Simulink

Hauptmerkmale

  • Grafikeditor für das Erstellen und Verwalten von hierarchischen Blockdiagrammen
  • Bibliotheken mit vordefinierten Blöcken für die Modellierung von zeitkontinuierlichen und zeitdiskreten Systemen
  • Simulations-Engine mit ODE-Solvern mit fester und variabler Schrittweite
  • Scopes und Datendisplays für die Anzeige von Simulationsergebnissen
  • Projekt- und Datenverwaltungswerkzeuge für die Verwaltung von Modelldateien und -daten
  • Modellanalysewerkzeuge für die Verfeinerung der Modellarchitektur und die Steigerung der Simulationsgeschwindigkeit
  • MATLAB-Funktionsblock für das Importieren von MATLAB-Algorithmen in Modelle
  • Legacy Code-Werkzeug für das Importieren von C- und C++-Code in Modelle

Modelle erstellen

Simulink® enthält eine Reihe von vordefinierten Blöcken, die Sie kombinieren können, um ein detailliertes Blockdiagramm Ihres Systems zu erstellen. Werkzeuge für hierarchisches Modellieren, Dateiverwaltung und Anpassung von Subsystemen erlauben Ihnen, auch hochkomplexe Systeme präzise und aussagekräftig abzubilden.

Blöcke auswählen

Der Simulink Library Browser enthält eine Blockbibliothek mit Elementen, die häufig für die Systemmodellierung verwendet werden.  Dazu gehören:

  • Kontinuierliche und diskrete dynamische Blöcke, wie z. B. „Integration“ und „Unit Delay“
  • Algorithmische Blöcke, wie z. B. „Sum“, „Product“ und „Lookup Table“
  • Strukturelle Blöcke wie „Mux“, „Switch“ und „Bus Selector“

Sie können benutzerdefinierte Funktionen erstellen, indem Sie diese Blöcke verwenden oder indem Sie manuell geschriebenen, in MATLAB®, C, Fortran oder Ada programmierten Code in Ihr Modell einbeziehen.

Sie können Ihre benutzerdefinierten Blöcke in eigens dafür erstellen Bibliotheken im Simulink Library Browser speichern.

Mit Add-On-Produkten für Simulink können Sie speziell angelegte Komponenten für Luft- und Raumfahrt, Kommunikationslösungen, PID-Steuerung, Steuerungslogik, Signalverarbeitung, Video- und Bildverarbeitung und andere Anwendungen in Ihre Simulationsumgebung integrieren. Add-On-Produkte stehen auch für die Modellierung von physikalischen Systemen mit mechanischen, elektrischen und hydraulischen Komponenten zur Verfügung.

Der Simulink Library Browser.
Vergrößern Der Simulink Library Browser.

Integration von MATLAB-Algorithmen in ein Simulink-Modell 2:04
Verwenden Sie den MATLAB® Function-Block, um MATLAB-Code in einem Simulink®-Modell zu integrieren.

Modelle erstellen und bearbeiten

Sie können ein Modell erstellen, indem Sie Blöcke aus dem Simulink Library Browser in den Simulink Editor ziehen.  Anschließend werden diese Blöcke mit Signalleitungen verbunden, um die mathematischen Beziehungen zwischen Systemkomponenten festzulegen.  Grafische Formatierungswerkzeuge wie z. B. die intelligente Positionierungshilfe mit Führungslinien und die intelligente Führung von Signalleitungen unterstützen Sie dabei, das Layout Ihres Modells direkt während der Erstellung übersichtlich zu gestallten.  Sie können Hierarchien hinzufügen, indem Sie eine Blockgruppe samt Signalleitungen als Subsystem in einem einzigen Block zusammenfassen.

Im Simulink Editor können Sie genau festlegen, welche Modellkomponenten sichtbar und und somit zugänglich sein sollen.  Sie können z. B. dem Editor und den Kontextmenüs Befehle und Untermenüs hinzufügen.  Sie können auch einem Subsystem oder einem Modell eine benutzerdefinierte Schnittstelle hinzufügen, indem Sie ein Maske verwenden, die den Inhalt des Subsystems ausblendet und das Subsystem mit einem eigens dafür erstellen Symbol und Parameterdialogfeld ausstattet.

Erste Schritte mit Simulink 3:20
Erstellen und simulieren Sie ein Modell.

