Лабораторная 2
Моделирование с помощью Simulink
Подготовка к работе
По указанной литературе изучить:
- основы Simulink (назначение пакета, запуск, иерархию системы);
- правила создания моделей;
- способы редактирования и форматирование объектов модели;
- свойства блоков Simulink;
- понятие управляемых подсистем;
Разработать структуру модели устройства по варианту задания.
Контрольные вопросы
1. Назначение Simulink.
2. Какие блоки могут включаться в состав моделей?
3. Дать краткую характеристику основных библиотек Simulink.
4. Охарактеризовать этапы создания модели.
5. Как устанавливаются нужные параметры блоков модели?
6. Как отформатировать блоки создаваемой модели?
7. Основные свойства блоков Simulink.
8. Понятие подсистем. Привести примеры управляемых подсистем.
9. Виртуальные регистраторы Sinks.
10. Блоки непрерывных моделей Continuous.
11. Нелинейные блоки Discontinuous.
12. Математические блоки Math Operations.
13. Блоки из Communication Blockset.
Задание и порядок выполнения работы
Задание 1. Создать модель, в которой сигналы от заданных источников поступают на блок математических операций. Регистратор с тремя входами позволяет наблюдать сигналы на выходах источников сигналов и блока математических операций. Провести ее моделирование. Измерить для четных N – максимальное и для нечетных N – минимальное значения сигнала в разных точках схемы. Варианты заданий приведены в таблице 1.
Таблица 1. Варианты заданий.
| N | Первый источник сигнала | Второй источник сигнала | Математическая операция |
| Sine Wave - Синус | Sine Wave - Синус | Сложение / Add | |
| Pulse Generator - Импульсы | Step – Ступенчатый сигнал | Сложение / Add | |
| Sine Wave - Синус | Repeating Sequence - Пила | Сложение / Add | |
| Sine Wave - Синус | Pulse Generator - Импульсы | Умножение / Product | |
| Pulse Generator - Импульсы | Ram - Линейно нарастающий | Умножение / Product | |
| Sine Wave - Синус | Chirp Signal - Переменная частота | Умножение /Product |
Поменять амплитуду и период следования источников сигнала и проконтролировать результат моделирования с помощью регистрирующих блоков.
Методические указания по выполнению задания 1
Модели устройств содержат источники сигналов, функциональные блоки и средства наблюдения за поведением системы (дисплей и осциллографы).
Порядок создания модели с помощью пакета Simulink:
1) запустить MATLAB. При этом возникает стартовое диалоговое окно, в котором доки-рованы три встроенных окна: Command Window (командное) - справа, Launch Pad (Средства запуска) - в левом верхнем углу, Command History (История команд) - в левом нижнем углу;
2) нажать на кнопку 
«Simulink» на панели инструментов системы MATLAB, при этом появится окно браузера Simulink Library Browser. Окно браузера содержит две панели: слева иерархическое дерево библиотеки, справа - содержимое выбранной в левой панели папки с блоками. В папке могут быть подбиблиотеки и блоки. Каждый блок и подбиблиотека имеют визуальный семантический образ и надпись;
3) создать модель командой File => New => Model. Это приведет к созданию пустого окна модели. Разместить окна браузера и модели таким образом, чтобы они не перекрывали друг друга. Теперь можно формировать модель визуальным методом;
4) скопировать мышью из папок браузера в окно модели нужные блоки согласно заданию и примеру, приведенному на рис.1. При переносе блока в модель там создается экземпляр блока с именем, совпадающим с надписью под блоком. Ниже, для моделирования задачи1, в таблице приводятся названия блоков, папки в которых находятся нужные блоки в библиотеке и параметры блоков, установленные по умолчанию, которые нужно изменить.
| Название блоков | Место размещения в браузере | Параметры блоков |
| Генераторы заданной формы | Simulink/Sources | Amplitude=3V |
| Математические блоки Add, Product, Divide, Subtract | Simulink/ Math Operations | По умолчанию |
| Математический блок MinMax | Simulink/ Math Operations | Function min/max |
| Display | Simulink/Sinks | По умолчанию |
| Scope | Simulink/Sinks | Number of axes=3 |
5) соединить блоки коннекторами. Для этого нужно указать курсором на «выход» блока, нажать левую клавишу мыши и, не отпуская ее, провести линию ко входу другого блока. После чего клавишу отпустить. При отпускании клавиши мыши в модели отображается коннектор со стрелкой.
Для создания линии можно выделить блок источника, нажать клавишу <Ctrl> и выделить блок приемника.
Для создания точки разветвления нужно подвести курсор к предполагаемому узлу и, нажав правую клавишу мыши, протянуть линию.
Для удаления линии требуется ее выделить и нажать на клавишу <Delete>.
