Основы проектирования систем на кристалле. Часть II

Введение в Simulink. Основные понятия Simulink – это программная среда, пред­наз­наченная для моделирования и анализа динамических систем, т.е. систем, состояние и выходные сигналы которых меняются с течением времени. Моделирование динамических систем в Simulink происходит в два этапа. На первом – пользователь, используя готовые блоки, создает в редакторе пакета Simulink модельную диаграмму системы. В этой диаграмме графически представляются ма­те­ма­ти­ческие зависимости от времени между значениями входных и выходных па­раметров системы и ее состоянием. На втором этапе пользователь за­пус­ка­ет моделирование системы, представленной диаграммой, указывая при этом вре­менной интервал работы. Диаграмма модели в Simulink состоит из блоков (block), соединенных сигналами (signal). Каждый блок, сам по себе, представляет собой некоторую элементарную динамическую систему. Каждый блок имеет порты (port) для подключения входных и выходных сигналов. Значения выходных сигналов блока определяются текущими и, возможно, предыдущими значениями не­ко­то­рой переменной, меняющейся во времени, которая в Simulink определяет сос­тояние блока (state). Математическая зависимость между входными зна­че­ниями, состоянием блока и выходными значениями определяется обык­но­вен­ным диф­фе­рен­циаль­ным уравнением. В процессе моделирования по­ве­де­ния системы заданный пользователем временной интервал разбивается на подынтервалы (time step). На каждом подынтервале находится численное решение уравнения для каждого блока, что позволяет определить значения вы­ходных сигналов блока на каждом следующем временном шаге. Для чис­лен­ного решения уравнений в Simulink доступно несколько алгоритмов ин­тег­рирования (solver). Точность получаемого ре­ше­ния, конечно, сильно за­ви­сит от величины временного шага. Некоторые из алгоритмов интегрирования в Simulink адаптируют величину временных подынтервалов в зависимости от ско­рости изменения состояния системы (variable step solver). В других ин­те­гра­торах используется постоянный размер временных интервалов, который за­дается пользователем при настройке модели (fixed step solver). Simulink предназначен не только для моделирования динамических сис­тем, состояние которых постоянно (непрерывно) меняется во времени. В этом пакете предусмотрены богатые средства, позволяющие моделировать сис­темы дискретного времени. Это, прежде всего, готовые блоки дис­крет­но­го времени и два типа вычислителей (discret solver), рассчитывающих со­стоя­ние дискретных блоков на каждом временном шаге. При этом результат вы­чис­лений (состояние блока и значения его выходных сигналов) опре­де­ляют­ся сос­тоянием блока на предыдущем шаге и значениями входных сиг­налов. Один из этих вычислителей определяет состояние каждого из блоков модели че­рез равные промежутки времени (fixed step discret solver). Второй – вы­би­ра­ет каждый временной шаг, исходя из моментов, в которые состояние сис­те­мы действительно меняется (variable step discret solver).