Simulink 5/6/7

Simulink 5/6/7

Самоучитель

В. П. Дьяконов

Москва

УДК 32.973.26018.2
ББК 004.438

Д93

Д93
Дьяконов В. П.
Simulink 5/6/7: Самоучитель. – М.: ДМКПресс. – 784 с.: ил.

ISBN 9785940744238

Самоучитель по новейшим реализациям пакета визуального блочного

имитационного моделирования Simulink 5/6/7 матричной системы
MATLAB R2006/2007. Подробно описаны библиотека блоков Simulink, методика подготовки диаграмм моделей, их редактирование, настройка и
запуск на исполнение. Дано описание наиболее важных пакетов расширения Simulink инструментального ящика Blockset, в том числе SimPowerSystems, SimMechanics, Aerospace, Stateflow, Signal Processing, Telecommunication, Video and Image Processing и др. Отражены средства виртуальной
реальности. Описаны сотни наглядных примеров применения этих средств.

Издание предназначено для студентов, преподавателей и аспирантов вузов и университетов, инженеров и научных работников.

MATLAB and Simulink are registered trademark of  The The MathWorks Inc.
Blockset, Toolbox and it components are trademark of  The The MathWorks Inc.

УДК 519.6
ББК В162я73

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой

бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность

технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную
точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

© Дьяконов В. П.

ISBN 9785940744238
© Оформление, издание, ДМК Пресс

Краткое содержание

Введение ............................................................................... 31

Благодарности и адреса для связи ................... 36

Урок 1. КРАТКОЕ ВВЕДЕНИЕ
В МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ..... 37

Урок 2. SIMULINK – ПАКЕТ ВИЗУАЛЬНОГО
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ...... 59

Урок 3. РАБОТА SIMULINK С ФАЙЛАМИ........ 107

Урок 4. ПОДГОТОВКА И ЗАПУСК
МОДЕЛИ ............................................................................... 129

Урок 5. БЛОКИ ИСТОЧНИКОВ
И ПОЛУЧАТЕЛЕЙ СИГНАЛОВ................................. 155

Урок 6. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ БЛОКИ ................. 211

Урок 7. НЕЛИНЕЙНЫЕ, ДИСКРЕТНЫЕ
И СПЕЦИАЛЬНЫЕ БЛОКИ ........................................ 255

Урок 8. ПОДГОТОВКА И ПРИМЕНЕНИЕ
ПОДСИСТЕМ...................................................................... 303

Содержание
4

Урок 9. ИНСТРУМЕНТЫ И ПРАКТИКА
МОДЕЛИРОВАНИЯ ....................................................... 357

Урок 10. ОПТИМИЗАЦИЯ ОТКЛИКА
НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ............................................. 417

Урок 11. МОДЕЛИРОВАНИЕ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ .......................................... 449

Урок 12. МОДЕЛИРОВАНИЕ
МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ .... 531

Урок 13. ОСНОВЫ СОБЫТИЙНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ....................................................... 625

Урок 14. МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ
ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
И ИЗОБРАЖЕНИЙ .......................................................... 665

Список литературы ...................................................... 766

Предметный указатель ............................................. 770

Содержание

Введение ............................................................................... 31

Благодарности и адреса для связи ................... 36

Урок 1. Краткое введение
в математическое моделирование ................... 37

1.1. Основные понятия моделирования .................................. 38

1.1.1. Значение математического моделирования .................... 38
1.1.2. Основные виды моделей.................................................. 39
1.1.3. Основные свойства моделей ........................................... 40
1.1.4. Цели моделирования ....................................................... 40

1.2. Источники воздействий и сигналы ................................... 40

1.2.1. Понятие о сигналах .......................................................... 40
1.2.2. Синусоидальный сигнал................................................... 41
1.2.3. Дельтафункция Дирака и функция Хевисайда ................ 41

1.3. Технология моделирования .............................................. 42

1.3.1. Комплексное моделирование .......................................... 42
1.3.2. Основные методы решения задач моделирования .......... 43
1.3.3. Погрешности моделирования .......................................... 43
1.3.4. Оценка обусловленности вычислительной задачи ........... 44
1.3.5. Вычислительные методы в моделировании ..................... 45
1.3.6. Контроль правильности модели ....................................... 45

1.4. Моделирование линейных динамических объектов
и систем...................................................................................... 46

1.4.1. Идентификация динамических объектов ......................... 46
1.4.2. О моделировании линейных систем ................................ 47
1.4.3. Простая линейная модель RCцепи ................................. 47

Содержание
6

1.4.4. Передаточная функция .................................................... 48
1.4.5. Импульсная характеристика (ИХ) w(t) .............................. 49
1.4.6. Переходная характеристика, или функция h(t) ................. 49
1.4.7. Свертка и интеграл свертки ............................................. 49
1.4.8. Основы спектрального анализа и синтеза ....................... 50
1.4.9. Частотные характеристики .............................................. 52

1.5. Моделирование нелинейных объектов и систем ............ 53

1.5.1. Дифференциальное уравнение........................................ 53
1.5.2. Модель для переменных состояния ................................. 54

1.6. Моделирование дискретных систем ................................ 54

1.6.1. Дискретные модели и Zпреобразования ........................ 54
1.6.2. Дискретные модели переменных состояния .................... 55
1.6.3. Некоторые понятия статистического моделирования...... 56
1.6.4. Дискретные модели, учитывающие шум наблюдения ...... 57

Урок 2. Simulink – пакет визуального
математического моделирования ..................... 59

2.1. Основные возможности пакета Simulink .......................... 60

2.1.1. Назначение пакета ........................................................... 60
2.1.2. Общие возможности Simulink........................................... 63
2.1.3. Дополнительные возможности Simulink ........................... 63
2.1.4. Новые возможности Simulink 5.* ...................................... 64
2.1.5. Новые возможности Simulink 6.* ...................................... 64
2.1.6. Новые возможности Simulink 7 ......................................... 66

2.2. Запуск Simulink и основы работы с пакетом .................... 67

2.2.1. Интеграция пакета Simulink с системой MATLAB .............. 67
2.2.2. Запуск моделей Simulink из среды MATLAB ...................... 69
2.2.3. Особенности интерфейса Simulink................................... 70

2.3. Работа с демонстрационными примерами...................... 70

2.3.1. Поиск и загрузка модели аттрактора Лоренца ................. 70

Содержание
7

2.3.2. Установка параметров компонентов модели ................... 71
2.3.3. Установка параметров моделирования ........................... 72
2.3.4. Запуск процесса моделирования..................................... 75
2.3.5. Решение дифференциальных уравнений ВандерПоля ..... 76
2.3.6. Изменение характера нелинейности модели ................... 77
2.3.7. Как добавить в модель графопостроитель ....................... 78

2.4. Работа с редактором дифференциальных уравнений .... 81

2.4.1. Решение уравнений ВандерПоля .................................. 81
2.4.2. Решение уравнений аттрактора Лоренца......................... 81

2.5. Дополнительные примеры моделирования..................... 82

2.5.1. Моделирование кубика с пружинкой................................ 82
2.5.2. Информационное обеспечение примера ......................... 83
2.5.3. Моделирование системы терморегулирования дома ...... 84
2.5.4. Использование субмоделей............................................. 84
2.5.5. Моделирование работы унитаза ...................................... 85

2.6. Дополнительные возможности ......................................... 88

2.6.1. Применение логических операций................................... 88
2.6.2. Визуальный контроль типов данных ................................. 89

