matlabでsimulinkを使い始める：モデルの設計

Simulinkとは何ですか？

Simulinkは、ここ数年でアカデミーや業界で最も使用されているエンジニアリングソフトウェアパッケージになりました。 Simulinkは、動的システムのモデリング、シミュレーション、および分析に使用されるMATLABソフトウェアと統合されています。Simulinkは、鉛筆と紙を使用して構築しているようにモデルを構築するためのブロック図としてグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）を提供します。

Simulinkを理解するために、簡単な例を検討できます。

ここで、上記の例では、正弦波ブロックから正弦波を生成し、スコープブロックをダブルクリックしてSimulinkで直接チェックするゲイン係数で増幅しています。

MATLABを初めて使用する場合は、最初にMATLABで使用される用語を学び、LEDの点滅から始めます。

MATLABでSimulinkを起動する方法は？

以下の画像に示すように、MATLABでSimulinkを開くには、MATLABメニューバーから[Simulink]ボタンをクリックするだけです。

それ以外の場合は、コマンドウィンドウを使用してSimulinkを開くことができます。コマンドラインに「simulink」と入力してEnterキーを押すだけです。

Simulink

以下は、Simulinkを開いた後に表示される最初のウィンドウです。

画像でわかるように、テンプレート、空白のモデル、空白のライブラリなど、さまざまなタスクを実行するためのさまざまなオプションがあります。

新しいモデルを設計する必要があるときはいつでも、それをダブルクリックして「 空白モデル」 オプションを選択します。 Simulinkウィンドウ とも呼ばれる空白のモデルウィンドウは、次の画像のようになります。

Simulinkライブラリブラウザー

Simulink Library Browserには、シンク、ソース、コネクター、線形および非線形コンポーネントが含まれています。Simulinkは、方程式をプログラムに定式化する必要がある他の以前のシミュレーションパッケージよりもはるかに優れていますが、Simulinkでは、関数とブロックを選択でき、方程式の変数の値を入力するだけです。

Simulinkライブラリブラウザーを開くには、以下の画像に示すように、Simulinkメニューから[ライブラリブラウザー]ボタンをクリックするだけです。

Simulinkライブラリブラウザーを開くもう1つの方法は、コマンドウィンドウに次のコマンドを入力することです。コマンドでは大文字と小文字が区別されるため、次のように入力するときは注意してください。

slLibraryBrowser

これは、Simulinkライブラリブラウザーの外観であり、シンク、ソース、コネクター、線形および非線形コンポーネントを検索できます。

MATLABSimulinkを使用したデモモデルの実行

Simulinkには、オーディオ、通信、コンピュータービジョン、DSP、リアルタイムなど、さまざまなタイプのシステムのシンプルで高度なモデルがすでに多数含まれています。下の画像をご覧ください。

サンプルまたはデモモデルを実行するには、モデルをダブルクリックするだけで、下の画像に示すように、Simulinkモデルのポップアップウィンドウが表示されます。

モデリング後、統合方法、Simulinkメニュー、またはコマンドウィンドウの選択を使用してモデルをシミュレートできます。最も簡単で便利な方法は、次の画像に示すように、SimulinkメニューからSimulinkの[実行]ボタンを使用して、Simulinkでモデルを実行することです。

必要に応じて、デモモデルを使用または編集することもできます。

デバッガーの起動

Simulink Debuggerは、モデルのバグを特定または診断するためのSimulinkのツールです。デバッガーは、シミュレーションを段階的に確認または実行するのに役立ち、入力、出力、およびブロックの状態も表示します。

デバッガーを開始するには、次の画像に示すように、Simulinkメニューバーのシミュレーションセクションでデバッグモデルをクリックするだけです。

以下のコマンドを入力するだけで、コマンドウィンドウからデバッガーを起動することもできます。

sldebug（ 'モデル名'）

信号増幅器のSimulinkモデルの作成

ステップ1： -SimulinkボタンからSimulinkを起動するか、コマンドウィンドウに 「simulink」 と入力します。

ステップ2：-次の画像に示すように、Simulinkから「 ブランクモデル」を 選択します

ステップ3：-次に、入力を受け取り、それをゲイン係数で増幅する 「信号増幅器モデル」 を構築します。

信号増幅器モデルの場合、正弦波ブロック、ゲインブロック、およびスコープが必要です。

ステップ4：-コマンドウィンドウに 「sl」「LibraryBrowser」 と入力して、ライブラリブラウザを開きます。次に、必要なブロックを選択し、次の画像に示すように、ライブラリブラウザーウィンドウからSimulinkウィンドウにドラッグします。

ステップ5：-すべてのブロックをSimulinkウィンドウに配置した後、以下に示す画像に従ってそれらを接続する必要があります。

ステップ6：-スコープに2つの入力を取得するための設定を変更する必要があるため、スコープをダブルクリックしてから設定に移動し、下の画像に示すように「 入力ポートの数」 を「2」に変更します。

ステップ7：-これで、増幅の場合、それぞれのブロックをダブルクリックして、正弦波の振幅とゲイン係数の値を設定できます。

ステップ8：-これが完了したら、Simulinkメニューにある[RUN]ボタンからSimulinkモデルを実行できます。

Simulinkがモデルをコンパイルするまで待ちます。これはウィンドウの右下隅に表示されます。

ステップ9：-結果を表示するには、スコープをダブルクリックすると、下の画像に示すように、入力波形と増幅された波形の両方が表示されます。

その結果、出力波形を観察すると、3倍に増幅されます。

ステップ10：-これで、モデルを保存して印刷することもできます。Simulinkデザインの拡張子は「.slx」なので、保存中は拡張子に注意してください。通常、自動的に「.slx」拡張子が付けられます。

最後にある「MATLABSimulinkを使用したモデルの作成」のビデオを確認することもできます。

動的制御システムのモデリング

Simulinkは、摩擦、空気抵抗、ギアの滑りなどに関連するさまざまなリアルタイムベースの複雑なシステムを分析するために使用されます。これらのシステムは非常に複雑であり、そのためのモデルを設計することは記事の範囲外です。しかし、動的制御システムをモデル化する方法を学ぶために、MATLAB自体が優れたドキュメントを提供しました。これには、MATLABの 入門 チュートリアルでアクセスできます。[はじめに]を選択した後 、[動的システム の モデル化]に 移動します。

以下の画像に示すように、MATLABのヘルプブラウザにリダイレクトされます。

Simulinkモデルを設計するための完全なプロセスは、以下のビデオに示されています。