«it-технологиялар,автоматтаныдыру және АӨК механизациялау» факультеті

«IT-технологиялар,автоматтаныдыру және АӨК механизациялау» факультеті

«IT-технолгиялар және автоматтандыру» кафедрасы

СӨЖ

Орындаған: Ұйқасбек Нұрдос

Топ: ИС-20-13K

Тексерген: Айжан Тенгаева

Алматы, 2021

Жоспар

Негізгі бөлім

1. 
   Simulink-тің шығу тарихы.
   
2. 
   Simulink-ті қосу.
   
3. 
   Simulink кітапханасының бөлім шолғышы.
   
4. 
   Simulink-те модельдеу.
   

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Кіріспе

Simulink – блоктық кітапхана және динамикалық жүйелерді модельдеуге және талдауға арналған құрал. Пакетті The MathWorks әзірлеген және MATLAB бөлігі ретінде жұмыс істейді. MATLAB («Матрицалық зертхана» деген сөздің қысқармасы) сандық талдау есептерін шешуге арналған қолданбалы бағдарламалар пакетін де, осы пакетте қолданылатын бағдарламалау тілін де білдіреді. MATLAB сізге матрицалық есептеулерді оңай орындауға, математикалық функцияларды және эксперименттік деректерді визуализациялауға, есептеу алгоритмдерін енгізуге, нақты есептерді шешуге арналған графикалық пайдаланушы интерфейсін жобалауға, сонымен қатар арнайы интерфейстер арқылы басқа бағдарламалау тілдерімен және бағдарламаларымен өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. MATLAB сандық есептеуге маманданғанымен, арнайы құралдар жинағын пайдалана отырып, ол Maple бағдарламасының символдық процессорымен әрекеттесе алады, бұл оны символдық есептеулерді орындау мүмкіндігі бар толық жүйеге айналдырады.

Simulink әртүрлі жүйелерді модельдеу және жобалау үшін басқару теориясында және цифрлық сигналдарды өңдеуде кеңінен қолданылады. Simulink көмегімен модельдеу кезінде визуалды бағдарламалау принципі жүзеге асырылады, оған сәйкес пайдаланушы құрылыс блоктарының кітапханасынан экранда құрылғы үлгісін жасайды және есептеулерді орындайды.

MATLAB жүйесіне енгізілген пакеттердің кейбірінде Simulink бағдарламасына енгізілген құралдар бар (мысалы, Control System Toolbox қолданбасының LTI-Viewer – басқару жүйелерін әзірлеуге арналған пакет). Сондай-ақ әртүрлі қолданбалы бағдарламаларға арналған қосымша блок кітапханалары бар (мысалы, Power System Blockset – электр құрылғыларын модельдеу, Digital Signal Processing Blockset – цифрлық құрылғыларды әзірлеуге арналған блоктар жиынтығы және т.б.).

Simulink-пен жұмыс істегенде пайдаланушының кітапхана блоктарын жаңарту, өздерінің жеке блоктарын құру, сонымен қатар жаңа блок кітапханаларын құру мүмкіндігі бар.

Модельдеу кезінде пайдаланушы дифференциалдық теңдеулерді шешу әдісін, сондай-ақ модель уақытын өзгерту әдісін (тұрақты немесе айнымалы қадаммен) таңдай алады. Модельдеу кезінде жүйеде болып жатқан процестерді бақылауға болады. Ол үшін Simulink кітапханасының құрамына кіретін арнайы бақылау құрылғылары қолданылады. Модельдеу нәтижелерін графиктер немесе кестелер түрінде беруге болады.

Негізгі бөлім

1. 
   Simulink-тің шығу тарихы
   

MATLAB 1970 жылдардың аяғында Нью-Мексико университетінде информатика кафедрасының меңгерушісі болған кезде Клив Молермен бағдарламалау тілі ретінде жасалған. (Нью-Мексико университетінің информатика бөлімі). Әзірлеудің мақсаты факультет студенттеріне Fortran тілін оқуды қажет етпестен Linpack және EISPACK бағдарламалық кітапханаларын пайдалану мүмкіндігін беру міндеті болды. Көп ұзамай жаңа тіл басқа университеттерге тарады және қолданбалы математика саласында жұмыс істейтін ғалымдар тарапынан үлкен қызығушылықпен қабылданды. 1982 жылғы Fortran нұсқасын әлі де Интернеттен таба аласыз, ол ашық бастапқы код ретінде таратылады. Инженер Джон Н. (Джек) Литтл бұл тілмен 1983 жылы Клайв Моулердің Стэнфорд университетіне сапары кезінде таныстырылды. Жаңа тілдің коммерциялық әлеуетін мойындай отырып, ол Клив Моулер және Стив Бэнгертпен жұмыс жасады. Олар бірге MATLAB-ті C тілінде қайта жазды және одан әрі дамыту үшін 1984 жылы The MathWorks негізін қалады. Си тілінде қайта жазылған бұл кітапханалар бұрыннан JACKPAC ретінде белгілі. MATLAB бастапқыда жүйелерді басқару мәселелерін шешуге арналған (Джон Литтлдің негізгі мамандығы), бірақ басқа да көптеген ғылыми және инженерлік салаларда тез танымал болды. Сондай-ақ білім беруде, атап айтқанда, сызықтық алгебра мен сандық талдауды оқытуда кеңінен қолданылды.

