Учебное пособие для студентов высших учебных заведений
 Скачать 5.41 Mb.
|
|
Scopе. Для этого достаточно поместить в него "галочку", щелкнув в нем мішью. Если "галочка" установлена, то Scope отображается как блок без входа, и если он был связан по входу с другими блоками, то эти связи "обрываются". Поле Sampling содержит лишь одно окошко с надписью Decimation. В нем можно задать целое положительное число, которое равно количеству шагов (дискретов) времени, в которых используются полученные данные для построения графиков в окне Scopе. Вторая вкладка Data history (рис. 7.6) позволяет задать максимальное количество элементов массивов данных, которые используются для построения графиков в окне Scope (окошко рядом с надписью Limit rows to last (Максимальная граница строк)). Другие окошки этой вкладки становятся досягаемыми, если в окошке рядом с надписью Save data to work space (Записать данные в рабочее пространство) поставить "галочку" (мышью). При этом становится возможным записать данные, которые выводятся на графики окна Scope, в рабочее пространство системы MatLAB, и становятся активными окошки с надписями Variable name (Имя переменной) и Format (Формат). В первое из них можно ввести имя переменной, под которым будут сохраняться данные в рабочем пространстве системы (по умолчанию эти данные будут записаны под именем ScopeData). Окошко Format дает возможность выбрать один из трех форматов записи данных – Matrix (Матрица), Structure (Структура) и Structure with time (Структура с временем). Любые изменения, сделанные в окне Properties, изменяют окно Scope лишь в случае, если после введения этих изменений нажата кнопка Аpply в нижней части окна. 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 317 Рис. 7.8 Блок XYGraph Этот блок также является обзорным окном. В отличие от Scope, он имеет два входа: на первый (верхний) подается сигнал, значения которого откладывают- ся по горизонтальной оси графика, а на второй (нижний) - по вертикальной оси. Если перетянуть этот блок на поле блок-схемы, а потом на изображении его щелкнуть дважды мышкой, то на экране появится окно настраивания блока (рис. 7.8), которое позволяет установить границы изменений обеих входных величин, между которыми будет построен график зависимости второй величины от первой, а также задать дискрет по времени. Приведем пример использования блока XYGraph. Для этого перетянем в окно блок-схемы изображение этого блока из окнаLibrary: simulink3/Sinks, а из окна Library: simulink3/Sources - два блока-источника Clock и Sine Wave. Соединим выходы блоков-источников с входами блока XYGraph. Получим блок- схему, приведенную на рис. 7.9. Если теперь выбрать мышью меню Simulation в строке меню окна блок-схемы, а в нем - команду Start, то по окончании расчетов на экране возникнет окно XYGraph и в нем будет построено изображение, представленное на рис. 7.10. Рис. 7.9 Рис. 7.10 Блок Display Этот блок предназначен для вывода на экран численных значений величин, которые фигурируют в блок-схеме. Блок имеет 4 параметра настраивания (рис. 7.11). Список Format задает формат вывода чисел; вид формата избирается с помощью нисходящего меню, содержащего 5 пунктов: short, long, short_e, long_e, bank. Поле введения Decimation позволяет задать периодичность (через сколько шагов времени) вывода значений в окне Display. Переключатель Floating display позволяет определять блок Display как блок без входа, обрывая его связи. Блок Display может использоваться для вывода как скалярных, так и векторных величин. Если отображаемая величина является вектором, то исходное 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 318 представление блока изменяется автоматически, о чем свидетельствует появление маленького черного треугольника в правом нижнем углу блока. Для каждого элемента вектора создается свое мини-окно, но чтобы они стали видимыми, необходимо растянуть изображение блока. Для этого следует выделить блок, подвести курсор мышки к одному из его углов, нажать левую клавишу мыши и, не отпуская ее, растянуть изображение блока, пока не исчезнет черный треугольник. Рис. 7.11 Рис. 7.12 Для примера создадим блок-схему (рис. 7.12) из двух элементов – блока- источника Constant и блока-приемника Display. Рис. 7.13 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 319 Вызвав окно настраивания блока Constant (рис. 7.13), установим в нем значения константы-вектора, который состоит из четырех элементов [1e-17 pi 1757 -0.087]. Вызывая окно настраивания блока Display, установим с его помо- щью формат вывода чисел short_e. После активизации команды Start из меню Simulation, получим изображение окна блок-схемы, показанное на рис. 7.12. Растягивая изображение блока Display на блок-схеме, получим картину, представленную на рис. 7.14. Рис. 7.14 Блок To File Этот блок обеспечивает запись значений величины, поданной на его вход, в МАТ-файл данных для использования их в последующем в других S-моделях. Блок имеет такие параметры настраивания (см. рис. 7.15): Рис. 7.15 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 320 File name - имя МАТ-файла, в который будут записываться значения входной величины; по умолчанию - untitled. mat; имя файла выводится на изображении блока в блок-схеме; Variable name - имя переменной, по которому можно будет обращаться к данным, записанным в файле (для того, чтобы просмотреть или изменить их в командном окне MatLAB); по умолчанию используется системное имя ans; Decimation - дискретность (в количестве дискретов времени) записи данных в файл; Sample Time - размер дискрета времени для данного блока. Следует отметить, что значения данных, которые подаются во вход блока записываются в выходную переменную (например, ans) так: первую строку мат- рицы образуют значения соответствующих моментов времени; вторая строка со- держит соответствующие значения первого элемента входного вектора, третья строка - значения второго элемента и т.