Государственное профессиональное
Образовательное учреждение
«Енакиевский металлургический техникум»
ЕН.02 Компьютерное моделирование
Лекция № 20
Тема: Отладчик Simulink-моделей
Содержание
1. Обнаружение ошибок при построении модели.
2. Выявление проблем реализации.
3. Отладчик системы Simulink.
Контрольные вопросы
Литература
Вопросы для самостоятельного изучения
Преподаватель _____________________________ Г.В. Лунина
Обнаружение ошибок при построении модели.
Программирование в системе Simulink обычно менее подвержено ошибкам, благодаря высокому уровню абстракции, показывающему содержание и структуру программы более четко, чем программирование на традиционных алгоритмических языках. Система Simulink обеспечивает пользователя средствами выявления и обработки ошибок, которые можно условно классифицировать следующим образом: синтаксические ошибки, возникающие при построении модели, и ошибки выполнения.
Третью группу ошибок можно назвать алгоритмическими ошибками. Этот тип ошибок возникает, когда модель строится в соответствии с проектом, однако проект не выполняет технических требований. Алгоритмические ошибки обычно не удаляются в процессе отладки, они обнаруживаются при проверке достоверности модели в ходе тестирования.
Ошибка разработки является характеристикой модели, которая не позволяет правильно воспроизвести исходную математическую модель, по аналогии с синтаксической ошибкой в традиционном языке программирования. Примером ошибок разработки являются: несоединенные линии связи, отсутствие функциональной связи с входными или выходными портами блоков, пропущенные данные при задании параметров блока и др. Система Simulink обнаруживает эти ошибки на этапе компиляции при запуске модели и выдает сообщение об ошибке в диалоговом окне Simulation Diagnostics или использует окно системы MATLAB для выдачи предупреждающих сообщений.
Для обнаружения ошибок построения модели устанавливаются соответствующие опции на вкладке Diagnostics диалогового окна Simulation Parameters: Unconnected line (Несоединенная линия связи), Unconnected block input (Несоединенный входной порт блока) и Unconnected block output (Несоединенный выходной порт блока). Опциям присваивается значение Error. При запуске процесса моделирования система Simulink производит проверку построенной модели на наличие ошибок указанных типов. В случае их обнаружения моделирование прерывается и появляется диалоговое окно Simulation Diagnostics. Если система Simulink обнаружит ошибку построения модели, для которой присваивается значение Warning, предупреждение выводится в окно системы MATLAB, но процесс моделирования не прерывается.
Выявление проблем реализации.
Проблемы реализации связаны с определенными свойствами модели, которые не препятствуют запуску режима моделирования и его выполнения, но не позволяют адекватно и эффективно моделировать исходную математическую модель. К проблемам реализации можно отнести ошибки системы Simulink, обусловленные переполнением разрядной сетки, колебаниями в решении, связанными с явлением пересечения нуля и наличием алгебраических контуров, что снижает скорость интегрирования.
Зачастую, наибольшее затруднение вызывают проблемы реализации, которые проявляются только на этапе анализа результатов моделирования. К этому типу ошибок можно отнести ошибки в задании знаков, линий связи и др.
Система Simulink формирует сообщения об ошибках выполнения через диалоговое окно Simulation Diagnostics.
Низкая скорость выполнения модели в системе Simulink может быть обусловлена следующими причинами: колебаниями в итерационном процессе при пересечении нулевого значения, алгебраическими контурами, жесткостью и сложностью модели. Рекомендуется одновременно осуществлять проверку каждого типа проблемы.
Отладчик системы Simulink.
Интерактивный отладчик является программным средством выявления ошибок, управления ходом выполнения программного кода и прерывания в случае возникновения предупреждения или ошибки, а также при установке контрольной точки. Режим отладки позволяет контролировать значения переменных в процессе выполнения программы. Отладчик системы Simulink обеспечивает ряд возможностей, реализуемых в стандартных системах программирования. С помощью отладчика можно устанавливать режим отладки в различных элементах структурной схемы, выполнять пошаговую отладку или устанавливать прерывание по определенному условию.
Отладчик системы Simulink запускается из диалогового окна отладчика или из командной строки системы MATLAB. Использование графических средств имеет ряд преимуществ, связанных с требованиями гибкости и возможности решения задач пользователем, не являющимся специалистом в области программирования. Рассмотрим организацию режима отладки с использованием средств графического интерфейса. Для отладки модели следует открыть модель и запустить режим отладки, выбрав команду Simulink Debugger меню Tools, или выбрав курсором мыши пиктограмму Debug на панели инструментов окна модели.
В процессе функционирования отладчика взаимодействие с ним осуществляется с помощью пиктограмм панели инструментов или путем ввода команд в окне системы MATLAB и выделением мышью соответствующих блоков в окне модели.
Обобщенная математическая модель формируется из описания динамической системы в виде структурной схемы, что предполагает непрерывную и параллельную обработку всех блоков, однако, зачастую необходимо обрабатывать блоки последовательно.
Режим отладки модели системы Simulink предполагает выполнение процесса моделирования в виде пошаговой процедуры расчета на одном шаге или путем перехода от блока к блоку, с использованием сортировки блоков. Для использования данного режима необходимо нажимать на пиктограмму Step to next block (Переход к следующему блоку) на каждом шаге. В режиме отладки модели от блока к блоку на экран выводится информационное сообщение для рассматриваемого блока, и он выделяется цветом в окне модели. Сообщение включает в себя: индекс блока, номер блока и значения входных и выходных переменных.
Когда процесс моделирования прекращается по достижению времени окончания моделирования, отладчик заканчивает свою работу и управление возвращается командной строке системы MATLAB. Отладку можно прекратить в любое время, нажав на пиктограмму Stop debugging панели инструментов отладчика
Контрольные вопросы
1. Каким образом система Simulink обнаруживает ошибки?
2. С чем связаны проблемы реализации модели?
3. Как система Simulink формирует сообщения об ошибках?
4. Как выполняется режим отладки с использованием средств графического интерфейса?
Литература
Основные источники:
1. Герман-Галкин С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.: КОРОНА-Век, 2008. – 368 с.
2. Дэбни Дж. Simulink 4/ Секреты мастерства / Дж Дэбни, Т.Л. Хартман; Пер. с англ. М.Л. Симонова. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. – 403 с.: ил.
3. Лузина Л.И. Компьютерное моделирование: Учебное пособие. − Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2001. – 105 с.
Дополнительные источники:
1. Королев А.Л. Компьютерное моделирование. -М.: БИНОМ, 2010
Вопросы для самостоятельного изучения
1. Работа отладчика системы Simulink в командном режиме: Дэбни Дж. Simulink 4/ Секреты мастерства / Дж Дэбни, Т.Л. Хартман; Пер. с англ. М.Л. Симонова. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. – 403 с.: ил. - Стр. 305-315