Библиотека модулей (блоков)

1. Блоки, входящие в раздел Sources (Источники), предназначены для формирования сигналов, обеспечивающих управление работой S-модели в целом или отдельных её частей. Все блоки-источники имеют по одному выходу и не имеют входов. В этом разделе библиотеки в качестве источников сигналов предусмотрены следующие блоки:

1. Constant – формирует постоянную величину;

Блок предназначен для установки констант, применяемых при моделировании. Он имеет один параметр настройки – Constant value, который может быть введен и как вектор-строка из нескольких элементов.

2. Signal Generator – создаёт по выбору непрерывный колебательный сигнал одной из волновых форм: синусоидальная, прямоугольная, треугольная и случайная;

3. Step – генерирует сигнал в виде одиночной ступеньки с заданными параметрами;

4. Ramp – создаёт линейно нарастающий/убывающий сигнал;

5. Sine Wave – генерирует гармонический сигнал;

6. Discrete Pulse Generator – генератор дискретных импульсных сигналов;

7. Chirp Signal – генератор гармонических колебаний с частотой, линейно изменяющейся во времени;

8. Clock – источник непрерывного временного сигнала;

9. Digital clock – формирует дискретный временный сигнал;

10. Random Number – источник дискретного сигнала, амплитуда которого является случайной величиной, распределённому по нормальному закону;

11. Uniform Random Number - источник дискретного сигнала, амплитуда которого является случайной равномерно распределенной величиной;

12. Band-Limited White Noise – генератор белого шума с ограниченной полосой;

Этот блок формирует процесс в виде частотно-ограниченного белого шума. Параметры настройки у него следующие:

• Noise power – значение мощности белого шума;

• Sample time – значение дискрета времени (определяет верхнее значение частоты процесса);

• Seed – начальное значение базы генератора случайной величины.

Блоки, собранные в раздел Sinks (Приёмники), имеют только входы и не имеют выходов. Условно их можно разделить на три вида:

1. Блоки, используемые как смотровые окна при моделировании; к ним относятся:

1. блок Scope с одним входом, которой выводит график зависимости величины, подаваемой на его вход, от модельного времени;

Блок Scope позволяет в процессе моделирования наблюдать интересующие исследователя процессы. Для настройки параметров блока следует после установки блока в поле сборки схемы дважды щелкнуть мышью на его изображении.

Размер и пропорции этого окна можно изменять произвольно, используя мышь. По горизонтальной оси откладываются значения модельного времени, а по вертикальной – значения входной величины, соответствующие этим моментам времени. Если входная величина блока Scope представляет собой вектор, в окне строятся графики изменения всех элементов этого вектора, т.е. столько кривых, сколько элементов во входном векторе, причем каждая – своего цвета. Одновременно в окне может отображаться до 30 кривых.

Для управления параметрами графиков и выполнения над ними различных действий в окне имеется панель инструментов, содержащая 7 пиктограмм со следующим назначением:

• Изменение масштаба осей графика

• Изменение масштаба по горизонтальной оси

• Изменение масштаба по вертикальной оси

• Автоматическая установка оптимального масштаба осей

• Сохранение установленного масштаба осей

• Вызов окна настройки параметров блока Scope

• Печать содержимого окна Scope

Первые три пиктограммы являются альтернативными, т.е. в каждый момент времени может быть активна лишь одна из них. Первые пять пиктограмм не активны до тех пор, пока в окне Scope нет графика. Активными с самого начала являются лишь последние две пиктограммы.

Нажатие шестой пиктограммы приводит к появлению окна настройки параметров (свойств) Properties: Scope

Это окно имеет две вкладки: Axes (Оси), которая позволяет установить параметры осей, и Setting (Установки), которая предназначена для ввода значений дополнительных параметров блока Scope.

В нижней части окна расположены кнопки Apply (Применить), Revert (Вернуть исходные значения), Help (Справка) и Close (Закрыть).

На вкладке Axes имеется область Default limits (Пределы по умолчанию) и опция Hide tick label (Скрыть обозначение осей). В области Default limits устанавливаются верхняя (поле Y max) и нижняя (поле Y min) границы осей координат, а также верхний предел модельного времени, отображаемого на оси абсцисс (поле Time range). При этом следует принимать во внимание следующее.

Если величина заданного интервала моделирования (Тм) не превышает установленное в поле Time range значение, то под графиком в строке Time offset выводится значение 0. В случае, когда интервал моделирования превышает значение в поле Time range, в окне Scope отображается только последний отрезок времени, меньший чем Time range и равный Tм – n*Time range, где n – целое число. При этом в строке Time offset выводится величина скрытного интервала времени, т.е. n*Time range.

Например, если значение в поле Time range равно 3, а длительность интервала моделирования установлена равной 17, то в окне Scope будет выведен график моделируемого процесса за последние 2 единицы времени, а строка под графиком будет содержать число 15.

