ввода/вывода полностью характеризует блок. Рассмотрите эти примеры:
Кран заполняет блок — Вода входит в блок с определенной скоростью потока жидкости, и блок становится более тяжелым. Блок может представлять блок со скоростью потока жидкости как вход и его вес как выход.
Вы используете мегафон, чтобы сделать вашу речь услышанной — звук, произведенный в одном конце мегафона, усилен в другом конце. Мегафон является блоком, вход является звуковой волной в своем источнике, и выход является звуковой волной, когда вы слышите его.
Вы продвигаете тележку, и она перемещается — тележка является блоком, сила, которую вы прикладываете, является входом, и положением тележки является выход.
Определение блока только вместе с его заданными вводами и выводами; эта задача относится к цели модели. Например, скорость тележки может быть естественным выбором как выходом, если цель моделирования не включает свое местоположение.
Simulink обеспечивает библиотеки блоков, которые являются наборами блоков, сгруппированных функциональностью. Например, чтобы смоделировать мегафон, который умножает его вход на константу, вы используете блок Gain из библиотеки Math Operations.
Звуковая волна входит в мегафон как в свой вход, и более громкая версия той же волны выходит как его выход.
Знаки > обозначают вводы и выводы блока, который может быть соединен с другими блоками.
Можно соединить блоки с другими блоками, чтобы сформировать системы и представлять более комплексную функциональность. Например, аудиоплеер превращает цифровой файл в звук. Цифровое представление читается из устройства хранения данных, интерпретировано математически, и затем превращено физический звук. Программное обеспечение, которое обрабатывает цифровой файл, чтобы вычислить звуковую форму волны, может быть одним блоком; динамик, который берет форму волны и превращает ее в звук, может быть другим блоком. Компонент, который генерирует вход, является другим блоком.
Чтобы смоделировать вход синусоиды к мегафону в Simulink, включайте источник Sine Wave.
Первичная функция Simulink должна симулировать поведение компонентов системы в зависимости от времени. В ее самой простой форме эта задача включает хранение часов, определение порядка, в котором блоки должны быть симулированы, и распространение выходных параметров, вычисленных в блок-схеме со следующим блоком. Рассмотрите мегафон. На каждом временном шаге Simulink должен вычислить значение синусоиды, распространить его к мегафону, и затем вычислить значение его выхода.
На каждом временном шаге каждый блок вычисляет свои выходные параметры из его входных параметров. Если все сигналы в схеме вычисляются в установленный временной шаг, Simulink определяет следующий временной шаг (на основе настройки модели и алгоритмов численного решения) и совершенствует часы симуляции. Затем каждый блок вычисляет их вывод для этого нового временного шага.
В симуляции время прогрессирует по-другому по сравнению с реальным временем. Каждый временной шаг занимает столько времени, сколько требуется, чтобы закончить вычисления для того временного шага, представляет ли тот временной шаг часть секунды или нескольких лет.
Часто, эффект входного параметра компонента на его выходе не мгновенен. Например, включение нагревателя не приводит к немедленному изменению температуры. Скорее это действие предоставляет вход дифференциальному уравнению. История температуры (состояние) является также фактором. Когда симуляция требует решения дифференциального или разностного уравнения, Simulink использует память и числовые решатели, чтобы вычислить значения состояния для временного шага.
Simulink обрабатывает данные в трех категориях:
Сигналы — вводы и выводы Блока, вычисленные в процессе моделирования
Состояния — Внутренние значения, представляя динамику блока, вычисленного в процессе моделирования
Параметры — Значения, которые влияют на поведение блока, управляемые пользователем
На каждом временном шаге Simulink вычисляет новые значения для сигналов и состояний. В отличие от этого, вы задаете параметры, когда вы создаете модель и можете иногда изменять их, в то время как симуляция запускается.