3.1.3. Измерительные блоки библиотеки Simulink (приемники сигналов Sinks). Настройка осциллографа Scope.

Вызовем подраздел Sinks (приемники сигналов) в окне обозревателя Simulink. В этом подразделе библиотеки Simulink располагаются блоки для измерения и контроля сигналов, а также для наблюдения за ними и регистрации. Наиболее часто используемое измерительное устройство – осциллограф (Scope), который подробно рассматривается в этом разделе.

Цифровой дисплей Display

Пиктограмма цифрового дисплея “Display” и окно настройки его параметров представлены на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Пиктограмма цифрового дисплея “Display” и окно настройки его параметров.

Назначение – отображает значение сигнала (сигналов) на его входе в виде числа.

Параметры блока:

Format – формат отображаемого сигнала. Может принимать следующие значения:

short – 5 цифр с учетом десятичной точки,

long – 15 цифр с десятичной точкой,

short_e – 5 цифр с плавающей точкой и т.д.

Decimation – прореживание (для Decimation равной 2, отображается каждое второе значение сигнала, поступающего на вход).

Floating display – изменяющийся режим. При установленном флажке входной порт отсутствует. Сигнал, подлежащий измерению, выбирается щелчком ЛКМ по линии связи, по которой проходит этот сигнал.

Sample time – время дискретизации (при -1 повторяет время дискретизации предыдущего блока). При выводе интегральных характеристик периодических сигналов, определяемых за их период, удобно задавать время дискретизации равное периоду сигнала. В этом случае промежуточные значения накопляемых вычислений в течение периода сигнала не важны, а вывод конечного результата на экран блока “Display” производится каждый период.

Графопостроитель XY Graph

Пиктограмма графопостроителя “XY Graph”:

Назначение – построение графика, представляющего собой зависимость значений одного сигнала Y (второй нижний вход) в функции другого Х (первый верхний вход).

Параметры блока:

x-min и x-max – минимальное и максимальное значение сигнала по оси X.

y-min и y-max – минимальное и максимальное значение сигнала по оси Y.

Saple time – время (шаг) дискретизации.

Обычно данный блок применяется для построения диаграмм нагрузки или диаграмм движения рабочей точки.

Блок записи в рабочее пространство MATLAB – To Workspaсe

Пиктограмма блока записи “To Workspace” и окно настройки его параметров представлены на рис. 3.5.

Назначение – запись данных, поступающих на вход блока, в рабочее пространство. Под рабочим пространством понимается та часть памяти в компьютере, которая отводится процессором при работе с программой MATLAB, и используется для сохранения ее исходных, текущих и конечных данных.

Параметры блока:

Variable name – имя переменной (идентификатор), под которым она будет записываться в рабочее пространство;

Limit data points to last – предельное количество сохраняемых расчетных точек записываемой переменной (inf – бесконечное число значений);

Decimation – прореживание;

Sample time – шаг дискретизации (при -1 повторяет шаг дискретизации предыдущего блока);

Save format – формат сохранения данных из списка:

Structure – структура (сохраняется в виде структуры с тремя полями: time – время, signals – сигнал, block Name – имя модели и блока, причем поле времени остается не заполненным, т.е. пустым).

Structure with time – представляет собой предыдущую структуру, но со временем (вектор временных шагов моделирования), т.е. поле времени будет заполненным,

Array – массив (при записи одного сигнала составляющие его данные сохраняются в виде вектора-столбца).

Рис. 3.5. Пиктограмма блока записи “To Workspace” и окно настройки его параметров.

Заметим, что в разделе Sinks имеется блок “To File” для записывания в файл данных, которые подаются на его вход. Основное отличие этого блока от предыдущего состоит в том, что сохраненные в виде файла данные могут находиться в памяти и вызываться из нее до момента удаления файла пользователем. В то же время в рабочем пространстве содержимое блока “To Workspace” сохраняется только на время сеанса, т.е. до выхода из программы MATLAB. В окне параметров блока “To File” задаются Filename (имя файла), Variable name (имя переменной), Decimation (децимация) и Sample time (шаг дискретизации) [26].

Осциллограф Scope

Пиктограмма осциллографа:

Назначение – построение временных диаграмм сигналов – осциллограмм.

Дает возможность наблюдения за ходом процессов при моделировании, а также измерение мгновенных значений сигнала.

Окно осциллограммы.

Окно для наблюдения за сигналами (окно осциллограммы) открывается двойным щелчком ЛКМ по пиктограмме “Scope”, что выполняется на любой фазе моделирования (до начала, в процессе и после окончания процесса моделирования). Такое окно с осциллограммой гармонического сигнала показано на рис. 3.6, а.

а) б) в)

Рис. 3.6. Окно осциллографа “Scope” (а), панель инструментов

для его настройки (б) и окно свойств оси Y (в).

Для настройки этого окна используются следующие кнопки панели инструментов (рис. 3.6, б):

1 – Print – печать содержимого окна осциллограмм.

2 – Parameters – вызов окна настройки параметров.

3 – Zoom – увеличение масштаба по обеим осям.

4 – Zoom X-axis – увеличение масштаба по горизонтальной оси.

5 – Zoom Y-axis – увеличение масштаба по вертикальной оси.

6 – Autoscale – автоматическая установка масштаба по обеим осям (кнопка «бинокль»).

7 – Save current axes settings – сохранение текущих настроек окна.