2.7. Особенности реализации Simulink 6................................. 90

2.7.1. Новые разделы библиотеки Simulink 6 ............................. 90
2.7.2. Подборка блоков из ящиков Blockset и Toolbox ................ 92
2.7.3. Новое окно установки параметров моделирования ......... 93
2.7.4. Новые кнопки на панели инструментов Simulink .............. 94
2.7.5. Новый навигатор моделей Model Explorer ........................ 94
2.7.6. Расширение меню Tools ................................................... 95
2.7.7. Справочная система Simulink 6 и работа с ней ................. 96

2.8. Интерфейс пакета расширения Simulink 7 ....................... 97

2.8.1. Справка по Simulink 7 ....................................................... 97
2.8.2. Браузер библиотек Simulink 7 .......................................... 98
2.8.3. О составе блоков библиотеки Simulink 7 .......................... 99
2.8.4. Доступ к демонстрационным примерам Simulink 7 ........ 100

Содержание
8

Урок 3. Работа Simulink с файлами .................. 107

3.1. Интерфейс браузера библиотек ..................................... 108

3.1.1. Окно браузера библиотек Simulink 5 .............................. 108
3.1.2. Состав основной библиотеки блоков ............................. 109
3.1.3. Заголовок и строка состояния ....................................... 110
3.1.4. Меню окна браузера библиотек ..................................... 110
3.1.5. Настройка параметров Simulink ..................................... 110
3.1.6. Меню Edit браузера библиотек....................................... 112
3.1.7. Меню View браузера библиотек ..................................... 113
3.1.8. Справка по браузеру библиотек..................................... 114
3.1.9. Панель инструментов окна браузера библиотек ............ 115

3.2. Интерфейс окна моделей Simulink.................................. 115

3.2.1. Панель инструментов окна моделей .............................. 115
3.2.2. Основное меню пакета Simulink ..................................... 116
3.2.3. Меню File окна модели ................................................... 116
3.2.4. Контроль источников ..................................................... 117
3.2.5. Вывод окна свойств текущей модели ............................. 117

3.3. Печать текущей модели ................................................... 118

3.3.1. Вывод окна печати модели............................................. 118
3.3.2. Настройка принтера....................................................... 118

3.4. Особенности Simulink 6/7 ................................................ 120

3.4.1. Новое окно Preferences Simulink 6/7 ............................... 120
3.4.2. Новое окно обозревателя модели Simulink 6/7 .............. 123
3.4.3. Окно модели Simulink 6/7 и контекстное меню ............... 124
3.4.4. Пуск модели в Simulink 6/7 ............................................. 125

Урок 4. Подготовка и запуск модели .............. 129

4.1. Создание модели ............................................................. 130

4.1.1. Постановка задачи и начало создания модели .............. 130
4.1.2. Ввод текстовой надписи ................................................ 130

Содержание
9

4.1.3. Размещение блоков в окне модели ................................ 130
4.1.4. Выделение блока модели............................................... 131
4.1.5. Меню редактирования Edit............................................. 132
4.1.6. Применение буфера обмена .......................................... 133
4.1.7. Выделение ряда блоков и их перенос ............................ 135
4.1.8. Запуск нескольких моделей одновременно ................... 136

4.2. Моделирование ограничителя ........................................ 137

4.2.1. Постановка задачи ......................................................... 137
4.2.2. Создание и запуск модели ограничителя....................... 138
4.2.3. Настройка масштаба осциллограмм .............................. 139
4.2.4. Сохранение модели ....................................................... 141
4.2.5. Модернизация и расширение модели ........................... 141

4.3. Основные приемы подготовки и редактирования
модели ...................................................................................... 142

4.3.1. Добавление надписей и текстовых комментариев ......... 144
4.3.2. Выделение, удаление и восстановление объектов ........ 146
4.3.3. Вставка блоков и их соединение .................................... 147
4.3.4. Создание отвода линии ................................................. 148
4.3.5. Удаление соединений .................................................... 150
4.3.6. Изменение размеров блоков ......................................... 150
4.3.7. Перемещение блоков и вставка блоков в соединение ... 150
4.3.8. Моделирование дифференцирующего устройства........ 151
4.3.9. Команды Undo и Redo в окне модели ............................. 152

4.4. Операции форматирования модели............................... 153

4.4.1. Меню форматирования Format ...................................... 153
4.4.2. Примеры форматирования модели ............................... 153

Урок 5. Блоки источников
и получателей сигналов ........................................... 155

5.1. Источники простых сигналов и воздействий ................. 156

5.1.1. Общий обзор источников ............................................... 156

Содержание
10

5.1.2. Источник постоянного воздействия Constant ................ 157
5.1.3. Источник синусоидального воздействия Sine Wave ....... 159
5.1.4. Источник нарастающего воздействия Ramp .................. 160
5.1.5. Источник одиночного перепада Step ............................. 160
5.1.6. Источник прямоугольных импульсов Pulse Generator ..... 162
5.1.7. Земля Ground ................................................................. 163

5.2. Источники шумовых воздействий................................... 163

5.2.1. Источник случайного сигнала с нормальным
распределением Random Number ........................................... 163
5.2.2. Источник случайного сигнала с равномерным
распределением Uniform Random Number............................... 163
5.2.3. Генератор белого шума Band Limited White Noice ........... 165

5.3. Источники сложных сигналов .......................................... 165

5.3.1. Повторяющаяся последовательность Repeating
Sequence ................................................................................. 165
5.3.2. Сигналгенератор Signal Generator ................................ 166
5.3.3. Генератор нарастающей частоты Chirp Generator .......... 166
5.3.4. Конструктор сигналов .................................................... 168

5.4. Источники системных данных ......................................... 169

5.4.1. Источник времени моделирования Clock ....................... 169
5.4.2. Цифровой источник времени Digital Clock...................... 169
5.4.3. Блок получения данных из файлов From File................... 170
5.4.4. Блок получения данных из рабочего пространства
From Workspace ....................................................................... 171
5.4.5. Блок входа In .................................................................. 172

5.5. Виртуальные регистраторы ............................................. 174

5.5.1. Обзор блоков приема данных ........................................ 174
5.5.2. Виртуальный осциллограф ............................................ 175
5.5.3. Виртуальный «плавающий» осциллограф ...................... 178
5.5.4. Виртуальный графопостроитель XY Graph ...................... 179
5.5.5. Дисплей Display ............................................................. 179

5.6. Другие блоки группы Skins .............................................. 180

Содержание
11

5.6.1. Заглушка Terminator ....................................................... 180
5.6.2. Задание выхода Out* и создание подсистемы ............... 182
5.6.3. Блок остановки моделирования Stop ............................. 184
5.6.4. Блок сохранения данных в файле To File ........................ 185
5.6.5. Блок сохранения данных в рабочем пространстве
To Workspace ........................................................................... 187

5.7. Библиотека Signal Routing ............................................... 188

5.7.1. Обзор библиотеки Signal Routing ................................... 188
5.7.2. Блок создания шины Bus Creator.................................... 189
5.7.3. Блок шинного селектора Bus Selector ............................ 190
5.7.4. Блок выбора последнего сигнала Merge ........................ 191
5.7.5. Блок мультиплексирования Mux..................................... 192
5.7.6. Блок демультиплексирования Demux............................. 192
5.7.7. Блоки для записи и считывания данных Data Store
Memory, Data Store Write и Data Store Read............................... 193
5.7.8. Блоки «беспроводной» связи From, Goto и Goto Tag
Visibility .................................................................................... 195
5.7.9. Ручной переключатель сигналов Manual Switch.............. 197
5.7.10. Управляемый переключатель сигналов Switch ............. 198
5.7.11. Многопортовый переключатель сигналов Multiport
Switch ...................................................................................... 200
5.7.12. Селектор Selector ......................................................... 201