Жүйені кеңейтуге математика, бағдарламалау және жаратылыстану саласындағы әлемдегі ең ірі ғылыми мектептер тартылды. Ал енді бұл жүйенің ең жаңа нұсқасы MATLAB 7 пайда болды.Жүйені түрлендірудің таңғажайып жеңілдігі және оны ғылым мен техниканың нақты мәселелерін шешуге бейімдеу мүмкіндігі ондаған қолданбалы бағдарламалық қамтамасыз ету пакеттерін (құралдар жинағы) құруға әкелді. Бұл жүйенің ауқымын едәуір кеңейтті. Олардың кейбіреулері, мысалы, Notebook (Word мәтіндік процессорымен біріктіру және «тірі» электронды кітаптарды дайындау), Symbolic Math және Extended Symbolic Math (Maple V R5 жүйесінің ядросы арқылы символдық есептеулер) және Simulink (динамикалық жүйелерді модельдеу және блоктардың пішіндік жүйелерінде көрсетілген құрылғылар), MATLAB жүйесімен органикалық түрде біріктірілгендіктен, олар оның құрамдас бөліктеріне айналды.

2. 
   SIMULINK-ті қосу
   

Бағдарламаны іске қосу үшін алдымен MATLAB бумасын іске қосыңыз. MATLAB пакетінің негізгі терезесі 1-суретте көрсетілген. Сондай-ақ ол тінтуір меңзерін Құралдар тақтасындағы Simulink таңбашасының үстіне апарған кезде терезеде пайда болатын құралдар кеңесін көрсетеді.

1-сурет. MATLAB бағдарламасының негізгі терезесі.

MATLAB бағдарламасының негізгі терезесін ашқаннан кейін Simulink бағдарламасын іске қосу керек. Мұны үш жолдың бірімен жасауға болады:

MATLAB пәрмен терезесінің құралдар тақтасындағы (Үлестіру) түймесін басыңыз.

Негізгі MATLAB терезесінің пәрмен жолында Simulink деп теріп, пернетақтадағы Enter пернесін басыңыз.

Файл мәзіріндегі Ашу … командасын орындаңыз және үлгі файлын ашыңыз (mdl – файл).

2-сурет. Simulink кітапханасының бөлімі шолғышының терезесі.

3. 
   Simulink кітапханасының бөлім шолғышы
   

Терезенің тақырыбы Simulink Library Browser болып табылады.

File, Edit, View, Help командалары бар мәзір.

Ең жиі қолданылатын пәрмендерге сілтемелер бар құралдар тақтасы.

Таңдалған блок туралы түсіндірме хабарламаны көрсетуге арналған түсініктеме терезесі.

Ағаш ретінде енгізілген кітапхана бөлімдерінің тізімі.

Кітапхана бөлімінің мазмұны терезесі (кіріктірілген кітапхана бөлімдерінің немесе блоктарының тізімі)

Орындалып жатқан әрекетке арналған кеңестен тұратын күй жолағы.

2-суретте негізгі Simulink кітапханасы (терезенің сол жағында) және оның бөлімдері көрсетіледі (терезенің оң жағында).

Simulink кітапханасы келесі негізгі бөлімдерден тұрады:

Continuous– сызықтық блоктар.

Discrete – дискретті блоктар.

Function and tables – функциялар мен кестелер.

Math – математикалық амалдардың блоктары.

Nonlinear – сызықты емес блоктар.

Signals & Systems – сигналдар және жүйелер.

Sinks – жазу құрылғылары.

Sources – сигналдар мен әсер ету көздері.

Subsystems – ішкі жүйелердің блоктары.

Simulink кітапханасының бөлімдерінің тізімі ағаш түрінде берілген және онымен жұмыс істеу ережелері келесі түрдегі тізімдер үшін ортақ:

Жиырылған ағаш түйінінің белгішесінде «+» таңбасы, ал кеңейтілген белгішеде «-» таңбасы бар.