д. В результате записывается матрица раз- мером (k+1)*N, где k - количество элементов входного вектора, а N - количество точек измерения (или количество моментов времени, в которые осуществлены измерение). Блок To Workspace Этот блок предназначен для сохранения данных в рабочем пространстве системы MatLAB. Данные сохраняются в виде матрицы размером (N*k), структура которой отличается от структуры данных в МАТ-файле тем, что: значения величин, которые сохраняются, расположены по столбцам, а не по строкам; не записываются значения модельного времени. Рис. 7.16 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 321 Блок имеет 4 параметры настраивания (см. рис. 7.16): Variable name - имя, под которым данные сохраняются в рабочем пространстве (по умолчанию - simout); Maximum number of rows - максимально допустимое количество строк, т. е. значений данных, которые записываются; по умолчанию она задается константой inf, т. е. данные регистрируются на всем интервале моделирования; Decimation и Sample Time имеют то самое содержание, которое и раньше; Окошко Save format (Формат записи) позволяет выбрать один из трех вариантов записи данных: Matrix (Матрица), Structure (Структура) и Structure with time (Структура с временем). 7.1.4. Раздел Sources (Источники) После выбора раздела Sources библиотеки SimuLink на экране появится дополнительное окно, показанное на рис. 7.17. Рис. 7.17 Как видим, в этом разделе библиотеки в качестве источников сигналов предусмотрены такие блоки: Соnstant - формирует постоянную величину (скаляр, вектор или матрицу); 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 322 Signal Generator- создает (генерирует) непрерывный колебательный сигнал одной из волновых форм на выбор - синусоидальный, прямоугольный, треугольный или случайный; Step - генерирует сигнал в виде одиночной ступеньки (ступенчатый сигнал) с заданными параметрами (начала ступеньки и ее высоты); Ramp - создает линейно восходящий (или нисходящий) сигнал; Sine Wave - генерирует гармонический сигнал; Repeating Sequence - генерирует периодическую последовательность; Discrete Pulse Generator - генератор дискретных импульсных сигналов; Pulse Generator - генератор непрерывных прямоугольных импульсов; Chirp Signal - генератор гармонических колебаний с частотой, которая линейно изменяется с течением времени; Clock(Часы) - источник непрерывного сигнала, пропорционального мо- дельному времени; Digital clock (Цифровые часы)- формирует дискретный сигнал, пропор- циональный времени; Random Number - источник дискретного сигнала, значения которого являются случайной величиной, распределенной по нормальному (гаус- совому) закону; Uniform Random Number - источник дискретного сигнала, значения которого являются случайной равномерно распределенной величиной; Band-Limited White Noise - генератор белого шума с ограниченной полосой частот. Оставшиеся два блока из раздела Sources обеспечивают использование в модели данных, полученных раньше. Первый из них - From File - предназначен для введения в S-модель данных, которые сохраняются на диске в МАТ-файле. Второй - From Workspace - обеспечивает введения в модель данных непосредственно из рабочего простора MatLAB. Напомним, что структура данных в МАТ-файле является многомерным массивом с переменным количеством строк, которое определяется количеством регистрируемых переменных. Элементы первой строки содержат последовательные значения модельного времени, элементы в других строках - значения переменных, соответствующие отдельным моментам времени. Как и другие блоки библиотеки SimuLink, блоки-источники могут настраиваться пользователем, за исключением блока Clock, работа которого осно- вана на использовании аппаратного таймера компьютера. Блок Constant Блок предназначен для генерирования процессов, который являются неиз- менными во времени, т. е. имеют постоянное значение. Он имеет один параметр настраивания (см. рис. 7.13) - Constant value, который может быть введен и как вектор-строка из нескольких элементов по общим правилам MatLAB. Пример его использования приведен ранее при рассмотрении блока Display. 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 323 Блок Signal Generator Окно настраивания этого блока выглядит так, как показано на рис. 7.18. Как видно, в параметры настраивания входят: Wave form - форма волны - позволяет выбрать одну из таких форм периодического процесса 1) Sine - синусоидальные волны; 2) Square - прямоугольные волны; 3) Sawtooth - треугольные волны; 4) Random - случайные колебания; Рис. 7.18 Amplitude - определяет значения амплитуды колебаний, которые генерируются; Frequency - задает частоту колебаний; Units - позволяет выбрать одну из единиц измерения частоты с помощью нисходящего меню - Hertz (в Герцах) и Rad/Sec (в радианах в секунду). Рис. 7.19 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 324 На рис. 7.19 показана простейшая блок-схема S-модели, которая состоит из блока Signal Generator и блока отображения XY Graph. Содержимое блока отображения после проведения моделирования при таких параметрах настраивания: вид колебаний - Sine; амплитуда - 1; частота - 1 радиан/сек отображено на рис. 7.10. На рис. 7.20.. 