Диаграммы Simulink
Simulink® является графической средой моделирования и симуляции для динамических систем. Можно создать 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 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 ваш голос услышанным - звук, издаваемый на одном конце мегафона, усиливается на другом конце. Мегафон является блоком, вход является звуковой волной в своем источнике, и выход является звуковой волной, как вы ее слышите.
Вы толкаете тележку, и она перемещается - тележка является блоком, сила, которую вы применяете, является входом, и положение тележки является выходом.
Определение блока завершено только определенными входами и выходами; эта задача относится к цели модели. Для примера скорость тележки может быть естественным выбором в качестве выхода, если цель моделирования не включает ее местоположение.
Simulink предоставляет библиотеки блоков, которые являются наборами блоков, сгруппированных по функциям. Например, чтобы смоделировать мегафон, который умножает его вход на константу, вы используете Gain блок из библиотеки Math Operations.
Звуковая волна входит в мегафон в качестве его входа, и более громкая версия той же волны выходит в качестве её выхода.
Знаки > обозначают входы и выходы блока, который может быть соединен с другими блоками.
Можно соединить блоки 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, который принимает форму волны и превращает ее в звук, может быть другим блоком. Компонент, который генерирует вход, является другим блоком.
Чтобы смоделировать вход синусоиды в мегафон в Simulink, включите источник Sine Wave.
Основной функцией Simulink является моделирование поведения компонентов системы с течением времени. В самой простой форме эта задача включает в себя сохранение часов, определение порядка, в котором блоки должны быть моделированы, и распространение выходов, вычисленных в блок-схеме, на следующий блок. Рассмотрим мегафон. На каждом временном шаге Simulink должен вычислять значение синусоиды, распространять его на мегафон, а затем вычислять значение его вывода.
На каждом временном шаге каждый блок вычисляет свои выходы из его входов. Если все сигналы в схеме вычисляются в установленный временной шаг, Simulink определяет следующий временной шаг (на основе строения модели и алгоритмов численного решателя) и совершенствует часы симуляции. Затем каждый блок вычисляет их выход 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 расчеты для того временного шага, представляет ли тот временной шаг часть секунды или нескольких лет.
Часто, эффект входа 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) также является 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 - Блочные входы и выходы, вычисленные во время симуляции
Состояния - Внутренние значения, представляющие динамику блока, вычисленные во время симуляции
Параметры - Значения, которые влияют на поведение блока, управляемые пользователем
На каждом временном шаге Simulink вычисляет новые значения для сигналов и состояний. Напротив, вы задаете параметры, когда вы создаете модель и можете иногда изменять их во время симуляции.