Simulink — это подсистема системы инженерных расчетов Matlab, предназначенная для имитационного математического моделирования динамических процессов.
Общие сведения об имитационном моделировании
Имитационное моделирование используется при исследовании и проектировании различных сложных систем и процессов. Например, при проектировании производственных предприятий, информационных сетей, систем массового обслуживания, а также изучении мировой динамики в экономике, экологии, политике и так далее. Имитационной моделью системы является программа, в которой определен весь набор самых существенных компонентов и связей исследуемой системы и заданы исходные величины параметров, соответствующие заданному «нулевому» моменту времени, а все дальнейшие модификации, осуществляемые в системе, должны рассчитываться на компьютере в автоматическом режиме при исполнении программы.
Выполнение имитационной модели должно восприниматься как имитационный эксперимент. В ходе имитационного эксперимента программа имитирует работу системы и определяет ее параметры, которые представлены в модели. Имитационный эксперимент способен являться аналогом натурального эксперимента. Но при этом он предоставляет возможность, в отличие от натурных методов, проводить эксперименты с системами, которых уже нет или которые еще только разрабатываются. А также он позволяет предсказать работу в разных ситуациях уже существующих систем в будущем, исследовать их поведение в различных условиях.
Известны различные типы имитационных моделей. По виду возможных изменений переменных величин модели делятся на непрерывные и дискретные. В непрерывных моделях величины выступают в качестве непрерывных функций времени. В соответствии с этим изменение во времени, то есть, перерасчет значений переменных величин в процессе модельного времени, реализуется в имитационной модели по принципу «малых дельта-t». Это означает, что последующее состояние системы должно определяться по ее предыдущему состоянию с маленьким интервалом времени между этими состояниями.
В дискретных моделях изменения выполняются в скачкообразной форме и между моментами коррекций состояния компонентов должны оставаться постоянными. Изменения в дискретных моделях носят название событий. Продвижение в модельном времени в ходе имитационного эксперимента реализуется по принципу «от события к событию», то есть, из нулевого момента времени модель должна переместиться сразу к моменту t1, а затем к моменту t2 и так далее. Для реальной системы могут строиться как непрерывные, так и дискретные модели.
По методу определения причинно-следственных связей имитационные модели делятся на детерминированные и стохастические (вероятностные). Передовые языки моделирования обладают датчиками случайных чисел, что предоставляет возможность моделирования как детерминированных, так и стохастических процессов.
Моделирование в Simulink
Система инженерных расчетов Matlab предоставляет возможность решения задач из разных областей деятельности человека. Эта среда имеет очень большой инструментальный набор для формирования и реализации математических моделей. Система обладает пакетом визуального моделирования, а именно, подсистемой Simulink, в которой формируются и реализуются модели, созданные при помощи блок-диаграмм. Все блоки призваны выполнять определенные функции преобразования входного сигнала в выходной. Блок-диаграммы обладают параметрами, которые можно менять согласно условиям решаемой задачи.
Пакет Simulink имеет библиотеку блок-диаграмм, из которых визуально можно создать структурную модель для решаемой задачи. Этот пакет предоставляет возможность имитации линейных, нелинейных, непрерывных, дискретных и других моделей реальных систем. Simulink представляет собой часть системы Matlab. При моделировании в среде Simulink могут быть реализованы принципы визуального программирования, в соответствии с которыми пользователи, при помощи копирования из библиотеки стандартных блоков, задания между ними связей и определения параметров в блоках, могут создать структурную модель исследуемой системы и после компьютерного воплощения модели могут проанализировать результаты и сделать прогнозы.
Simulink представляет собой самостоятельный пакет Matlab. Модели, сформированные в Simulink, созданы на базе внутреннего языка Matlab, они способны работать с данными, которые могут непосредственно фиксироваться в процедурах и файлах Matlab. То есть, данные из Matlab можно использовать и обрабатывать в структурной модели Simulink. С другой стороны, требуемая информация об исследуемой системе может располагаться прямо в структурной модели, без наличия ссылок на файлы, которые были созданы в Matlab.
При имитационном моделировании системы пользователи могут выбрать методику решения дифференциальных уравнений, способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В процессе имитации можно выполнять визуальный анализ результатов моделируемого процесса. Для этого в структурную модель следует включить устройства наблюдения, которые входят в состав библиотеки блок-диаграмм Simulink. Результаты моделирования можно представить в числовом формате, а также в форме графиков и таблиц.
Для того чтобы запустить пакет Simulink, требуется сначала запустить программу Matlab. После того как открылось основное окно программы Matlab, следует выполнить запуск программы Simulink при помощи одного из следующих методов:
- Нажатием кнопки Simulink на панели инструментов командного окна Matlab.
- В командной строке основного окна Matlab набрать Simulink и нажать кнопку Enter на клавиатуре.
- Когда формируется новая модель, то следует открыть новый файл модели при помощи команды File/New/ Model (необходимо выбрать mdl-файл), или использовать кнопка |D на панели инструментов.
- Когда модель уже сформирована и сохранена под определенным названием, то для того, чтобы ее открыть, следует выполнить команду Open в меню File и открыть файл модели (mdl-файл).