5.8. Библиотека атрибутов сигналов Signal Attribute............ 202

5.8.1. Состав библиотеки атрибутов сигналов......................... 202
5.8.2. Блок преобразования типов сигналов Data Type
Conversion ............................................................................... 202
5.8.3. Установка начального значения сигнала IC .................... 204
5.8.4. Блок согласования дискретных значений Rate
Transition .................................................................................. 204
5.8.5. Блок спецификации сигнала Signal Specification ............ 206
5.8.6. Блок проверки сигналов Probe ....................................... 207
5.8.7. Блок вычисления размера сигнала Width ....................... 207

5.9. Новые источники в Simulink 6.6 ....................................... 208

Содержание
12

5.9.1. Окно источников сигналов Simulink 6.6 .......................... 208
5.9.2. Источник Repeating Sequence Stair ................................ 208
5.9.3. Источник Repeating Sequence Interpolated ..................... 208
5.9.4. Источник Counter FreeRunning ...................................... 209
5.9.5. Источник Counter Limited................................................ 209

Урок 6. Математические блоки .......................... 211

6.1. Математическая библиотека Math.................................. 212

6.1.1. Обзор библиотеки Math ................................................. 212
6.1.2. Блоки выполнения арифметических операций .............. 213
6.1.3. Блоки вычисления элементарных функций .................... 215
6.1.4. Блок выполнения логических операций Logical
Operation ................................................................................. 215
6.1.5. Блок выполнения побитовых логических операций
Bitwise Logical Operator ............................................................ 217
6.1.6. Блок выполнения операций по таблице истинности
Combinatorial Logic .................................................................. 217
6.1.7. Блоки масштабирования Gain и Slider Gain .................... 219
6.1.8. Блоки Complex to MagniitudeAngle и Complex
to RealImag ............................................................................. 220
6.1.9. Блоки RealImage to Complex и MagnitudePhase
to Complex ............................................................................... 221
6.1.10. Блок поиска минимума и максимума MinMax ............... 222
6.1.11. Блок алгебраического ограничения Algebraic
Constraint ................................................................................. 222
6.1.12. Матричные блоки Assignment, Matrix Concatenation
и Reshape ................................................................................ 224
6.1.13. Блок вычисления значений полинома Polynomial ......... 225

6.2. Библиотека непрерывных блоков Continuous ................ 226

6.2.1. Раздел библиотеки Continuous....................................... 226
6.2.2. Дифференцирующий блок Derivative.............................. 227
6.2.3. Интегрирующий блок Integrator...................................... 228
6.2.4. Блок задания линеаризованной модели StateSpace ..... 229

Содержание
13

6.2.5. Блок передаточной характеристики Transfer Fcn............ 230

6.2.6. Блок ZeroPole................................................................ 231
6.2.7. Блок фиксированной задержки Transport Delay.............. 232

6.2.8. Блок управляемой задержки Variable Transport Delay ..... 232

6.3. Блоки задания таблиц ...................................................... 234

6.3.1. Обзор блоков таблиц ..................................................... 234

6.3.2. Блок одномерной таблицы LookUp Table....................... 235

6.3.3. Блок двумерной таблицы LookUp Table (2D).................. 237

6.3.4. Блок многомерной таблицы LookUp Table (nD) ............ 238

6.3.5. Блок Interpolation (nD) using PreLoopUp ....................... 239

6.3.6. Блок таблицы с прямым доступом Direct LoopUp
Table (nD)................................................................................ 240

6.3.7. Блок работы с индексами PreLookUp Index Search ........ 241

6.4. Блоки задания функций пользователя ........................... 242

6.4.1. Обзор функций пользователя ........................................ 242

6.4.2. Блок задания функции Fcn ............................................. 243

6.4.3. Блок задания функции MATLAB Fcn ................................ 244

6.4.4. Блок задания Sфункций ................................................ 244

6.4.5. Примеры применения Sфункций .................................. 246

6.4.6. Блок создания Sфункций SFunction Builder ................. 247

6.5. Новые блоки библиотеки Simulink 6/7 ............................ 248

6.5.1. Расширенная библиотека математических блоков ........ 248
6.5.2. Блоки раздела Logic and Bit Operations .......................... 249
6.5.3. Блоки раздела Additional Math & Discrete........................ 250

Урок 7. Нелинейные, дискретные
и специальные блоки ................................................. 255

7.1. Нелинейные блоки............................................................ 256

7.1.1. Обзор нелинейных блоков ............................................. 256
7.1.2. Блок ограничения Saturation .......................................... 257

Содержание
14

7.1.3. Блок с зоной нечувствительности Dead Zone ................. 258
7.1.4. Релейный блок Relay ...................................................... 258
7.1.5. Блок с ограничением скорости Rate Limiter .................... 259
7.1.6. Блок квантования Quantizer............................................ 260
7.1.7. Блок фрикционных эффектов Coulombic and Viscous
Friction ..................................................................................... 261
7.1.8. Блок люфта Backlash ...................................................... 261
7.1.9. Детектор пересечения заданного уровня Hit Crossing ... 263

7.2. Дискретные блоки ............................................................ 264

7.2.1. Обзор дискретных блоков .............................................. 264
7.2.2. Блок дискретной единичной задержки Unit Delay ........... 264
7.2.3. Блок экстраполятора нулевого порядка ZeroOrder
Hold ......................................................................................... 264
7.2.4. Блок экстраполятора первого порядка FirstOrder
Hold ......................................................................................... 265
7.2.5. Блок дискретного интегратора времени
DiscreteTime Integrator ............................................................ 266
7.2.6. Блок дискретного фильтра Discrete Filter ....................... 267
7.2.7. Блок памяти Memory ...................................................... 268
7.2.8. Блок дискретной передаточной функции Discrete
Transfer Fcn .............................................................................. 268
7.2.9. Блoк задания дискретной функции Discrete Zero Pole .... 270
7.2.10. Блок Discrete State Space ............................................. 270

7.3. Библиотеки Simulink Extras .............................................. 271

7.3.1. Обзор библиотеки Simulink Extras .................................. 271
7.3.2.  Дополнительные дискретные блоки Additional Discrete..... 272
7.3.3. Дополнительные линейные блоки .................................. 272
7.3.4. Дополнительные блоки Additional Sinks .......................... 275
7.3.5. Блоки спектрального анализа ........................................ 275
7.3.6. Блок кросскоррелятора CrossCorrelator ...................... 277
7.3.7. Блок автокоррелятора CrossCorrelator ......................... 278
7.3.8. Обзор раздела библиотеки Flip Flops ............................. 278
7.3.9. Генератор тактовых импульсов Clock............................. 280

Содержание
15

7.3.10. Триггерные блоки ........................................................ 280
7.3.11. Пример построения широтноимпульсного
модулятора.............................................................................. 280
7.3.12. Раздел Linearization ...................................................... 282
7.3.13. Блок заданной временной задержки ............................ 283

7.4. Блоки преобразований .................................................... 284

7.4.1. Обзор раздела преобразований Transformations ........... 284
7.4.2. Блок преобразования температуры Celsius
to Fahrenheit............................................................................. 284
7.4.3. Блок преобразования температуры Fahrenheit
to Celsius.................................................................................. 285
7.4.4. Блок преобразования углов Degress to Radians ............. 285
7.4.5. Блок преобразования углов Radians to Degress ............. 285
7.4.6. Блок преобразования координат Cartesian to Polar ........ 286
7.4.7. Блок преобразования координат Polar to Cartesian ........ 287
7.4.8. Блок преобразования 3Dкоординат Cartesian
to Spherical .............................................................................. 287
7.4.9. Блок преобразования 3Dкоординат Spherical
to Cartesian .............................................................................. 287