Erstellung und Maskierung von Subsystemen 3:09
Erstellen Sie die Hierarchie und modularisieren das Systemverhalten mithilfe von Subsystemen.

Navigieren durch die Modellhierarchie

Die Explorer-Leiste und der Model Browser in Simulink unterstützen Sie dabei, durch Ihr Modell zu navigieren. Die Explorer-Leiste stellt die Hierarchiestufe dar, die der Editor gerade anzeigt und Sie können sich innerhalb der Hierarchie nach oben und nach unten bewegen. Der Model Browser zeigt eine vollständige, hierarische Strukturansicht Ihres Modells an, und kann ebenso wie die Explorer-Leiste dazu verwendet werden, zwischen einzelnen Hierarchiestufen zu wechseln.

Navigieren in hierarchisch aufgebauten Modellen 1:46
Verwendung der Explorer-Leiste, der Fenster mit Registerkarten und des Model Browsers zur Navigation eines hierarchischen Modells.

Signale und Parameter verwalten

Simulink-Modelle können sowohl Signale als auch Parameter enthalten. Signale sind zeitabhängige Daten, die durch die Linien zwischen den Blöcken weitergeleitet werden. Parameter sind Koeffizienten, die die Dynamik und das Verhalten des Systems definieren.

Mithilfe von Simulink können Sie folgenden Signal- und Parametereigenschaften definieren:

  • Datentypen: single, double, signed oder unsigned,  – 8-, 16- oder 32-Bit-Integer, Boolean, enumeration oder Fixed Point. Dimensionen – Skalar, Vektor, Matrix, N-D oder Arrays mit variabler Größe
  • Komplexitätreale oder komplexe Werte
  • Minimaler und maximaler Wertebereich, Anfangswerte und physikalische  Einheiten

Wenn Sie keine Eigenschaften festlegen wollen, definiert Simulink diese automatisch mithilfe von Propagations-Algorithmen und führt eine Konsistenzprüfung durch, um die Datenintegrität zu gewährleisten.

Diese Signal- und Parameterattribute können entweder im Modell oder in einem separaten „Data Dictionary“ definiert werden. Mit dem Model Explorer können Sie Daten organisieren, anzeigen, bearbeiten und hinzufügen – das Navigieren durch das gesamte Modell ist nicht notwendig.

Dialogfeld „Block“ mit Registerkarte „Signal Attributes“.
Vergrößern Dialogfeld „Block“ mit Registerkarte „Signal Attributes“.
Der Simulink Model Explorer.
Vergrößern Der Simulink Model Explorer.

Modelle simulieren

Sie können das dynamische Verhalten von Ihrem System simulieren und die Ergebnisse anzeigen, während die Simulation ausgeführt wird. Um sicherzustellen, dass die Simulation schnell und genau verläuft, verwendet Simulink ODE-Solver mit fester und variabler Schrittweite, einen grafischen Debugger und einen Modellprofiler.

Auswählen eines Solvers

Solver sind Algorithmen für die numerische Integration, die den zeitlichen Verlauf der Dynamik eines Systems anhand der im Modell hinterlegten Gleichungen berechnen. Simulink enthält Solver, mit denen sich die verschiedensten zeitkontinuierlichen (analogen) und zeitdiskreten (digitalen) Systeme sowie Systeme mit gemischten Signalen (Hybridsysteme) und verschiedenen Abtastraten (Multiratensysteme) simulieren lassen.

Diese Solver können steife Systeme und Systeme mit Unstetigkeiten simulieren. Sie können die Simulationsoptionen festlegen, einschließlich des Solver-Typs und dessen Eigenschaften, die Start- und Endzeiten der Simulation definieren und ob Simulationsdaten geladen oder gespeichert werden sollen. Sie können auch die Eintellungen in Bezug auf Optimierung und Diagnose festlegen. Verschiedene Kombinationen der Einstellungen und Optionen können im Modell gespeichert werden.

Dialogfeld „Configuration Parameters“ mit Bereich „Solver“.
Vergrößern Dialogfeld „Configuration Parameters“ mit Bereich „Solver“.