Ағаш түйінін кеңейту немесе тасалау үшін тінтуірдің сол жақ түймешігімен (LMB) оның белгішесін шерту жеткілікті.

3-сурет. Кітапхана бөлімі блоктарының жинағы бар шолғыш терезесі.

Тереземен жұмыс істеу үшін мәзірде жинақталған командалар қолданылады. Кітапхана шолғышы мәзірінде келесі элементтер бар:

File – кітапхана файлдарымен жұмыс.

Edit (Өңдеу) – блоктарды қосыңыз және оларды іздеңіз (аты бойынша).

View (Көрініс) – интерфейс элементтерінің көрсетілуін басқарады.

Help (Анықтама) – Кітапхана шолғышының анықтамалық терезесін көрсетеді.

Браузермен жұмыс істеу үшін құралдар тақтасындағы түймелерді де пайдалануға болады (4-сурет).

4-сурет. Кітапхана бөлімін шолушы құралдар тақтасы.

Құралдар тақтасының түймелерінің келесі мақсаты бар:

Жаңа S үлгісін жасаңыз (жаңа үлгі терезесін ашыңыз).

Қолданыстағы S-модельдерінің бірін ашыңыз.

Браузер терезесінің қасиеттерін өзгертіңіз. Бұл түйме браузер терезесін «барлық терезелердің үстінде» көрсету режимін орнатуға мүмкіндік береді. Оны қайта басу бұл режимді болдырмайды.

Блокты аты бойынша іздеңіз (аттың бірінші таңбалары бойынша). Блок табылғаннан кейін браузер терезесінде кітапхананың сәйкес бөлімі ашылады және блок ерекшеленеді. Егер мұндай атаумен блок болмаса, түсініктеме терезесінде <блок атауы> табылмады хабары көрсетіледі.

4. 
   Simulink-те модельдеу
   

4- суреттегідей File / New / Model пәрменін пайдаланып немесе құралдар тақтасындағы түймешігін пайдаланып жаңа үлгі файлын жасаңыз (бұдан әрі «/» символы арқылы көрсетілген әрекетті орындау үшін жүйелі түрде таңдалуы керек бағдарлама мәзірінің пункттері көрсетіледі). Жаңадан жасалған үлгі терезесі 5-суретте көрсетілген.

5-сурет. Бос үлгі терезесі.

6-сурет. Блоктарды қамтитын үлгі терезесі.

7-сурет.Тасымалдау функциясын имитациялайтын блок және блок параметрлерін өңдеуге арналған терезе.

8-сурет. Модель схемасы.

Дизайн моделін құрастырғаннан кейін диаграмма терезесінде Файл / Басқаша сақтау … мәзір тармағын таңдап, қалта мен файл атын көрсету арқылы оны дискіде файл ретінде сақтау керек. Файл атауы 32 таңбадан аспауы керек, әріптен басталуы керек және кириллица мен арнайы таңбалардан тұрмауы керек екенін есте ұстаған жөн. Дәл осындай талап файл жолына да қолданылады (файл сақталған қалталар үшін). Тізбекті одан әрі өңдеу кезінде сіз Fille / Save мәзір элементін пайдалана аласыз. SIMULINK бағдарламасы қайта іске қосылғанда, схема кітапхана шолғышының терезесіндегі File / Open … мәзірінің көмегімен немесе MATLAB негізгі терезесінен жүктеледі.

Модель терезесі келесі элементтерді қамтиды (8-сурет):

1. 
   Тақырып, терезенің тақырыбымен. Жаңадан жасалған терезе сәйкес нөмірмен Untitled деп аталады;
   
2. 
   File, Edit, View, т.б командалары бар мәзір;
   
3. 
   Құралдар тақтасы;
   
4. 
   Модель диаграммасын құруға арналған терезе;
   
5. 
   Үлгінің ағымдағы күйі туралы ақпаратты қамтитын күй жолағы.
   

File – Үлгі файлдарымен жұмыс.

Edit – үлгіні өзгертіңіз және блоктарды іздеңіз.

View – интерфейс элементтерінің көрсетілуін басқарады.

Simulation – Модельдеу параметрлерін анықтаңыз және есептеу процесін басқарыңыз.

Format – Блоктардың және тұтас модельдің көрінісін өзгерту.

Tools – модельмен жұмыс істеуге арналған арнайы құралдарды қолдану (отладчик, сызықтық талдау және т.б.)

Help – анықтама терезелерін көрсетеді.

9-сурет. Модельдік терезе құралдар тақтасы.

