Simulink-модель визуализатора осциллографа

Программа Simulink является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым, пользователь на экране из библиотеки стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области в которой он работает.

Simulink является достаточно самостоятельным инструментом MATLAB и при работе с ним совсем не требуется знать сам MATLAB и остальные его приложения. С другой стороны доступ к функциям MATLAB и другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink. Часть входящих в состав пакетов имеет инструменты, встраиваемые в Simulink (например, Virtual Reality Toolbox — пакет, решающий задачи взаимодействия и управления виртуальными моделями динамических систем во времени).

Перед построением модели необходимо предварительно загрузить систему Matlab и запустить подсистему Simulink. В том и другом случае откроется окно «Simulink Library Browser» (система просмотра библиотек Simulink).

В верхней части этого окна две крайние левые кнопки служат, соответственно, для создания новой и открытия существующей модели. После нажатия левой кнопки на экране появится окно для построения новой модели.

Процесс построения модели Simulink включает в себя компоновку модели и задание необходимых параметров. Компоновка заключается в выборе из библиотек Simulink необходимых блоков, их размещение в открывшемся окне и соединение между собой.

Далее для каждого блока устанавливаются соответствующие параметры, отвечающие требованиям моделируемой системы. Для того чтобы построить модель Simulink, необходимо знать, какие типы блоков предоставляются пользователю.

Процедура поиска и перемещения блоков из библиотек Simulink в окно модели во многом напоминает операции копирования и перемещения файлов в среде Windows. Для этого в окне Simulink Library Browser необходимо выбрать пункт Simulink, затем выбрать соответствующий пункт в открывшемся списке библиотек и раскрыть его. Для перемещения курсор мышки устанавливается на нужный блок. Затем, нажав и удерживая левую клавишу мышки на нужном блоке, переместить его в окно модели. После того, как блок появился в окне построения модели, можно установить для него соответствующие параметры.

Для реализации функциональных зависимостей и ряда вспомогательных функций потребуется ряд стандартных системных блоков.

Для повышения наглядности модели сложные функциональные зависимости целесообразно объединять в отдельные подсистемы (Subsystems). Блок-схема механической системы, т. е. ее Simulink-модель, создается путем соединения входов и выходов соответствующих блоков.

При работе с Simulink пользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки блоков.

Разработанная программа в виде схемы Simulink проста в эксплуатации, и рассчитана даже на неопытного пользователя, имеет интуитивно понятный интерфейс Рассмотрим кнопки элементов управления на панели управления.

• 1. — Создать новую схему Simulink;
• 2. — Открыть созданную ранее схему Simulink;
• 3. — Сохранить изменения и поправки с текущий схеме Simulink;
• 4. — Печать текущей схемы Simulink;
• 5. — Начать симуляцию текущей схемы Simulink;
• 6. — Время симуляции текущей схемы Simulink;
• 7. — Обновление блоков модели текущей схемы Simulink;
• 8. — Обновление диаграмм и проверка на ошибки текущей схемы Simulink;
• 9. — Открытие браузера визуализации текущей схемы Simulink;

Первое, что необходимо сделать, открывая разработанную схему в Simulink, это определить, что будет визуализироваться: результаты моделирования при подключении к автономной модели, либо при подключении к стенду математического моделирования. Для этого необходимо поставить блоки. Следующим шагом будет открытие окна визуализатора, дважды щелкнув по блоку «VR Sink» .

Для анимации в Simulink-модели должен присутствовать блок VR Sink пакета Virtual Reality Toolbox, входными параметрами которого выступают обобщенные координаты объекта. В окне данного блока, раскрывающемся при двойном щелчке по блоку VR Sink, необходимо указать имя файла с расширением *.wrl, который описывает пространственный объект, анимацию которого необходимо осуществить, и сцену анимации.

Также необходимо в окне блока VR Sink расставить флажки в полях, соответствующих обобщенным координатам объекта, после чего у блока VR Sink появится столько входов, сколько было проставлено флажков. В рассматриваемом случае число флажков (и входов блока VR Sink) не будет равно числу обобщенных координат, т.к. три первые обобщенные координаты, в отличие от всех остальных, заданы одним общим флажком в поле «rotation».

Нетрудно заметить, что структура в подокне имеет форму дерева. Каждая строка с собственным уникальным названием обозначает систему координат и может иметь одну или несколько дочерних (children) систем координат, которые:

• 1) либо не имеют степеней свободы относительно родительской системы координат;
• 2) либо имеют одну или несколько степеней свободы относительно родительской системы координат.

В последнем случае в одном из полей дочерней системы координат должен быть поставлен флажок. Флажки, задающие относительные перемещения систем координат, проставлены только в полях «rotation» (вращение), т.к. другие поля задают иные свойства систем координат и связанных с ними геометрических тел (translation — перемещение объекта по заданной траектории) и в рассматриваемом случае не используются.

Каждой системе координат может быть поставлено в соответствие («привязано») тело определенной геометрической формы (шар, параллелепипед, конус, цилиндр, фасонная поверхность заданной формы). Данные о числе систем координат, их иерархии и поставленных им в соответствие геометрических телах описываются в файле с расширением wrl. Для создания и редактирования подобных файлов необходимо нажать на кнопку Edit окна блока VR Sink. Нажатие вызовет загрузку встроенного в оболочку системы MATLAB редактора виртуальных анимационных сцен V-Realm Builder.

Редактор имеет простой, интуитивно понятный интерфейс, а также встроенную справку на английском языке. Любая система координат может быть названа уникальным именем, скопирована (со всеми дочерними системами), удалена, вставлена, переименована, причем сделать это можно только в редакторе V-Realm Builder.

В окне блока VR Sink уже невозможны никакие изменения, кроме простановки флажков в нужных полях. Поля для простановки флажков появятся лишь в том случае, если какая-либо система координат будет названа собственным уникальным именем.