6) Установить для каждого блока соответствующие свойства. Для этого нужно на блоке сделать двойной щелчок мышью, что приведет к появлению окна со свойствами блока. Установите нужные параметры блоков в полях окна, согласно вышеприведенной таблицы;
Двойным щелчком по блоку Scope в модели вызвать его демонстрационное окно. Разместить это окно на экране в удобном месте, перемещая его за заголовок левой клавишей мыши. Кнопкой Parameters (Параметры) окна Scope вызвать окно свойств, в котором установить число осей 3 (для выходных сигналов генераторов и сигнала, полученного при заданной математической операции);
7) сохранить схему в виде файла на диске D:/Temp/… командой File => Save as. Имя файла должно начинаться с латинской буквы;
8) включить симулирование (моделирование) командой Simulation => Start (или кнопкой на панели инструментов модели) 
. В окне Scope отобразятся графики сигналов.
Если результат не совпадает с ожидаемым, то нужно изменить параметры модели.
Рис. 1. Моделирование задания1. В окне осциллографа графики выходных сигналов.
Задание 2
Создать модель с блоками управления передачей данных
| Варианты заданий. № | Блок | Источник 1 | Источник 2 | Источник 3 | ||
| Шифратор | Sine Wave | Sine Wave | ||||
| Дешифратор | Pulse Generator | Sine Wave | ||||
| Шифратор | Sine Wave | Chirp Signal | ||||
| Дешифратор | Pulse Generator | Pulse Generator | Sine Wave | |||
| Шифратор | Sine Wave | Chirp Signal | Pulse Generator | |||
| Дешифратор | Pulse Generator | Chirp Signal | Pulse Generator | |||
Шифратор
Шифратор. Работает обратно дешифратору, формируя номер канала, на котором обнаружен код 1. Например, [1 0 0 0] => 4. Используется для формирования сигнала разрешения работы для устройств канала с вы-бранным номером.
Модель шифратора с переключателем Multiport Switch для выбора сигнала с задаваемым номером: Номер канала задается скалярной константой. Каждый сигнал представлен векторной константой (из 4 компонент).
Создать на экране дисплея пустое окно модели и вызвать браузер библиотеки блоков. Из него в окно модели перенести нужные блоки. Блоки модели извлечь из подбиблиотек:
- Constant (Константа) – Sources.
- Display (Дисплей) -.Sinks.
Multiport Switch – Signal Routing.
В модели используются:
- Скалярная константа Constant для задания номера канала.
- 4 векторные константы для задания кодов для каждого номера канала.
- Одномерный дисплей Display1 для отображения номера канала.
- 4-мерный дисплей Display для одновременного отображения компонент выбранной векторной константы.
- Мультипортовый переключатель Multiport Switch. Он имеет вход управ-ления вверху и 4 пронумерованные информационные входа.
Для дисплея Display нужно в окне его параметров задать размерность (в примере 4).
Включить симулирование (моделирование) командой Simulation=>Start (или кнопкой стрелки вправо на панели инструментов модели). В дисплеях модели отображаются:
- В Display1 - номер канала, заданный скалярной константой номера, она равна 3.
- В Display компоненты выбранной векторной константы с номером 3, она равна [0 0 1 0].
Дешифратор
Дешифратор преобразует номер канала, в код с 1 в позиции номера. На-пример, 4 => [1 0 0 0]. Используется для формирования сигнала разреше-ния канала с выбранным номером.
Модель дешифратора для определения номера канала, на котором есть сиг-нал 1.
Создать на экране дисплея пустое окно модели и вызвать браузер библиотеки блоков. Из него в окно модели перенести нужные блоки. Блоки модели извлечь из подбиблиотек:
Constant (Константа) – Sources.
Display (Дисплей) -.Sinks.
Product (Произведение) – Math Operations.
Sum of Elements (Сумма элементов) – Math Operations.
Включить симулирование (моделирование) командой Simulation=>Start (или кнопкой стрелки вправо на панели инструментов модели). В Display отображается код в каналах, в Display1 номер канала, где код 1.
Задание 3
1. Построить схему показанную на рисунке 1, со своими числами.
2. Построить схему соединения двух генераторов применив блок логики согласно варианту.
| Два Pulse Generator соединить логическим элементом И и подключить к Scope | |
| Pulse Generator и Sane Wave соединить логическим элементом ИЛИ и подключить к Scope | |
| Два Pulse Generator соединить логическим элементом ИЛИ и подключить к Scope | |
| Pulse Generator и Sane Wave соединить логическим элементом И и подключить к Scope | |
| Step и Sane Wave соединить логическим элементом И и подключить к Scope | |
| Step и Sane Wave соединить логическим элементом ИЛИ и подключить к Scope |
Предмет исследования
Блок логических операций Logical Operation. Этот блок позволяет задать любую из известных базовых логических операций. Пример выполнения операции AND представлен на рисунке 1. Пример формирует таблицу истинности для этой операции. На рисунке представлено окно установки параметров логического блока. Параметрами является тип блока (выбирается из списка) и число выходов. Могут быть заданы следующие логические операции:
§ AND – логическое умножение (операция и)
§ OR – логическое сложение (операция или)
§ NAND – операция НЕ-И
§ NOR – операция НЕ - ИЛИ
§ XOR – операция сложение по модулю 2 (исключающее или)
§ NOT – операция логического отрицания (НЕ)
Рисунок 1