Құралдар тақтасының түймелерінің анықтамасы:

1. 
   New Model – жаңа (бос) үлгі терезесін ашыңыз.
   
2. 
   Open Model – бар mdl файлын ашыңыз.
   
3. 
   Save Model – mdl файлын дискіге сақтаңыз.
   
4. 
   Print Model – үлгінің блок-схемасын басып шығарады.
   
5. 
   Cut – үлгінің таңдалған бөлігін аралық сақтау үшін буферге кесіңіз.
   
6. 
   Copy – үлгінің таңдалған бөлігін аралық сақтау буферіне көшіріңіз.
   
7. 
   Paste – аралық сақтау буферінің мазмұнын үлгі терезесіне қойыңыз.
   
8. 
   Undo – алдыңғы өңдеу әрекетін болдырмау.
   
9. 
   Redo – тоқтатылған өңдеу әрекетінің нәтижесін қайталау.
   
10. 
    Library browser – Кітапхана шолғышының терезесін ашады.
    
11. 
    Toggle Model browser – үлгі шолғышының терезесін ашады.
    
12. 
    Go to parent system – Ішкі жүйеден иерархияның ең жоғары деңгейіндегі жүйеге («ата-аналық жүйе») өту. Пәрмен ішкі жүйе ашық болса ғана қол жетімді.
    
13. 
    Debug – үлгіні жөндеу құралын іске қосады.
    
14. 
    Start / Pause / Continue Simulation – орындау үшін үлгіні іске қосу (Бастау командасы); үлгіні іске қосқаннан кейін түйменің суретінде  таңбасы көрсетіледі, ал Кідірту пәрмені оған сәйкес келеді; модельдеуді жалғастыру үшін Жалғастыру пәрменімен кідіртілген кезде сол түймені басыңыз.
    
15. 
    Stop – симуляцияны аяқтаңыз. Түйме модельдеу басталғаннан кейін, сондай-ақ Кідірту пәрменін орындағаннан кейін қол жетімді болады.
    
16. 
    Normal / Accelerator – Қалыпты / Жеделдетілген есептеу режимі. Құрал Simulink Performance Tool қолданбасы орнатылған кезде қолжетімді болады.
    

• 
  Блок-схеманың дисплей масштабы (пайызбен, бастапқы мән 100%),
  
• 
  Модельдеу сеансының аяқталу дәрежесінің көрсеткіші (модельді бастағаннан кейін пайда болады),
  
• 
  Модель уақытының ағымдағы мәні (ол модельді іске қосқаннан кейін ғана көрсетіледі),
  
• 
  Үлгінің күйлерін есептеудің қолданылатын алгоритмі (шешу әдісі).
  

Қорытынды

MATLAB пакетінің маңызды артықшылықтары оның ашықтығы мен кеңейтілуі болып табылады. Жүйенің командалары мен функцияларының көпшілігі мәтіндік m-файлдар (.m кеңейтімі бар) және Си тіліндегі файлдар түрінде жүзеге асырылады және барлық файлдар өзгертуге қол жетімді. Пайдаланушыға жеке файлдарды ғана емес, сонымен қатар нақты тапсырмаларды орындау үшін файлдық кітапханаларды құру мүмкіндігі беріледі.

Simulink физикалық жүйелердің типтік блоктарын сипаттау үшін өте ыңғайлы және табиғи. Пайдаланушыға ыңғайлы интерфейс конструкторға ұқсайды, онда әртүрлі блоктарды қолдана отырып, сіз кез-келген күрделіліктегі жұмыс үлгісін тез жинай аласыз – автомобильдің тежеуіне қарсы жүйесінен бастап ең күрделі F-16 истребителіне дейін. Бұл ретте пайдаланушыға өз блоктарын құру және барларын ішкі жүйелерге біріктіру мүмкіндігі беріледі, бұл екінші блоктармен араласпаған жалпы құрылымды көруге мүмкіндік береді. Бұл тәсілдің артықшылығы диаграммадағы блоктардың саны жүзден асқанда толық көрінеді. Сонымен қатар, құралдар жәшіктерінің көпшілігінде интерфейстерді Simulink-ке импорттауға мүмкіндіктер бар.

MATLAB қазіргі заманғы ғылымға ілесуге және пайдаланушыларды ұмытпауға тырысып, дамуын жалғастыруда, сондықтан бағдарламаның алтыншы нұсқасында пайдаланушы интерфейсі айтарлықтай жақсарды, сонымен қатар көптеген модульдердің жұмысы оңтайландырылды және бірнеше жаңалары бар.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. 
   Wikipedia.kz
   
2. 
   Allbest.ru
   
3. 
   Өжікенов Қ. Ә. Matlab/Simulink: Жүйелерді модельдеудің бағдарламалық құралдары.
   
4. 
   Rmebrk.kz