7.5. Библиотека верификации модели – Model Verification ... 289

7.5.1. Обзор блоков библиотеки Model Verification .................. 289
7.5.2. Блоки контроля со статическими уровнями ................... 289
7.5.3. Блоки динамического контроля ..................................... 291
7.5.4. Блок контроля нуля Assertion.......................................... 292
7.5.5. Блок контроля градиента дискретного сигнала
Check Discrete Gradient ............................................................ 293
7.5.6. Блок контроля разрешения Check Input Resolution......... 294

7.6. Библиотека дополнительных утилит ModelWide
Utilities ....................................................................................... 295

7.6.1.  Обзор блоков библиотеки ModelWide Utilities ............... 295
7.6.2. Блок линеаризации модели в заданное время
TimesBased Linearization ......................................................... 296
7.6.3. Блок линеаризации с запуском TriggerBased
Linearization ............................................................................. 296

Содержание
16

7.6.4. Блок задания информации о модели – Model info .......... 297
7.6.5. Блок документирования модели – DocBlock .................. 299

7.7. Новые нелинейные и дискретные блоки Simulink 6 ....... 299

7.7.1. Новые нелинейные блоки Simulink 6.6 ............................ 299
7.7.2. Новые дискретные блоки Simulink 6.6 ............................ 301

Урок 8. Подготовка и применение
подсистем........................................................................... 303

8.1. Общие сведения о подсистемах ..................................... 304

8.2. Создание подсистемы из части основной модели ....... 304

8.2.1. Постановка задачи о выделении подсистемы ................ 304
8.2.2. Выделение блоков для подсистемы ............................... 305
8.2.3. Создание подсистемы из выделенных блоков ............... 306
8.2.4. Вызов и просмотр подсистемы ...................................... 307
8.2.5. Назначение портов ввода и вывода в подсистемах........ 307
8.2.6. Использование браузера моделей для работы
с подсистемами....................................................................... 308
8.2.7. Модификация и редактирование подсистемы ............... 309
8.2.8. Задание свойств подсистемы ........................................ 310
8.2.9. Параметры портов ввода и вывода ................................ 311
8.2.10. Обзор библиотеки Ports & SubSystem .......................... 312

8.3. Построение подсистем на основе блока SubSystem .... 314

8.3.1. Постановка задачи ......................................................... 314
8.3.2. Модель функционального генератора ........................... 314
8.3.3. Задание подсистемы с помощью блока SubSystem ....... 314
8.3.4. Создание основной модели и ее испытание .................. 315

8.4. Управляемые подсистемы ............................................... 316

8.4.1. Типы управляемых подсистем ....................................... 316
8.4.2. Пример создания Еподсистемы функционального
генератора .............................................................................. 318
8.4.3. Создание порта выхода Еподсистемы .......................... 318

Содержание
17

8.4.4. Тподсистемы ................................................................ 319
8.4.5. Пример применения Tподсистемы ............................... 320
8.4.6. ETподсистемы .............................................................. 322
8.4.7. Применение блоков Goto, Goto Tag visibility и From ......... 323

8.5. Особенности применения подсистем ............................ 325

8.5.1. Виртуальные подсистемы .............................................. 325
8.5.2. Невиртуальные подсистемы .......................................... 326
8.5.3. Семантика подсистем .................................................... 326
8.5.4. Демонстрационные примеры применения подсистем... 327

8.6. Маскированные подсистемы .......................................... 331

8.6.1. Механизм маскирования ............................................... 331
8.6.2. Создание начальной модели.......................................... 333
8.6.3. Подготовка к маскированию подсистемы ...................... 333
8.6.4. Запуск редактора маски................................................. 334

8.7. Работа с масками ............................................................. 335

8.7.1. Редактор маски .............................................................. 335
8.7.2. Создание окна параметров блока .................................. 336
8.7.3. Инициализация параметров .......................................... 338
8.7.4. Подготовка описания и документации блока ................. 339
8.7.5. Создание простой пиктограммы блока .......................... 340
8.7.6. Проверка модели с созданной маской ........................... 342
8.7.7. Вывод описания и справки маски .................................. 343
8.7.8. Создание маскисправки ............................................... 343

8.8. Расширенные средства создания пиктограмм блоков .... 344

8.8.1. Задание текстовых надписей ......................................... 344
8.8.2. Применение команд графики MATLAB ........................... 346
8.8.3. Средства специального оформления пиктограмм ......... 347
8.8.4. Применение графического редактора пиктограмм........ 348
8.8.5. Задание пиктограммы в виде готового рисунка ............. 351

8.9. Создание библиотек пользователя ................................ 352

8.9.1. Библиотека Commonly Used Simulink 6 ........................... 352

Содержание
18

8.9.2. Требования к библиотекам пользователя ...................... 353
8.9.3. Перенос блоков в окно библиотеки ................................ 353
8.9.4. Применение библиотек пользователя............................ 355

Урок 9. Инструменты и практика
моделирования .............................................................. 357

9.1. Меню инструментов Tools................................................ 358

9.1.1. Роль инструментальных средств Simulink ...................... 358
9.1.2. Меню инструментов Tools .............................................. 358

9.2. Работа с отладчиком графических Sмоделей .............. 359

9.2.1. Запуск отладчика ........................................................... 359
9.2.2. Панель инструментов отладчика .................................... 359
9.2.3. Работа с отладчиком ...................................................... 361
9.2.4. Дополнительные возможности отладчика ..................... 363
9.2.5. Проверка порядка выполнения блоков .......................... 363
9.2.6. Оценка состояния отладчика ......................................... 363
9.2.7. Управление отладчиком из командной строки MATLAB..... 364

9.3. Браузер данных Simulink .................................................. 366

9.4. Подготовка  отчетов по моделированию........................ 367

9.4.1. Что такое отчет? ............................................................. 367
9.4.2. Установки просмотра отчета.......................................... 368
9.4.3. Запуск генератора отчетов ............................................ 369
9.4.4. Редактирование отчета .................................................. 369
9.4.5. Пример подготовки отчета............................................. 370

9.5. Инструменты ускорения моделирования ...................... 372

9.5.1.  Профилировщик Profiler ................................................ 372
9.5.2. Применение Simulinkускорителя .................................. 374
9.5.3. Дискретизация моделей ................................................ 377

9.6. Работа с LTIвьювером ..................................................... 378

9.6.1.  Вызов LTIвьювера командой  Linear analysis….............. 378

Содержание
19

9.6.2. Выбор состояния системы ............................................. 379
9.6.3. Выбор графических  характеристик линейных систем ... 380
9.6.4. Конфигурация вывода графиков .................................... 381
9.6.5. Пример линеаризации нелинейной системы ................. 383

9.7. Повышение эффективности и качества
моделирования ........................................................................ 384

9.7.1. Дополнительные средства в позиции Tools меню .......... 384
9.7.2. Повышение скорости моделирования ........................... 385

9.8. Практические примеры моделирования ........................ 390

9.8.1. Построение спирали Карно............................................ 390
9.8.2. Синтез АМсигнала ........................................................ 391
9.8.3. Нестабильные линейные системы с обратной связью ... 392
9.8.4. Получение незатухающих почти синусоидальных
колебаний................................................................................ 393

9.9. Демонстрационные примеры Simulink ........................... 395

9.9.1. Доступ к демонстрационным примерам Simulink ........... 395
9.9.2. Моделирование простого маятника ............................... 396
9.9.3. Колебания многозвенного объекта ................................ 397
9.9.4. Моделирование отскакивающего от поверхности
мячика ..................................................................................... 398
9.9.5. Моделирование автопилота с аналоговыми блоками .... 399
9.9.6. Пример дискретной системы ......................................... 400
9.9.7. Применение примеров раздела Automotive.................... 401
9.9.8. Ранняя модель автопилота летательного аппарата F14 .... 401
9.9.9. Комбинированная модель автопилота F14..................... 403