7.22 представлены результаты, отображаемые в окне XYGraph в случае выбора соответственно прямоугольных, треугольных и случайных колебаний при тех же значениях остальных параметров настраивания. Рис. 7. 20 Рис. 7. 21 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 325 Рис. 7.22 Блок Step Блок обеспечивает формирование сигнала в форме ступеньки (или, как говорят, - ступенчатого сигнала). Рис. 7. 23 Блок имеет 3 параметра настраивания (рис. 7.23): Step time - время начала ступеньки (момент скачка сигнала) - определяет момент времени, в который происходит скачкообразное изменение величины сигнала; по умолчанию принимается равным 1; 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 326 Initial value - начальное значение - задает уровень сигнала до скачка; значение по умолчанию - 0; Final value - конечное значение - задает уровень сигнала после скачка; значение его по умолчанию - 1. Рассмотрим пример использования блока. Перетянем в окно блок-схемы из окна библиотеки источников блоки Step и Сlock, а из окна библиотеки приемников - блок XY Graph и соединим их (рис. 7.24) Рис. 7.24 Установим такие параметры настраивания блока: Step time - 3,5, Initial value - (-2), Final value – 4.5. После активизации моделирования (Simulation/Start) получим в окне Scope картину, представленную на рис. 7.25. Рис. 7.25 Блок Ramp Блок формирует непрерывно нарастающий сигнал и имеет такие параметры настраивания (рис. 7.26): Slope - значение скорости нарастания сигнала; 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 327 Start time - время начала нарастания сигнала; Initial output - значение сигнала до момента начала его нарастания. Рис. 7. 26 Рис. 7.27 На рис. 7.27 приведен пример результата применения блока Ramp при таких значениях параметров: Slope = 1; Start time = 3; Initial output = -3. Блок Sine Wave Блок Sine Wave имеет такие настройки (рис. 7.28): Amplitude - определяет амплитуду синусоидального сигнала; Frequensy (rad/sec) - задает частоту колебаний в радианах в секунду; Phase (rad) - позволяет установить начальную фазу в радианах; Sample time - определяет величину дискрета времени задания значений синусоидального сигнала. 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 328 Результат применения блока (при значениях параметров настраивания: амплитуда - 4,5; частота - 1 радиан в секунду и начальная фаза - π /2 радиан) показан на рис. 7.29. Рис. 7. 28 Рис. 7.29 Отличия этого блока от генератора синусоидальных колебаний в блоке Signal Generator состоят в следующем: 1) в анализируемом блоке можно устанавливать произвольную начальную фазу; 2) в нем нельзя задать частоту в Герцах. Блок Repeating Sequence Этот блок содержит две настройки (рис. 7.30): 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 329 Time values - вектор значений времени, в которые заданы значения исходной величины; Output values - вектор значений исходной величины, которые она должна принять в указанные в первом векторе соответствующие моменты времени. Блок обеспечивает генерирование колебаний с периодом, равным различию между последним значением вектора Time values и значением первого его элемента. Форма волны внутри периода является ломаной, проходящей через точки с указанными в векторах Time values и Output values координатами. В качестве примера на рис. 7.31 приведено изображение процесса, сгенерированного блоком Repeating Sequence при параметрах настраивания, указанных на рис. 7.30. Рис. 7. 30 Рис. 7.31 Блок Diskret Pulse Generator Блок генерирует последовательности прямоугольных импульсов. В число настраиваемых параметров этого блока входят (рис. 7.32): амплитуда сигнала (Amplitude), т. е. высота прямоугольного импульса; 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 330 размер периода сигнала (Period), который отсчитывается в целых числах - количестве дискретов времени; ширина импульса (Pulse width), тоже в дискретах времени; размер задержки импульса относительно t=0 (Phase delay) - в дискретах времени; размер дискрета времени (Sample time). Рис. 7. 32 Рис. 7.33 Установление параметров этого блока целесообразно начинать с дискрета времени. Размер шага можно указать как в форме константы, так и в форме вычисляемого выражения. 7.1. Общая характеристика пакета SimuLink 331 Пример применения этого блока при значениях параметров, указанных на рис. 7.32, приведен на рис. 7.33. Блок Pulse Generator Блок Pulse Generator осуществляет практически ту же функцию, что и блок Disсret Pulse Generator. Но параметры импульсов задаются иначе (рис. 7.34). Здесь требуют задания такие параметры: Period - период прохождения импульсов; Duty cycle (% of period) - продолжительность прямоугольного импульса (в процентах от периода); Amplitude - амплитуда (высота) импульса; Start time - начальный момент времени первого из импульсов. Рис. 7.34 Результат применения блока при значениях параметров, указанных на рис. 7.34, можно увидеть на рис. 7.35. |