Ausführen der Simulation

Sie können Ihre Simulation interaktiv im Simulink Editor oder programmatisch von der MATLAB-Befehlszeile ausführen.  Die folgenden Simulationsmodi stehen zur Verfügung:

  • Normal (Standard): Ihr Modell wird interpretiert simuliert
  • „Accelerator“: steigert die Leistungsfähigkeit der Simulation, indem kompilierter Zielcode erstellt und ausgeführt wird, ist jedoch immer noch so flexibel, dass Modellparameter auch während der Simulation geändert werden können
  • „Rapid Accelerator“: ist schneller als der Accelerator-Modus, da von Simulink unabhängig ausführbarer Code erzeugt wird, der beispielsweise auf einem zweiten Prozessorkern ausgeführt werden kann

Um die Zeit für das Ausführen mehrerer Simulationen zu verkürzen, können Sie diese Simulationen parallel zueinander auf einem Multi-Core-Computer oder auf einem Computercluster ausführen.

Einführung in das parallele Ausführen mehrerer Simulink-Simulationen 2:29
Verwenden Sie parfor, um mehrere Simulationsabläufe zu beschleunigen.

Simulationsergebnisse analysieren

Nach dem Ausführen einer Simulation können Sie die Simulationsergebnisse in MATLAB und Simulink analysieren. Simulink enthält Debugging-Werkzeuge, die Sie dabei unterstützen, das Simulationsverhalten zu verstehen.

Anzeigen von Simulationsergebnissen

Zur Visualisierung der Vorgänge in Ihrem System können Sie die Signale in den Anzeige- und Scope-Blöcken von Simulink darstellen lassen. Alternativ hierzu können Sie auch Simulationsdaten im Simulation Data Inspector überprüfen, wo Sie mehrere Signale aus verschiedenen Simulationsläufen vergleichen können.

Alternativ dazu können Sie mithilfe von MATLAB benutzerdefinierte HMI-Anzeigen erstellen oder Signale im MATLAB-Workspace aufzeichnen, um die Daten mithilfe der MATLAB-Algorithmen und Visualisierungswerkzeuge anzuzeigen und zu analysieren.

Visualisierung von Simulationsergebnissen 2:51
Visualisieren Sie die Simulationsergebnisse mit Scopes und Viewern.

Debuggen der Simulation

Simulink unterstützt das Debuggen mithilfe des Simulation Stepper, mit dem Sie sich in Ihrer Simulation vor- und zurückbewegen und Scopedaten anzeigen können oder überprüfen können, wie und wann sich der Systemzustand ändert.

Mit dem Simulink-Debugger können Sie Ihre Simulation Schritt für Schritt, Methode für Methode überprüfen und die Ergebnisse beim Ausführen der jeweiligen Methode analysieren. Wenn die Simulation für das Modell ausgeführt wird, können Sie Informationen über Blockzustand, Blockeingaben und -ausgaben und Ausführung der Blockmethode im Simulink Editor anzeigen.

Zurückspulen einer Simulation 1:29
Rücklauf und Vorlauf in Ihrer Simulation zur Analyse des Systemverhaltens.

Projekte verwalten

Simulink umfasst Werkzeuge, mit denen Sie projektbezogene Dateien, Komponenten und große Datenmengen verwalten können.

Verwalten von projektbezogenen Dateien

Simulink Projects ist ein interaktives Werkzeug für das Verwalten von Projektdateien und für die Anbindung an Versionsverwaltungssysteme. Das Werkzeug Simulink Projects ermöglicht die teamübergreifende Zusammenarbeit und stellt dazu die folgenden Funktionen bereit:

  • Suchen aller projektbezogenen Dateien
  • Erstellen von Verknüpfungen für häufig verwendete Vorgänge und für das Initialisieren und Schließen von Projekten
  • Kennzeichnen von bearbeiteten Dateien für die Prüfung durch Kollegen
  • Paralleles Arbeiten mehrerer Anwender an  ein und denselben Projekten mithilfe von Apache Subversion® (SVN), einer externen Versionsverwaltungssoftware

Simulink Projects ermöglich die Anbindung an Werkzeuge für die Versionsverwaltung, für das Software-Konfigurationsmanagement (SCM, Software Configuration Management), für das Produktlebenszyklusmanagement-(PLM, Product Lifecycle Management) sowie für die Anwendungsmanagement (ALM, Application Lifecycle Management). Sie können einen benutzerdefinierten Programmierschnittstelle (API) für Versionsverwaltungssysteme von Drittanbietern erstellen, indem Sie das Simulink Projects Source Control SDK verwenden.