9.10. Моделирование ключа на мощном МДПтранзисторе .. 404

9.10.1. Построение субмодели мощного МДПтранзистора.... 404
9.10.2. Построение семейства ВАХ мощного
МДПтранзистора ................................................................... 406
9.10.3. Моделирование передаточной характеристики ........... 407
9.10.4. Динамическая модель мощного МДПтранзистора ..... 408
9.10.5. Моделирование ключа на мощном МДПтранзисторе..... 411

Содержание
20

Урок 10. Оптимизация отклика
нелинейных систем ..................................................... 417

10.1. Пакеты оптимизации отклика нелинейных систем ..... 418

10.1.1. Назначение пакетов ..................................................... 418
10.1.2. Состав блоков пакетов ................................................. 418
10.1.3. Демонстрация работы блоков пакета NCD ................... 419

10.2. Оптимизация нелинейных систем с помощью
пакета NCD ............................................................................... 420

10.2.1. Оптимизация коэффициента передачи Ирегулятора ... 420
10.2.2. Меню окна блока NCD Output ....................................... 425
10.2.3. Настройка параметров PIDрегулятора........................ 427
10.2.4. Настройка параметров комплексного регулятора........ 429
10.2.5. Настройка параметров ПИрегулятора
для многомерного объекта ...................................................... 432
10.2.6. Особенности решаемых оптимизационных задач ........ 433
10.2.7. Функции и команды NCD Blockset ................................ 434

10.3. Новый пакет расширения Simulink Response
Optimization .............................................................................. 436

10.3.1. Назначение пакета расширения Simulink Response
Optimization.............................................................................. 436
10.3.2. Оптимизация системы с PIDконтроллером ................. 438
10.3.3. Оптимизация системы магнитной «левитации»
стального шарика .................................................................... 439
10.3.4. Оптимизация системы энергетического
преобразователя ..................................................................... 441
10.3.5. Функции пакета расширения Simulink Response
Optimization.............................................................................. 445

Урок 11. Моделирование
в электроэнергетике .................................................. 449

11.1. Пакет расширения SimPowerSystems........................... 450

11.1.1. Назначение пакета расширения SimPowerSystems ...... 450

Содержание
21

11.1.2. Состав библиотек SimPowerSystems Blockset .............. 450
11.1.3. Параметры и единицы их измерения ........................... 451

11.2. Источники электрической энергии и их применение ... 452

11.2.1. Типы источников электрической энергии..................... 452
11.2.2. Пример применения источника постоянного тока ....... 453
11.2.3. Пример применения управляемого источника тока ..... 453
11.2.4. Примеры применения источника переменного тока .... 454
11.2.5. Моделирование амплитудной модуляции .................... 455

11.3. Основные элементы электротехнических устройств
и систем.................................................................................... 457

11.3.1. Библиотека компонентов Elements............................... 457
11.3.2. Примеры моделирования RLCцепей........................... 459
11.3.3. Работа с блоком Powergui ............................................ 461
11.3.4. Моделирование устройств с однофазными
трансформаторами ................................................................. 463
11.3.5. Моделирование устройств с трехфазными
трансформаторами ................................................................. 469
11.3.6. Выключатели и ограничители пиковых напряжений ..... 470
11.3.7. Моделирование линий передачи ................................. 473
11.3.8. Моделирование линии передачи с компенсаторами.... 475

11.4. Моделирование систем и устройств
энергетической электроники ................................................. 480

11.4.1. Состав библиотеки энергетической электроники ........ 480
11.4.2. Моделирование простых ключевых устройств ............. 482
11.4.3. Моделирование устройств с мощными ключевыми
полевыми транзисторами ....................................................... 485
11.4.4. Моделирование устройств с тиристорами ................... 486
11.4.5. Моделирование устройств с запираемыми Gto
модулями ................................................................................ 488
11.4.6. Моделирование устройств с силовыми
IGBTмодулями........................................................................ 489
11.4.7. Моделирование устройств с мостовыми модулями ..... 493

11.5. Моделирование приводов электрических машин ....... 494

Содержание
22

11.5.1. Библиотека блоков электрических машин.................... 494
11.5.2. Пример моделирования привода двигателя
постоянного тока ..................................................................... 495
11.5.3. Пример моделирования мощной синхронной машины ... 496
11.5.4. Пример моделирования привода асинхронного
двигателя ................................................................................ 497

11.6. Моделирование электрических преобразователей
электроэнергии ....................................................................... 498

11.6.1. Моделирование импульсного преобразователя
с ключом на полевом транзисторе .......................................... 498
11.6.2. Моделирование неуправляемых однофазных
выпрямителей ......................................................................... 500
11.6.3. Моделирование трехфазных выпрямителей ................ 501
11.6.4. Моделирование однофазных инверторов .................... 502
11.6.5. Моделирование трехфазных инверторов..................... 503
11.6.6. Пример моделирования многоимпульсного
GTOпреобразователя ............................................................. 506
11.6.7. Моделирование трехфазного инвертора
для асинхронных двигателей ................................................... 508
11.6.8. Моделирование динамической нагрузки
и управляемого трехфазного источника .................................. 508

11.7. Новая библиотека Application Library
в SimPowerSystems 4.* ............................................................ 510

11.7.1. Состав библиотеки Application Library .......................... 510
11.7.2. Блоки турбин ветровых электростанций ...................... 511
11.7.3. Блоки электрических устройств ................................... 512
11.7.4. Блоки машин постоянного тока .................................... 512
11.7.5. Блоки машин переменного тока ................................... 515
11.7.6. Блоки валов и редукторов ............................................ 517
11.7.7. Блоки библиотеки гибких систем передачи
на переменном токе ................................................................ 521

11.8. Другие библиотеки и примеры SimPowerSystems ...... 522

11.8.1. Библиотека инструментов............................................ 522
11.8.2. Состав библиотеки Extra Library ................................... 524

Содержание
23

11.8.3. Моделирование  высоковольтных систем передачи
электроэнергии на постоянном токе ....................................... 526

Урок 12. Моделирование
механических систем и устройств ................... 531

12.1. Начало работы с пакетом SimMechanics Blockset ....... 532

12.1.1. Назначение пакета SimMechanics и его особенности... 532

12.1.2. Библиотека пакета SimMechanics ................................ 533

12.1.3. Раздел библиотеки Bodies ........................................... 536

12.1.4. Системы координат SimMechanics ............................... 536

12.2. Простой пример моделирования механического
маятника ................................................................................... 537

12.2.1. Диаграмма простого механизма – стержневого
маятника ................................................................................. 537

12.2.2. Пуск модели и наблюдение результатов
моделирования ....................................................................... 538

12.2.3. Специальные средства визуализации пакета
SimMechanics .......................................................................... 539

12.2.4. Установка параметров блоков диаграммы ................... 541

12.3. Идеологии пакета SimMechanics .................................. 545

12.3.1. Наглядное представление механических устройств .... 545

12.3.2. Пример диаграммы конвейерного механизма ............. 546

12.3.3. Контроль общих установок моделирования ................. 548

12.3.4. Пуск модели механизма конвейера.............................. 549

12.4. Обзор основных блоков библиотеки SimMechanics.... 550

12.4.1. Блоки раздела Joints (Сочленения) .............................. 550

12.4.2. Блоки раздела Sensors & Actuators ............................... 553
12.4.3. Блоки раздела Constraints & Drives ............................... 555

