Wprowadzenie do Simulinka

1. Wprowadzenie do Simulinka Opracował Dr inż. Mirosław Kwiesielewicz Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechnika Gdańska email: mkwies@ely.pg.gda.pl url: http://www.ely.pg.gda.pl/~mkwies/

2. Informacje ogólne • Simulink jest interaktywnym pakietem przeznaczonym do modelowania, symulacji, i analizy dynamicznych układów ciągłych, układów dyskretnych w czasie oraz mieszanych, tzn. dyskretno-ciągłych • Simulink jest zintegrowany z MATLABEM • Krótkie wprowadzenie poprzez wydanie polecenia simintro w oknie MATLABA • Polecenie help simulink podaje zestaw funkcji

3. Etapy pracy w Symulinku • Definiowanie modelu • otwarcie okna dla modelu • umieszczenie bloków • połączenie bloków • Analiza modelu • symulacja • linearyzacja • określenie punktu równowagi

4. Zawartość Symulinka • Biblioteka bloków • Algorytmy numeryczne • Funkcje używane przy wykonywaniu symulacji modeli Simulinka z okna poleceń MATLABA • Funkcje stosowane przy konstruowaniu modeli i ich maskowaniu

5. Rodzaje okien w Symulinku • Okno modelu - do konstruowania modelu z wykorzystaniem funkcji bibliotecznych • Okno biblioteczne z nagłówkiem Library - okno to umożliwia tworzenie własnych bibliotek użytkownika

6. Rozszerzenia Simulinka - RTW Blockset • Real-Time Workshop - generuje kod języka C, w oparciu o schematy blokowe Simulinka; tworzy programy dla różnych procesorów, w tym sygnałowych oraz pozwala budować nowe MEX pliki; Real - Time Workshop Ada Extension; • RTW pozwala na: • Wygenerowanie kodu w języku C lub Ada • Sterowanie bezpośrednie procesem

7. Rozszerzenia Simulinka - DPS Blockset • Digital Signal Processing Blockset - szybkie projektowanie, budowę prototypów, i symulację cyfrowych układów przetwarzania sygnałów oraz ich implementację w dziedzinie czasu rzeczywistego. • DPS zawiera ponad 100 bloków realizujących operacje przetwarzania, modelowania i analizy sygnałów (wymaga Signal Processing Toolbox);

8. Rozszerzenia Simulinka - NCD Blockset • Interaktywny graficzny interfejs użytkownika (GUI), umożliwiającym modyfikowanie parametrów układu tak, aby osiągnąć możliwie najlepsze przebiegi czasowe wybranych sygnałów. • Parametry dostrajane są automatycznie na podstawie ograniczeń przebiegów czasowych, określanych przez użytkownika

9. Rozszerzenia Simulinka - PS Blockset • Power System Blockset daje możliwość modelowania oraz symulacji układów, które generują oraz przekształcają energię elektryczną oraz są jej różnego rodzaju odbiornikami. • PS zawiera biblioteki bloków reprezentujące elementy składowe obwodów elektrycznych, generatory, transformatory, silniki elektryczne oraz elementy i układy energoelektroniczne.

10. Rozszerzenia Simulinka - Stateflow • Projektowanie i rozbudowa złożonych nadzorujących układów sterowania. Umożliwia modelowanie obiektów dyskretnych i dyskretno-ciągłych. • Powinien być stosowany łącznie z RTW

11. Algorytmy numeryczne • Wszystkie algorytmy numeryczne dostępne w SIMULINKU można realizować z okna MATLABA. • Z okna poleceń MATLABA mogą być wywoływane funkcje • trim - do określania punku równowagi modelu • linmod, dlinmod, linmod2 - do linearyzacji modeli

12. Algorytmy zmiennokrokowe rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych • ode45 - metoda Runge-Kutty, Dorman-Prince - algorytm jednokrokowy - domyślny w Simulinku; • ode23 - jednokrokowa metoda Runge-Kutty, Bogacki-Shampine • ode113 - metoda wielokrokowa o zmiennym rzędzie Adams-Bashforth-Moulton - skuteczny przy wymaganej dużej dokładności • ode15s - metoda wielokrokowa o zmiennym rzędzie, działająca w oparciu o reguły różniczkowania numerycznego (NDF),

13. Algorytmy zmiennokrokowe rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych - c.d. • ode15s - Opcjonalnie stosowana jest metoda Gear’a - polecana do rozwiązywania układów sztywnych; • ode23s - opiera się na zmodyfikowanej metodzie Rosenbrock’a drugiego rzędu; jest to metoda jednokrokowa; przy mniejszej dokładności bardziej efektywna i stabilna od ode15s;

14. Algorytmy zmiennokrokowe rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych - c.d. • ode23t - implementacja reguły trapezowej - układy umiarkowanie sztywne ; • ode23tb - implementacja metody TR-BDF2; jest toz zmodyfikowana metoda Runge-Kutty; algorytm może być bardziej efektywny od ode15s; • discrete - dla modeli zawierających nieciągłości (bloki dyskretne);

15. Algorytmy stałokrokowe • ode5 - stałokrokowa wersja ode45, metoda Dormand-Price; • ode4 - metoda Runge-Kutty czwartego rzędu; • ode3 - stałokrokowa wersja funkcji ode23, metoda Bogacki-Shampine; • ode2 - ulepszona metoda Eulera (Heuna); • ode1 - metoda Eulera • discrete - dla modeli, dla których wykrycie przejścia przez zero błąd sterownia nie są ważne

16. Maskowanie podsystemu w SIMULINKU • Pole ikony - komendy definiujące grafikę ikony • Pole inicjalizacji i przekazania parametrów • Pole opisu - opis działania maskowanego bloku i definicja pomocy (help) on line Uwaga: we wszystkich polach występuje ten sam element - typ maski - można go traktować jako tytuł

17. Maskowanie - polecenia pola ikony • disp(łańcuch) - wyświetlenie łańcucha (center) • text(x,y,łańcuch) - wyświetlenie łańcucha począwszy od pozycji o współrzędnych (x,y) • fprintf(łańcuch,lista) - łańcuch oznacza format - lista listę zmiennych • plot(wektor_x,wektor_y) - uproszczona wersja funkcji plot • dpoly(licznik,mianownik) - transmitancja • dpoly(licznik,mianownik,’z’) - transmitancja dyskretna • dpoly(licznik,mianownik,’z-’) - transmitancja dyskretna • droots(zera,bieguny,wzmocnienie) - transmitancja

18. Maskowanie - system współrzędnych pola ikony • Samoskalowanie - automatyczne skalowanie ikony • Normalizacja - skalowanie w zakresie od 0 do 1 • Piksele - wymiary ikony wyrażone w pikselach