Прежде чем перейти к описанию работы Simulink дадим само понятие модельно-ориентированного проектирования.

Модельно-ориентированное проектирование — эффективный и экономически выгодный способ разработки систем управления, обработки сигналов и изображений, построения систем связи, разработок в области мехатроники и создания встраиваемых систем. Применение этого подхода в компаниях Tesla, GeneralMotors, HarmanBecker, Mainroland и др. позволило увеличить качество продукции и уменьшить время разработки более чем в два раза.

Вместо физических прототипов и текстовых спецификаций в модельно-ориентированном проектировании применяется исполняемая модель. Эта модель используется во всех этапах разработки. При таком подходе можно разрабатывать и проводить имитационное моделирование как всей системы целиком, так и ее компонентов. Есть возможность автоматической генерации кода, испытаний в непрерывном режиме и верификации.

В центре разработки находится модель системы. Эта модель выполняет разные функции на различных стадиях развития проекта.

В начале модель представляет собой исполняемую спецификацию. Спецификацией ее называют потому что в ней отражены высокоуровневые требования к системе, а исполняемой она является потому что можно запустить симуляцию модели. Такая спецификация является однозначной и не предполагает разночтений. Формат исполняемой спецификации и возможность запускать симуляцию позволяет осуществлять поиск пропущенных требований, проверять требования на реализуемость и тестируемость и искать противоречащие друг другу требования.

Исполняемая спецификация постоянно детализируется и уточняется разработчиками. Это позволяет уточнять и детализировать низкоуровневые требования, проводить симуляцию без реальных прототипов и проводить анализ различных изменений в модели.

Автоматическая генерация кода является частью модельно ориентированного программирования. При традиционном ручном кодировании мы получаем код и модель. При этом не всегда ясно куда вносить изменения при необходимости и как синхронизировать изменения друг с другом. При обнаружении ошибки трудно отследить ошибка ли это при моделировании или ручном кодировании. Автоматическая генерация кода позволяет избегать этих и других проблем, минимизируя ошибки кодирования, устанавливая единообразность исходного кода и позволяя разрабатывать большие и сложные системы.

Верификация и тестирование охватывают весь жизненный цикл проекта. Модельно-ориентированное проектирование включает в себя непрерывное тестирование и верификацию на всех стадиях проекта и позволяет выявлять ошибки на самых ранних стадиях.

Рис. 1.1 Этапы модельно-ориентированного проектирования

Как работает Simulink

Simulink представляет собой программный продукт, который позволяет моделировать, проводить симуляцию и анализировать системы чьи выходные данные меняются с течением времени. Такие системы часто называют динамическими.

Симуляция динамической системы происходит в два этапа. Сначала пользователь создает схему модели, используя блоки Simulink, которые графически отображают зависящие от времени математические отношения между входными и выходными данными системы. Затем пользователь запускает симуляцию системы, созданною в виде модели. Симуляция идет от времени начала до времени остановки, заданных пользователем.

В Simulink входит большая библиотека блоков, позволяющая легко создавать модели. Группируя блоки в подсистемы, можно создавать иерархические модели. Число блоков и связей в модели не ограничено.

Результаты моделирования отображаются в процессе работы. С помощью Simulink можно изменять параметры модели даже в тот момент, когда выполняется моделирование. Simulink обладает открытой архитектурой и позволяет обогащать среду моделирования: создавать собственные блоки и библиотеки; связывать блоки с разработанными ранее программами, содержащими уже проверенные модели.

После того как все блоки модели размещены и установлены связи между ними, модель может быть запущена. При запуске модели средствами MATLAB формируется система уравнений состояния полученной модели. А затем производится решение этой системы уравнений численными методами.

Общие параметры моделирования можно изменить, выбирая пункт Configuration parameters из меню Simulation окна моделей Simulink. При выбора этого пункта меню открывается окно установки параметров моделирования. Это окно имеет ряд вкладок с большим числом параметров. Основные параметры моделирования определяются на вкладке Solver(решатель). Здесь определяются параметры решающего устройства системы моделирования Simulink.

Наиболее важными являются:

Start time–начальное время моделирования (в условных единицах)

Stop time–конечное время.

Type –тип решения, может быть Variable-step –решение с переменным шагом (более предпочтительно) или Fixed-step –решение с фиксированным шагом.

Solver –метод моделирования. Возможные методы зависят от типа решения.

Открытие обозревателя библиотеки блоков Simulink

Для открытия обозревателя библиотеки блоков Simulink сначала необходимо запустить Matlab. Затем необходимо нажать кнопку Simulink Library на панели инструментов Matlab(рис. 1.1) либо в командной строке Matlab ввести команду simulink.

Рис. 1.4.1 Кнопка Simulink Library на панели инструментов Matlab.

После вышеперечисленных действий откроется обозреватель библиотеки блоков Simulink(рис. 1.2).

Рис. 1.3.2 Обозреватель библиотеки блоков Simulink.

Данное окно содержит:

1. Заголовок

2. Панель инструментов, куда входят стрелки для навигации вперед/назад по разделам, поле для поиска блоков, кнопка для создания новой модели или библиотеки блоков, кнопка для открытия модели, кнопка для закрепления данного окна поверх других окон, кнопка для справки.

3. Список разделов библиотеки блоков.

4. Содержимое выбранной библиотеки(список блоков).

Библиотека Simulink содержит следующие основные разделы:

1.Commonly Used Blocks–часто используемые блоки;

2.Continuous –компоненты с непрерывными характеристиками;

3.Dashboard–приборная панель;

4.Discontinious–компоненты с разрывными характеристиками;

5.Discrete –дискретные компоненты;

6. Logic and Bit Operation–логические и битовые операции;

7. Lookup Tables–справочные таблицы;

8.Math Operations–математические компонетны;

9.Model Verifications–верификация моделей;

10.Model - Wide Utilites–дополнительные утилиты;

11.Port & Subsystem–порты и подсистемы;

12.Signal Attributes–блоки атрибутов сигналов;

13. Signal Routing–маршрутизация сигналов;

14.Sinks–регистрирующие устройства;

15.Sources–источники сигналов и воздействий;

16.User - Defined Functions–функции, задаваемые пользователем.