Zusammenarbeit im Team mit Simulink Projects 1:14
Überblick über die Team-Kollaboration mit Simulink Projects

Erstellen von Design-Komponenten

Simulink ermöglicht die komponentenbasierte Modellierung und den modularen Aufbau Ihrer Modelle. Ihr Modell lässt sich außerdem in Design-Komponenten segmentieren, die unabhängig voneinander modelliert, simuliert und verifiziert werden können. Sie können Komponenten entweder als Subsysteme in einer eigenen Bibliothek speichern oder Komponenten mithilfe von Modellreferenzierung als separate Modelle speichern. Einzelne Teammitglieder können diese Komponenten gleichzeitig bearbeiten.

Sie können einzelne Entwurfsvarianten im selben Modell verwalten, indem Sie „Model Variants“ und „Variant Subsystems“ verwenden. Diese Möglichkeit erleichtert die Erstellung und Verwaltung von Entwürfen, die auf gleiche Komponenten zugreifen, da ein Modell mehrere Entwurfs-Varianten beinhalten kann.

Modulares Design mit Model Referencing 2:49
Entdecken Sie die Möglichkeiten von Model Referencing für das Komponenten-basierte Modellieren

Verwenden von Variantensubsystemen 3:38
Mithilfe von Variantensubsystemen zwischen Entwürfen umschalten.

Verwalten von großen Datenmengen

In Simulink stehen Bussignale zur Verfügung, um große Signaldatenmengen in Ihrem Modell zu verwalten. Mithilfe von Bussignalen können Sie mehrere Signale in einem Objekt konsolidieren, was die Verbindung dieser Signale mit einem anderen Block vereinfacht. Sie können auch ein Bus-Array definieren, mit dem Sie eine Gruppe von Busobjekten innerhalb eines Pakets verwalten können.

Der Model Explorer ist ein Dictionary-Werkzeug für grafische Daten, mit dem Sie die Daten in Ihren Simulink-Modellen organisieren, anzeigen, bearbeiten und hinzufügen können. Im Model Explorer können Sie:

  • die Schnittstelle anpassen, damit nur die Daten und Eigenschaften angezeigt werden, die für Sie relevant sind,
  • die Datenreichweite steuern, um festzulegen, welche Komponenten auf diese Daten zugreifen sollen.

Verbindung zu Hardware aufbauen

Sie können Ihr Simulink-Modell mit Hardware verbinden, um Rapid Prototyping, Hardware-in-the-loop (HIL)-Simulation und die Bereitstellung auf einem Embedded System zu ermöglichen.

Ausführung von Simulationen auf Hardware

Simulink bietet integrierte Unterstützung für Prototyping, Testen und Ausführen von Modellen auf kostengünstiger Zielhardware, darunter Arduino®, LEGO® MINDSTORMS® NXT, PandaBoard und BeagleBoard. Sie können in Simulink Algorithmen für Regelungssysteme, Robotik, Audioverarbeitung und Anwendungen für maschinelles Sehen entwerfen und prüfen, wie diese in Echtzeit funktionieren.

Mithilfe von Real-Time Windows Target können Sie Simulink-Modelle in Echtzeit auf Microsoft® Windows®-PCs ausführen und eine Verbindung zu einer Vielzahl von I/O Boards herstellen, um ein Echtzeitsystem zu erstellen und zu steuern.  Um Ihr Modell in Echtzeit auf einem Zielcomputer auszuführen, können Sie xPC Target  für HIL-Simulationen, Rapid Control Prototyping und andere Echtzeit-Testanwendungen einsetzen.  Siehe xPC Target Turnkey, um Näheres über die verfügbare Hardware für Zielcomputer zu erfahren.

Einführung in die Hardware-Unterstützung von Simulink 1:55
Simulink unterstützt direkt das Prototyping, Testen und die Ausführung von Modellen auf kostengünstigen Single-Board Computern wie Arduino, LEGO MINDSTORMS und Raspberry Pi.

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MATLAB and Simulink resources for Arduino, LEGO, and Raspberry Pi

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Codegenerierung

Simulink-Modelle können für die Codegenerierung konfiguriert und vorbereitet werden. Wenn Sie Simulink in Kombination mit Add-On-Produkten für die Codegenerierung verwenden, können Sie Code in C und C++, HDL oder PLC direkt aus Ihrem Modell heraus generieren.

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