Основные сведения по работе с приложением Simulink математического пакета Matlab
Математический пакет Matlab представляет собой универсальный программный продукт, предназначенный для обработки и анализа больших массивов данных, моделирования сложных статических и динамических систем, разработки имитационных моделей для различных областей технической науки – электротехники, механики, гидравлики и т.д. [3]. Основным средством создания математических и имитационных моделей является приложение для моделирования динамических систем Simulink. Оно включает в себя большое количество библиотек, содержащих различные модули для обработки сигналов, блоки для математического описания различных устройств и механизмов, математические операторы, генераторы сигналов, блоки визуализации результатов моделирования и многое другое. Приложение Simulink имеет удобный графический интерфейс пользователя и по существу является средством визуально-ориентированного программирования [4, 5]. Используя наборы модулей и блоков, пользователь с помощью мыши переносит нужные элементы с библиотек на рабочий стол пакета Simulink и соединяет линиями входы и выходы блоков. Таким образом, создается структурная схема системы или устройства, то есть модель. Запуск приложения Simulink осуществляется из основного рабочего окна Matlab (рис.1.7) путем нажатия мышью на соответствующий ярлык, расположенный на верхней панели инструментов.
Рис. 1.7. Запуск приложения Simulink из рабочего окна MATLAB В левой части окна Simulink содержится дерево основных библиотек. При наведении мышью на одну из них, в правом окне появляется содержимое библиотеки в виде модулей и блоков. В версиях Matlab 7.13 (r2011b) и Simulink 7.8 содержатся 30 библиотек, предназначенных для различных научно-исследовательских задач. Ограничимся кратким рассмотрением двух из них: основной библиотеки «Simulink» и библиотеки «Simscape-SimPowerSystems», элементы которых будут использованы при создании математической модели анализатора показателей качества электроэнергии. Основанная библиотека «Simulink» включает в себя следующие компоненты (рис. 1.8): 1) continuous – блоки с непрерывными характеристиками (передаточные функции типовых динамических звеньев); 2) discontinuous – блоки с разрывными характеристиками (блоки ограничения, мертвые зоны, релейные элементы, задатчики интенсивности и т.д.); 3) discrete – дискретные блоки (дискретные динамические звенья, блоки с памятью, блоки задержки и т.д.); 4) logic and bit operations – логические элементы; 5) lookup tables – нелинейные элементы, представленные в табличном виде; 6) math operations – блоки, реализующие различные математические операции (сложение, умножение и деление сигналов, умножение на коэффициент, возведение в степень, тригонометрические функции, сравнение сигналов и т.д.);
Рис. 1.8. Базовые блоки приложения Simulink 7) model verification – вспомогательные блоки для проверки правильной работы имитационной модели; 8) ports and subsystems – создание подсистем в рабочем окне математической модели; 9) signal attributes – блоки атрибутов сигналов; 10) signal routing – блоки маршрутизации сигналов; 11) sinks – блоки визуализации и импорта/экспорта сигналов; 12) sources – источники сигналов и воздействий; 13) user-defined functions – функции, задаваемые пользователем; 14) additional math and discrete – дополнительные математические и дискретные блоки. В библиотеке «Simscape-SimPowerSystems» содержаться модели основных элементов электрических сетей, электрических аппаратов и машин, устройства силовой преобразовательной техники, а также блоки анализа электрических сигналов (рис. 1.9). В этот пакет входят следующие компоненты: 1) application libraries – готовые модели электроприводов постоянного и переменного тока с системами управления, модели генераторов электростанций с системами регулирования возбуждения, модели статических компенсаторов реактивной мощности и т.д.; 2) electrical sources – источники электрической энергии и сигналов; 3) elements – модели основных элементов электрических сетей; 4) extra library – дополнительная библиотека, содержащая специальные измерительные блоки, модели систем управления силовыми преобразователями; 5) machines – модели электрических машин пост. и переменного тока; 6) measurements – блоки измерения напряжения, тока и полного сопротивления; 7) power electronics – модели устройств силовой преобразовательной техники; 8) utilities – вспомогательные блоки.
Рис. 1.9. Основные блоки библиотеки SimPowerSystems Для создания рабочего окна новой модели и размещения в нем всех вышеназванных модулей и блоков необходимо в левом верхнем углу приложения Simulink щелкнуть мышью на значке «new model», представленного в виде белого листа. После чего, появится рабочее окно модели с исходным названием «untitled1», куда из библиотек Simulink можно переносить необходимые элементы и соединять их между собой. В процессе реализации модели анализатора ПКЭ возникнет необходимость составления вспомогательных программ для построения графиков установившегося отклонения напряжения и реализации классификатора фликерметра, рассчитывающего кратковременную дозу фликера. В этих программах должны быть реализованы вспомогательные циклы, условия, операции с массивами данных, автоматическое построение графиков и т.д. Для этих целей в среде Matlab будет задействован редактор программного кода «Editor», в котором на внутреннем языке программирования будут реализованы перечисленные операции. Рабочее окно редактора приведено на рис. 1.10.
Рис. 1.10. Запуск редактора программного кода Созданные в редакторе программы сохраняются в виде файлов с расширением «*.m». Необходимо отметить, что язык программирования пакета Matlab является интуитивно понятным и поддается быстрому изучению. Для составления несложных программ достаточно изучить основные команды для работы с массивами данных, записи циклов и условий, а также команды построения графиков и диаграмм. Подробная инструкция по работе с редактором «editor» и описание основных служебных команд приведены в источниках [3 - 5].
|