12.4.4. Блоки раздела Force Elements ...................................... 557

12.4.5. Блоки раздела Utilities .................................................. 559

12.5. Обзор обычных демонстрационных примеров............ 561

Содержание
24

12.5.1. Моделирование отскоков упругого шарика ................. 561

12.5.2. Моделирование маятника с двумя стержнями ............. 562

12.5.3. Моделирование четырехзвенного маятника ................ 563

12.5.4. Моделирование простого винтового механизма ......... 563

12.5.5. Моделирование полета тела (баллистическая задача).... 564

12.5.6. Моделирование движения тела по заданной кривой ... 565

12.6. Моделирование механизмов с применением
средств виртуальной реальности .......................................... 566

12.6.1. Моделирование движений робота ............................... 566
12.6.2. Моделирование винтового планетарного механизма
с виртуальной реальностью..................................................... 568
12.6.3. Моделирование четырехцилиндрового двигателя ....... 569

12.7. Пакет расширения по виртуальной реальности .......... 570

12.7.1. Назначение пакета Virtual Reality Toolbox ..................... 570

12.7.2. Что такое виртуальная реальность в пакете VR? .......... 573

12.7.3. Программирование перемещения автомобиля ........... 576

12.7.4. Блоки виртуальной реальности для Simulink ................ 583
12.7.5. Моделирование прыжков шара .................................... 584

12.7.6. Моделирование левитации стального шарика
в магнитном поле .................................................................... 585

12.7.7. Пример моделирования движения автомобиля ........... 586

12.7.8. Как создаются объекты виртуальной реальности......... 587

12.8. Основы моделирования аэрокосмических
аппаратов ......................................................................... 590

12.8.1. Назначение пакета Aerospace Blockset и состав
его библиотеки ........................................................................ 590
12.8.2. Координатная система пакета Aerospace Blockset ....... 592
12.8.3. Блоки задания уравнений движения 6DoF и 3DoF ........ 594
12.8.4. Блок системы турбовентиляторного двигателя............ 600
12.8.5. Блоки учета влияния среды раздела Environment ......... 602
12.8.6. Блоки исполнительных механизмов – Actuators............ 604
12.8.7. Блоки регуляторов управления движением – GNC ....... 605

Содержание
25

12.8.8. Блоки свойства масс – Mass Properties ........................ 606
12.8.9. Блоки вычисления параметров полета – Flight
Parameters ............................................................................... 607
12.8.10. Блок аэродинамики – Aerodynamic ............................. 608
12.8.11. Блоки  раздела утилит – Utility .................................... 609
12.8.12. Блоки  анимации – Animation....................................... 610

12.9. Примеры применения пакета расширения
Aerospace Blockset ................................................................... 613

12.9.1. Доступ к демонстрационным примерам ...................... 613
12.9.2. Простейшие примеры моделирования линейного
силового привода .................................................................... 613
12.9.3. Пример анимации при шести степенях свободы
полета ракеты.......................................................................... 615
12.9.4. Пример анимации при трех степенях свободы
полета ракеты.......................................................................... 616
12.9.5. Моделирование полета самолета – «этажерки» ........... 617
12.9.6. Моделирование полета космического корабля –
челнока.................................................................................... 618

Урок 13. Основы событийного
моделирования .............................................................. 625

13.1. Пакет Stateflow ................................................................ 626

13.1.1. Понятие о событийном моделировании ....................... 626
13.1.2. Назначение пакета Stateflow ........................................ 626
13.1.3. Доступ к средствам Stateflow ....................................... 627
13.1.4. Понятие о SFдиаграмме ............................................. 628

13.2. Основные объекты SFдиаграмм .................................. 629

13.2.1. Состояния и признаки памяти ...................................... 629
13.2.2. Переходы и признаки альтернативы ............................ 629
13.2.3. События, процедуры и данные ..................................... 630
13.2.4. Описание объектов ...................................................... 631

13.3. Пример построения модели с SFдиаграммой ........... 633

Содержание
26

13.3.1. Работа с редактором SFдиаграмм .............................. 633
13.3.2. Установка параметров SFдиаграммы с помощью
обозревателя .......................................................................... 635
13.3.3. Сохранение модели с SFдиаграммой ......................... 636

13.4. Запуск, отладка и форматирование SFдиаграмм...... 636

13.4.1. Установка параметров запуска .................................... 636
13.4.2. Запуск модели ............................................................. 637
13.4.3. Работа с отладчиком SFдиаграмм .............................. 638
13.4.4. Средства отладки SFдиаграмм ................................... 640
13.4.5. Поиск объектов SFдиаграмм ...................................... 642
13.4.6. Выбор стиля SFдиаграмм ........................................... 643
13.4.7. Установка размера символов....................................... 643

13.5. Особенности версий пакета расширения
Stateflow.................................................................................... 644

13.5.1. Новый редактор SFдиаграмм в Stateflow 5.* ............... 644
13.5.2. Несколько простых примеров применения
Stateflow 5.* ............................................................................. 644
13.5.3. Пакет расширения Stateflow 6.*.................................... 645

13.6. Примеры применения пакета Stateflow 6.3 .................. 646

13.6.1. Работа с демонстрационными примерами .................. 646
13.6.2. Пример реализации рекурсивной функции
вычисления факториала .......................................................... 649
13.6.3. Пример векторизации .................................................. 650
13.6.4. Пример организации цикла.......................................... 650
13.6.5. Пример работы с Fixed Point средствами ..................... 651
13.6.6. Пример работы с рабочим пространством
MATLAB.................................................................................... 652
13.6.7. Построение фрактала Мандельброта........................... 653
13.6.8. Моделирование скользящего с трением бруска .......... 654
13.6.9. Моделирование системы трансмиссии
автомобиля ............................................................................. 655
13.6.10. Моделирование отказоустойчивой системы
контроля топлива .................................................................... 656

Содержание
27

Урок 14. Моделирование устройств
обработки сигналов и изображений ............... 665

14.1. Пакет расширения Signal Processing Blockset 6.5 ....... 666

14.1.1. Назначение пакета расширения Signal Processing
Blockset 6.5 .............................................................................. 666
14.1.2. Состав блоков библиотеки пакета Signal Processing
Blockset 6.5 .............................................................................. 667
14.1.3. Работа с источниками и получателями сигналов.......... 669
14.1.4. Работа с блоками математических операций ............... 670
14.1.5. Типовые матричные операции ..................................... 671
14.1.6. Операции с полиномами .............................................. 673
14.1.7. Квантование сигналов.................................................. 674
14.1.8. Управление сигналами................................................. 675
14.1.9. Организация буфера, очереди и стека ......................... 675
14.1.10. Организация сдвигового регистра и линии задержки .... 680
14.1.11. Подраздел Signal Attributes......................................... 681
14.1.12. Переключатели и счетчики ......................................... 681
14.1.13. Обработка сигналов (раздел Signal Operations).......... 684
14.1.14. Раздел оценки блоков – DSP Estimation ...................... 685
14.1.15. Преобразования сигналов (раздел  Transforms) ......... 687
14.1.16. Статистическая обработка данных (раздел
DSP Statistics) .......................................................................... 689
14.1.17. Фильтрация сигналов (раздел Filtering)...................... 692

14.2. Примеры моделирования систем на основе пакета
SPB............................................................................................ 692

14.2.1. Модель адаптивного фильтра RLS ............................... 692
14.2.2. Модель адаптивного фильтра Калмана ........................ 692
14.2.3. Модель стереоэкспандера ........................................... 693
14.2.4. Модель анализатора спектра с оконным БПФ.............. 693
14.2.5. Реконструкция сигнала после вейвлетфильтрации .... 696
14.2.6. Реконструкция сигнала после вейвлетфильтрации .... 697
14.2.7. Вейвлеточистка сигнала от шума................................ 698