Любые произведенные в окне Properties изменения оказывают влияние на окно Scope лишь в случае, если после их ввода нажата кнопка Apply.

Опция Hide tick label позволяет изменить форму вывода графика в окне Scope. Если она установлена, то график занимает все поле окна и на него не наносятся никакие надписи по осям и заголовок.

На вкладке Setting имеются следующие элементы. Список General обеспечивает выбор дискретности измерения отображаемых величин. При этом выбор пункта Decimation позволяет задать дискрет измерения характеристик системы в виде целого числа шагов времени, а выбор пункта Sample Time – дискрет изменения модельного времени. Для ввода требуемых значений используется строка ввода, расположенная правее списка.

Область Data history позволяет задавать максимальный объем и способ хранения отображаемых в окне Scope данных. Объем сохраняемых данных вводится в поле ввода. Способ хранения задается при помощи опции Save data to workspace. Если она установлена, то отображаемые в окне Scope данные сохраняются в рабочем пространстве MatLab в виде матрицы.

Опция Floating scope предназначена для изменения способа использования блока Scope в блок-схеме. Когда она установлена, то Scope отображается как блок без входа.

b) блок XY Graph c двумя входами, обеспечивающий построение графика зависимости одной моделируемой величины от другой;

Этот блок также представляет собой смотровое окно. В отличие от Scope, он имеет два входа: на первый подается сигнал, значение которого откладывается по горизонтальной оси графика, а на второй - по вертикальной оси. Если перетащить этот блок в поле блок-схемы, а затем выполнить на его изображении двойной щелчок, то появится окно настройки блока. Оно позволяет установить пределы изменений входных величин, внутри которых будет выводиться график зависимости второй величины от первой, а также задать дискрет по времени.

c) блок Display с одним входом, предназначенный для отображения численных значений входной величины;

2. Блоки, обеспечивающие сохранение промежуточных и выходных результатов моделирования;

- блок To File, обеспечивающий сохранение результатов моделирования в MAT-файле;

- блок To Workspace, сохраняющий результаты в рабочем пространстве;

3. Блок управления моделированием, который позволяет прервать моделирование при выполнении тех или иных условий.

В раздел Discrete (Дискретные элементы) входят блоки, с помощью которых в модели может быть описано поведение дискретных систем. Различают два основных типа таких систем: системы с дискретным временем и системы с дискретными состояниями. Блоки, входящие в раздел Discrete, обеспечивают моделирование, как тех, так и других. Раздел Discrete содержит блоки:

• Unit Delay – блок задержки сигнала;

• Discrete-Time Integrator – дискретный интегратор;

• Zero-Order Hold – экстраполятор нулевого порядка;

• First-Order Hold – экстраполятор первого порядка;

• Discrete State-Space – блок задания дискретного звена матрицами его состояния;

• Discrete Filter – блок задания дискретного звена через дискретную передаточную дробно-рациональную функцию относительно 1/z;

• Discrete Transfer Fcn – блок задания дискретного звена через дискретную передаточную дробно-рациональную функцию относительно z;

• Discrete Zero-Pole – блок задания дискретного звена через указание значений нулей и полюсов дискретной передаточной функции относительно 1/z;

Раздел Linear (Линейные элементы) содержит блоки, которые можно условно разделить на две группы:

1. Блоки общего назначения (сумматоры, интеграторы и т.п.);

2. Блоки описания линейных стационарных звеньев

Раздел Nonlinear (Нелинейные элементы) самый большой по составу. Он включает 30 блоков, которые условно можно разбить на следующие группы:

- Блоки, реализующие элементарные математические функции;

- Блоки, обеспечивающие логическую обработку входного сигнала;

- Блоки, аппроксимирующие входной дискретный сигнал;

- Блоки, реализующие функцию задержки входного сигнала;

- Блоки-переключатели;

- Блоки, используемые при моделировании систем автоматического регулирования и управления;

Блоки раздела Connections (Связи) предназначены для разработки сложных S-моделей, содержащих модели более низкого уровня (подсистемы), и обеспечивают установление нужных связей между несколькими S-моделями.

Чтобы перейти в окно соответствующего раздела библиотеки, которое содержит графическое изображения блоков, следует выполнить двойной щелчок мышью на пиктограмме раздела.

Работа по сборке S-модели заключается в том, что изображения выбранных блоков мышью перетаскиваются из окна раздела библиотеки в окно сборки модели, а затем выходы одних блоков в окне сборки соединяются с входами других блоков.

Технология перетаскивания блока такова: следует установить курсор на изображении блока в окне раздела библиотеки, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская кнопку, переместить курсор в поле сборки схемы. Аналогично производятся соединения линиями выходов одних блоков со входами других блоков: необходимо подвести курсор к нужному выходу некоторого блока, нажать левую кнопку мыши и, не отпуская кнопку, переместить курсор ко входу другого блока и затем отпустить кнопку мыши.