8 – Restore saved axes settings – установка ранее сохраненных настроек окна.

9 – Floating scope – перевод осциллографа в изменяющийся режим.

10 – Lock/Unlock axes selection – закрепить/разорвать связь между текущей координатной системой окна и отображаемым сигналом (при включенном режиме Floating scope).

11 – Signal selection – выбор сигнала для отображения (при включенном режиме Floating scope).

Некоторые кнопки могут быть приведены в действие (нажаты) только при наличии временной диаграммы в поле осциллографа.

Настройка масштаба осциллограммы

Настройка включает следующую совокупность последовательных действий:

- нажать одну из требуемых кнопок Zoom, Zoom X-axis, Zoom Y-axis и щелкнуть ЛКМ в том месте осциллограммы, которое надо увеличить (один щелчок дает увеличение в 2,5 раза, а двойной возвращает к прежнему масштабу);

- нажать одну из кнопок Zoom, Zoom X-axis, Zoom Y-axis и, нажав, не отпуская ЛКМ, получить динамическую рамку (для обеих координат) или динамический отрезок (для одной из координат), и за счет их растягивания (сжатия) выделить область графика для увеличения. Такой выбор масштаба можно повторять несколько раз с большей детализацией кривой;

- щелкнуть ПКМ в окне графика, появится контекстное меню, в котором выбирается команда “Axes properties…” (свойства осей), а затем в появившемся окне “`Scope` properties: axis 1” (рис. 3.6, в) выставляют максимальное и минимальное значения по оси координат Y и, при необходимости, вписывается заголовок осциллограммы (Title). В нижней строчке окна имеются следующие кнопки:

Ok – сохранить вновь введенные параметры и закрыть окно;

Cancel – закрыть окно без сохранения вновь введенных параметров;

Apply – сохранит вновь введенные параметры без закрывания окна.

Настройки координаты Y (рис. 3.6, в) отражены в окне осциллограммы (см. рис. 3.6, а).

Настройка осциллографа

Для настройки осциллографа используется окно задания параметров `Scope` parameters, которое вызывается кнопкой “Parameters” (кнопка 2 на рис.3.6, б). Оно содержит две закладки:

General – общие параметры (рис. 3.7, а);

Data history – параметры сохранения сигнала в рабочем пространстве Workspace системы MATLAB (рис. 3.7, б).

На закладке General в разделе Axes (оси) задаются:

Number of axes – число осей и одновременно число входов осциллографа;

Time range – величина временного интервала, на котором отображается график, т.е. модельное время;

Tick labels – вывод/скрытие осей и меток:

all – надписи для всех осей;

none – без осей и надписей к ним;

bottom axis only – надписи горизонтальной оси только для нижнего графика.

В разделе Sampling (установка параметров вывода графиков в окне) задаются:

- Decimation – прореживание (кратность вывода точек графика);

- Sample time – шаг дискретизации модельного времени (интервал дискретизации при отображении сигнала).

Рис. 3.7. Настройки параметров осциллографа “Scope” в окне с закладками General (a) и Data History (б).

Флаг в окошке floating scope переводит осциллограф в особый изменяющийся режим.

В окне с закладкой Data history осуществляется управление процессом сохранения данных, т.е. задаются следующие параметры:

Limit data points to last – максимальное количество отображаемых расчетных точек графика (по умолчанию устанавливается 5000, но если этот флажок снят, то количество отображаемых точек определяется количеством расчетных значений);

Save data to workspace – сохранить расчетные значения сигналов в рабочем пространстве MATLAB;

Variable name – имя переменной для сохранения сигналов в рабочем пространстве;

Format – формат данных для сохранения сигналов в рабочем пространстве, выбираемый в одном из следующих видов (см. выше описание блока To Workspace):

Structure with time – структура (массив записей) с дополнительным полем времени;

Structure – структура (массив записей);

Array – массив.

Поле окна осциллограммы всегда окрашено в черный цвет, который является неудобным. Изменять различные параметры окна осциллограмм можно с помощью следующих команд, набираемых в командной строке MATLAB [26]:

>> set(0, 'ShowHiddenHandles', 'On')

>> set(gcf, 'menubar', 'figure')

После выполнения этих команд в верхней строке окна осциллограмм появляется дополнительная строка с названиями меню: File, Edit, View, Insert, Tools, Window, Help. С помощью меню “Edit \ Axes Properties…” можно вызвать окно редактора Property Editor, который позволяет изменять свойства осей (axes) и графиков (line).

Изменяющийся осциллограф Floating Scope

Пиктограмма “изменяющегося” осциллографа:

Назначение – построение временных диаграмм сигналов (осциллограмм).

Дает возможность наблюдать за ходом процессов при моделировании, а также измерять мгновенные значения сигнала, применяется для вывода произвольно назначенных сигналов.

В специальном режиме осциллограф используется без указания входов, выбор сигналов при этом выполняется с помощью кнопки Signal selection на панели инструментов окна осциллограммы, которое открывается двойным щелчком ЛКМ по пиктограмме осциллографа. Для того чтобы выбрать наблюдаемые сигналы, выполняются следующие действия:

- открыть окно осциллограммы;

- щелкнуть ЛКМ по полю осциллограммы (по периметру появится рамка синего цвета);

- с помощью кнопки открыть окноSignal selection;

- в окне отметить флажками имена блоков, сигналы которых подлежат наблюдению;

- запустить модель.