Содержание
28

14.2.8. Однополосная модуляция (SSB) .................................. 699
14.2.9. Адаптивная дельтаимпульсная кодовая модуляция .... 699

14.3. Пакет расширения RF Blockset...................................... 700

14.3.1. Назначение пакетов расширения RF Toolbox
и Blockset................................................................................. 700
14.3.2. Системы параметров для радиочастотных объектов ... 702
14.3.3. Библиотека блоков пакета RF Blockset ......................... 703
14.3.4. Работа с математическими блоками ............................ 704
14.3.5. Применение блоков портов ввода/ вывода .................. 707
14.3.6. Визуализация графических характеристик блоков ...... 708

14.4. Примеры применения пакета RF Blockset.................... 711

14.4.1. Сравнение реализаций усилителей ............................. 711
14.4.2. Моделирование фильтров на линиях передачи............ 713
14.4.3. Моделирование многокаскадных радиочастотных
систем ..................................................................................... 715
14.4.4. Примеры совместного применения пакетов RF
и Communication Blockset ........................................................ 716

14.5. Пакет Communications Blockset ..................................... 718

14.5.1. Назначение пакетов Communications Blockset
и Communications Toolbox ........................................................ 718
14.5.2. Основы работы ............................................................ 719
14.5.3. Доступ к библиотеке пакета и ее разделам .................. 720
14.5.4. Источники и получатели коммуникационных
сигналов .................................................................................. 721
14.5.5. Моделирование кодирования и декодирования .......... 723
14.5.6. Моделирование модуляторов и демодуляторов .......... 725
14.5.7. Библиотеки каналов ..................................................... 727
14.5.8. Библиотека модулей синхронизации ........................... 727
14.5.9. Применение блоков детектирования ошибок
и коррекции ............................................................................. 732
14.5.10. Блоки фильтров и эквалайзеров ................................ 733
14.5.11. Обзор других разделов библиотеки Communication
Blockset ................................................................................... 738

Содержание
29

14.6. Знакомство с Video and Image Processing Blockset ..... 741

14.6.1. Инсталляция и назначение Video and Image
Processing Blockset .................................................................. 741
14.6.2. Доступ к библиотеке блоков пакета ............................. 742
14.6.3. Поддерживаемые типы изображений и данных ........... 743
14.6.4. Первый пример – просмотр видеофильма ................... 743
14.6.5. Блоки источников и  получателей изображений ........... 744
14.6.6. Раздел  Analysis & Enhancement .................................... 745
14.6.7. Раздел Filtering ............................................................. 746
14.6.8. Раздел геометрических преобразований Geometric
Transformations ........................................................................ 746
14.6.9. Блоки морфологических операций –  Morphological
Operations ................................................................................ 747
14.6.10. Раздел Conversions .................................................... 748
14.6.11. Раздел Transform ........................................................ 748
14.6.12. Блоки статистической обработки изображений –
Statistics................................................................................... 749
14.6.13. Блоки раздела Text & Graphics .................................... 749
14.6.14. Блоки утилит – Utilities ................................................ 750

14.7. Основные операции с изображениями
и видеофайлами ...................................................................... 750

14.7.1. Импорт и экспорт мультимедийных файлов ................. 750
14.7.2. Удаление шума на изображении .................................. 751
14.7.3. Удаление периодического шума видеоизображений ... 751
14.7.4. Создание панорамного изображения .......................... 752
14.7.5. Построение динамической картинки внутри другой
динамической картинки........................................................... 753
14.7.6. Вращение изображения ............................................... 755
14.7.7. Морфологическое открытие и пересчет объектов
изображения ........................................................................... 756
14.7.8. Улучшение четкости выделенной части
изображения ........................................................................... 757
14.7.9. Нахождение и выделение кромок у объектов
изображений ........................................................................... 757

Содержание
30

14.7.10. Стабилизация  перемещаемого изображения ........... 758
14.7.11. Прослеживание движущихся автомобилей ................ 760
14.7.12. Сегментация по цвету и ячеек .................................... 760
14.7.13. Сжатие изображения ................................................. 762
14.7.14. Проекция изображения на вращающийся кубик ........ 765

Список литературы ...................................................... 766

Предметный указатель ............................................. 770

Введение

В наши дни компьютерная математика получила должную известность и находится на этапе быстрого развития [1]. Начав свой путь с применения программируемых микрокалькуляторов и расчетов на персональных ЭВМ (компьютерах),
она породила целый ряд своих специальных программных средств – систем компьютерной математики (СКМ) и пакетов их расширения.
Среди  СКМ, в первую очередь ориентированных на численные расчеты, особо
выделяется матричная математическая система MATLAB – самая эффективная
среди систем для численных вычислений. Система фактически стала мировым
стандартом в области современного математического и научнотехнического программного обеспечения. В разработке MATLAB и пакетов расширения этой системы принимают участие крупные научные школы мира, многие ведущие университеты и иные организации.
Эффективность MATLAB обусловлена прежде всего ее ориентацией на матричные вычисления [2, 3] с программной эмуляцией параллельных вычислений и
упрощенными средствами задания циклов. В MATLAB удачно реализованы средства работы с многомерными массивами, большими и разреженными матрицами
и многими типами данных. Система прошла многолетний путь развития от узко
специализированного матричного  программного  модуля, используемого только
на больших ЭВМ, до универсальной интегрированной СКМ, ориентированной на
массовые персональные компьютеры класса IBM PC, AT и Macintosh и рабочие
станции UNIX. MATLAB имеет мощные средства диалога, графики и комплексной
визуализации вычислений, в том числе с привлечением средств дескрипторной
графики и виртуальной реальности.
Система MATLAB предлагается разработчиками (корпорация The MathWorks,
Inc.) как лидирующий на рынке, в первую очередь на предприятиях военнопромышленного комплекса, в энергетике, в аэрокосмической отрасли и в автомобилестроении, язык программирования высокого уровня для технических вычислений,
расширяемый большим числом пакетов прикладных программ – расширений.
В новых реализациях их число составляет сотни, причем свыше 80 пакетов расширений фирмы MathWorks входят в полную поставку новейшей системы
MATLAB R2007b. Самым известным из них стало расширение Simulink, обеспечивающее блочное имитационное моделирование различных систем и
устройств с применением современной технологии визуальноориентированного программирования.
Структура комплекса MATLAB + Simulink, помимо основы – системы MATLAB
и главного расширения Simulink, содержит обширные группы пакетов расширения (рис. 0.1). Это инструментальные ящики Toolboxes с большим числом пакетов
расширения, приближающимся к сотне, и группа пакетов расширения Bloсksets,
увеличивающая возможности системы визуальноориентированного блочного
имитационного моделирования динамических систем  Simulink.

