Simulink ® - это графическая среда моделирования и моделирования для динамических систем. Можно создавать блок-схемы, где блоки представляют части системы. Блок может представлять физический компонент, небольшую систему или функцию. Отношение «вход-выход» полностью характеризует блок. Рассмотрим следующие примеры:
Кран заполняет ведро - Вода идет в ведро с определенным расходом, и ведро становится тяжелее. Блок может представлять ковш с расходом на входе и его весом на выходе.
Вы используете мегафон, чтобы ваш голос был услышан - звук, производимый на одном конце мегафона, усиливается на другом конце. Мегафон - это блок, вход - это звуковая волна в его источнике, а выход - это звуковая волна, как вы ее слышите.
Вы толкаете корзину и она движется - корзина является блоком, сила, которую вы прилагаете, является входом, а положение тележки является выходом.
Определение блока выполняется только с заданными входами и выходами; эта задача относится к цели модели. Например, скорость тележки может быть естественным выбором в качестве выхода, если цель моделирования не включает ее расположение.
Simulink предоставляет библиотеки блоков, представляющие собой коллекции блоков, сгруппированных по функциональным возможностям. Например, для моделирования мегафона, который умножает свой входной сигнал на константу, используется блок усиления из библиотеки математических операций.
В мегафон в качестве его входа поступает звуковая волна, а в качестве его выхода выходит более громкая версия той же волны.
Знаки > обозначают входы и выходы блока, которые могут быть соединены с другими блоками.
Блоки можно соединять с другими блоками для формирования систем и представления более сложных функциональных возможностей. Например, аудиоплеер превращает цифровой файл в звук. Цифровое представление считывается из хранилища, интерпретируется математически, а затем превращается в физический звук. Программное обеспечение, которое обрабатывает цифровой файл для вычисления формы звукового сигнала, может быть одним блоком; динамик, принимающий сигнал и превращающий его в звук, может быть другим блоком. Компонент, генерирующий ввод, является другим блоком.
Чтобы смоделировать вход синусоидальной волны в мегафон в Simulink, включите источник синусоидальной волны.
Основной функцией Simulink является моделирование поведения компонентов системы во времени. В простейшей форме эта задача включает в себя поддержание тактового сигнала, определение порядка, в котором блоки должны быть смоделированы, и распространение выходных сигналов, вычисленных в блок-схеме, на следующий блок. Рассмотрим мегафон. На каждом шаге времени Simulink должен вычислить значение синусоидальной волны, распространить его на мегафон, а затем вычислить значение его выходного сигнала.
На каждом временном шаге каждый блок вычисляет свои выходные сигналы из своих входных сигналов. Как только все сигналы на диаграмме вычисляются на заданном временном шаге, Simulink определяет следующий временной шаг (на основе конфигурации модели и алгоритмов числового решателя) и продвигает часы моделирования. Затем каждый блок вычисляет свои выходные данные для этого нового временного шага.
При моделировании время проходит иначе, чем реальные часы. Каждый временной шаг занимает столько времени, сколько требуется для завершения вычислений для этого временного шага, независимо от того, представляет ли этот временной шаг долю секунды или нескольких лет.
Часто влияние ввода компонента на его выход не является мгновенным. Например, включение нагревателя не приводит к мгновенному изменению температуры. Скорее, это действие обеспечивает ввод в дифференциальное уравнение. История температуры (состояния) также является фактором. Когда моделирование требует решения дифференциального или дифференциального уравнения, Simulink использует память и числовые решатели для вычисления значений состояния для временного шага.
Simulink обрабатывает данные в трех категориях:
Сигналы - блочные входы и выходы, рассчитанные во время моделирования
Состояния - внутренние значения, представляющие динамику блока, вычисленные во время моделирования
Параметры - значения, влияющие на поведение блока, управляемого пользователем
На каждом шаге времени Simulink вычисляет новые значения для сигналов и состояний. В отличие от этого, параметры задаются при построении модели и могут периодически изменяться во время выполнения моделирования.