Введение
32

Рис. 0.1. Структура системы MATLAB + Simulink

В России первой книгой по системе MATLAB стала книга [4], выпущенная еще
в 1993 г.  В дальнейшем было опубликовано множество книг по различным версиям этой мощной системы [5–49]. Так, только на Webузле корпорации The MathWorks, Inc., разработавшей эту систему, указано уже более 1000 книг. Среди них
есть и книги автора (рис. 0.2), вошедшие в программу поддержки подготовки книг
корпорации The The MathWorks, Inc. (далее просто The MathWorks).
К сожалению, в России мало публикаций по новейшим версиям системы
MATLAB и особенно по ее расширению Simulink. Лишь после 1997 г. появился
ряд книг по системам MATLAB и отдельным пакетам расширения этой системы
[4–43]. Из них следует особо отметить трехтомник автора [13–15]  по версиям
MATLAB 6.* и пятитомник по MATLAB 6.5 и MATLAB 7 [16–20].  Предшествующие Simulink 6.*  версии пакета Simulink описаны в книгах [6, 9, 13, 16, 32–34], из
которых только две [9, 33] посвящены отдельно расширению Simulink. По новым
версиям Simulink 6.* Simulink 7 литература у нас отсутствует.
Увы, но объем книг по системе MATLAB и ее пакетам расширения так же непрерывно растет, как и их стоимость. Достаточно отметить, что последние книги
только по сиcтеме MATLAB учебного характера имеют объем более 750  [29] и
даже свыше 1100 [28] страниц. Пять последних томов автора по системе MATLAB
с пакетами расширения насчитывают уже более 2800 страниц [16–20].
Фирменная документация по системе (англоязычная) представлена многими
десятками книг, например [44–49]. Она настолько разрослась, что  разработчики
MATLAB были вынуждены прекратить поставки ее в виде PDFфайлов на отдельном CDROM или DVD и ныне разместили ее на своем интернетсайте. Од
нако изза большого объема файлов документации скачать их весьма проблематично даже для тех наших пользователей, которые имеют доступ в обычный

Введение
33

Рис. 0.2. Книги автора по системе MATLAB
и пакетам ее расширения на интернетсайте корпорации The MathWorks

Интернет. Кроме того, информация в PDFфайлах англоязычная и огромная по
размеру.
Все это делает книги по MATLAB и Simulink доступными лишь для малой части наших инженеров, научных работников и преподавателей вузов и университетов. Достаточно отметить, что стоимость всего одной крупной книги по системе
MATLAB составляет примерно трехмесячную выплату на приобретение литературы, предусмотренную в государственных вузах и университетах Российской
Федерации для их преподавателей.
В связи с этим актуальной стала подготовка серии относительно небольших учебных курсов и самоучителей по системе MATLAB и ее приложениям. Однако в связи
с отсутствием в программах большинства вузов и университетов учебных курсов по
системе MATLAB более целесообразной является подготовка самоучителей, ориентированных на широкую читательскую аудиторию: студентов, аспирантов и преподавателей вузов и  университетов, инженеров и научных работников. Все они вынуждены осваивать MATLAB и пакеты расширения этой системы самостоятельно.
Самоучитель по базовой системе MATLAB уже был предложен читателям.
В данном, втором самоучителе впервые описаны новейшие реализации пакета

Введение
34

расширения Simulink 5/6/7 систем MATLAB 6.5 (R13)/7(R14)/R2006/R2006a/
R2006b/R2007a/R2007b.
Simulink – главный пакет расширения системы MATLAB, реализующий
имитационное блочное визуальноориентированное моделирование систем и
устройств как самого общего, так и конкретного назначения. В книге описаны и
современные реализации наиболее важных пакетов расширения Simulink инструментального ящика Blockset: Simulink Response Optimizarion  для моделирования
и оптимизации отклика нелинейных систем, SimPowerSystems для моделирования и проектирования энергетических систем и устройств, SimMechanics для моделирования и проектирования механизмов и механических систем, Signal
Processing для моделирования систем обработки сигналов, Telecommunication для
моделирования систем телекоммуникаций, Video and Image Processing для моделирования систем, работающих с видеопотоками и видеоизбражениями,  и др.
Описаны средства виртуальной реальности MATLAB.
Отличительными особенностями данной книги являются:
• достаточно полное теоретическое введение по основам математического
моделирования различных систем и устройств;
• особое внимание к технике наглядной графической визуализации математического моделирования, в том числе на основе применения средств виртуальной реальности пакета Virtual Reality Toolbox;
• ориентация на современное визуальноориентированное блочное моделирование, реализованное в новейших версиях пакета расширения системы
MATLAB + Simulink;
• ориентация на читателей, желающих самостоятельно освоить технику визуальноориентированного математического блочного моделирования на
основе базовой системы MATLAB и ее расширений для такого моделирования – прежде всего Simulink 6/7;
• компактность книги при сохранении достаточной полноты изложения материала и справочных данных;
• описание новейших реализаций пакета расширений Simulink 6/7 для систем MATLAB R2006/R2006a/R2006b/R2007a/ R2007b;
• выделение (прямо скажем, не очень больших  и глубоких) отличий между
реализациями Simulink 5/6/7;
• более систематизированное и глубокое изложение материала, в том числе
относящегося к библиотекам блоков пакета расширения Simulink и других
пакетов расширения;
• значительно более подробное, чем в прежних книгах автора, и собранное
воедино описание новейших реализаций пакетов расширения Simulink:
Nonlinear Control Design, SimPowerSystems, SimMechanics и Aerospace;
• доступность основного материала пользователям версий MATLAB Simulink 5.*;
• разделение материала книги на отдельные уроки, каждый из которых, в зависимости от глубины изучения материала, может потребовать от 4 до
6 академических часов.

Введение
35

Внедрение системы MATLAB + Simulink в учебный процесс вузов России и
стран СНГ находится в начальной стадии. В большинстве наших вузов и университетов пока нет отдельного курса по этой системе, но спецкурсы по ней уже появились. Довольно часто изучение MATLAB выполняется в рамках курсов по
численным методам вычислений и математическому моделированию. В связи
с этим особенно важным представляется издание самоучителей по системе
MATLAB и пакетам ее расширения, часто охватывающим целые направления
науки и техники.
Данная книга может служить не только самоучителем по расширению
Simulink системы MATLAB и ряду относящихся к нему других расширений, но и
достаточно полным учебным курсом, учебным пособием  и даже справочником по
Simulink. Книга предполагает знакомство пользователя с базовой системой
MATLAB, например в  пределах самоучителя по этой системе (первой книги данной серии). Однако в целом книга носит вполне самостоятельный характер.

Благодарности
и адреса для связи

Автор выражает благодарность представителям корпорации The The MathWorks,
Inc. Courtney Esposito, Naomi Fernandes и Meg Vulliez. Благодаря им подготовка
автором книг по системе MATLAB и ее расширениям уже  многие годы включается в планы поддержки этой корпорацией издания книг по системе MATLAB в разных странах мира и  обеспечивается самыми свежими лицензионными программными средствами с обширной документацией по ним.
Доктору технических наук, профессору Владимиру Круглову и кандидату физикоматематических наук, доценту Роману Кристалинскому автор выражает
признательность за постоянный обмен мнениями и просмотр некоторых материалов этой книги.  Автор благодарит также Генерального директора ЗАО «Смоленский Телепорт» (www.keytown.com) Григория Рухамина за предоставление услуг
Интернета в ходе работы над книгой, что позволило посредством прямой оперативной связи с сайтом фирмы The MathWorks, Inc., быть в курсе обновлений системы MATLAB и использовать самую свежую информацию.
С автором можно связаться по электронной почте (vpdyak@keytown.com). Автор заранее выражает признательность всем читателям, которые готовы сообщить
свое мнение о данной книге и поделиться соображениями по ее улучшению. Кроме электронной почты, замечания можно направлять по следующему адресу:
214000, г. Смоленск, ул. Пржевальского, 4, СГПУ. Вы можете отправлять свои
письма и по адресу издательства, выпустившего книгу.
Связаться с фирмой The MathWorks вы можете, посетив сайт www.

mathworks.com. Ее официальные почтовые реквизиты следующие:
The The MathWorks, Inc.
3 Apple Hill Drive
Natick, MA, 017602098 USA
Tel: 5086477000
Fax: 5086477101
Email: info@The MathWorks.com