سیمولینک (SIMULINK) یک محیط از نرم‌افزار متلب (MATLAB) برای مدل‌سازی، شبیه‌سازی و تحلیل انواع مختلف سیستم است. در این محیط می‌توان سیستم‌های خطی، غیرخطی، پیوسته و یا گسسته در زمان را به سادگی با استفاده از رابط گرافیکی مدل و سپس شبیه‌سازی کرد. در محیط سیمولینک توابع و عملگرهای مختلفی به صورت بلوک وجود دارد که کار با آن را بسیار ساده می‌کند. در لرنیکس آموزش رایگان سیمولینک در اختیار شما قرار خواهد گرفت.

مزایای استفاده از محیط سیمولینک (SIMULINK)

  - مدل‌سازی سیستم‌های مختلف با استفاده از محیط گرافیکی
  - استفاده از ساختار دیاگرام بلوکی (Block Diagram) برای مدل‌سازی
  - وجود توابع و عملگرهای مختلف به صورت بلوک برای ایجاد دیاگرام بلوکی
  - قابلیت تعریف بلوک‌های اختصاصی و استفاده آن در مدل
  - قابلیت شبیه‌سازی مدل‌ها هم از طریق محیط سیمولینک و هم از طریق پنجره Command Window
  - وجود بلوک‌های متنوع برای دیدن نتایج و رسم نمودار
  - امکان تغییر آسان پارامترهای شبیه‌سازی
  - امکان انتقال داده و نتایج از محیط سیمولینک به Workspace
  - امکان ویرایش و شبیه‌سازی مدل از طریق Command Window

ایجاد مدل در محیط سیمولینک

برای ورود به محیط سیمولینک ابتدا باید نرم‌افزار متلب (MATLAB) اجرا شود. یکی از روش‌های دسترسی به محیط سیمولینک، استفاده از آیکون "کتابخانه سیمولینک (Simulink Library)" است. این آیکون در نوار بالای نرم‌افزار متلب و در زبانه Home مطابق شکل 1 قابل مشاهده است.

شکل 1 – آیکون Simulink Library در محیط نرم‌افزار متلب

روش دیگر ورود به محیط سیمولینک، اجرای فرمان simulink در پنجره Command Window است.

همچنین درصورتی که فایل مدل موجود باشد و پسوند مناسبی مانند .slx داشته باشد، می‌توان با موس آن را گرفت و در پنجره Command Window رها کرد، به عبارت دیگر با درگ و دراپ (Drag & Drop) کردن فایل مدل‌ در پنجره Command Window می‌توان مدل را در محیط سیمولینک مشاهده کرد.

پس از اجرای هر یک از روش‌های گفته شده، پنجره "Simulink Library Browser" مطابق شکل 2 باز می‌شود. همانطور که مشاهده می‌شود، در سمت چپ پنجره Simulink Library Browser کتابخانه سیمولینک قرار دارد که بلوک‌های مختلف با توجه به کاربرد تفکیک شده‌اند. بلوک‌های عمومی و اصلی برای مدل‌سازی در شاخه Simulink قرار دارند که در ادامه به توضیح آن پرداخته می‌شود. لازم به ذکر است محیط سیمولینک در نسخه‌های مختلف می‌تواند کمی تفاوت داشته باشد.

شکل 2 – پنجره Simulink Library Browser

برای ایجاد مدل جدید می‌توان روی آیکون "New model" که در شکل 2 با رنگ نارنجی مشخص شده‌است، کلیک کرد. همچنین برای ایجاد مدل جدید می‌توان از منوی File که با رنگ سبز مشخص شده‌است، گزینه New و سپس Model را انتخاب کرد و یا از دکمه‌های ترکیبی Ctrl+N استفاده نمود. پس از اجرای هر یک از این روش‌ها، پنجره جدیدی مطابق شکل 3 برای ایجاد مدل باز می‌شود.

شکل 3 – محیط سیمولینک برای ایجاد مدل جدید

همانطور که در شکل 3 مشاهده می‌شود، یک فضای سفید رنگ خالی برای ایجاد مدل جدید وجود دارد. حال میبایست با استفاده از بلوک‌های مختلف مدل مورد نظر را ایجاد کرد. به عنوان مثال، فرض کنید می‌خواهیم مدلی به صورت شکل 4 ایجاد نماییم.

شکل 4 – مدل ایجاد شده در محیط سیمولینک

برای اضافه کردن بلوک، می‌توان بلوک‌ها را از پنجره کتابخانه با موس کشید و روی پنجره مدل رها کرد. همچنین می‌توان روی بلوک کلیک راست کرده و گزینه Add to ModelName را انتخاب کرد یا از دکمه‌های ترکیبی Ctrl+I استفاده نمود. در مدل شکل 4، شش بلوک وجود دارد. زیر هر بلوک نام اصلی آن بلوک درج شده‌است و با کلیک روی نام هر بلوک، می‌توان آن را ویرایش کرد. هر بلوک با توجه به ماهیت و عملکردی که دارد می‌تواند ورودی، خروجی و یا هر دو را به تعداد مختلف داشته باشد. با نگه داشتن کلید چپ موس از خروجی یک بلوک به ورودی بلوک دیگر، می‌توان اتصال مورد نظر را مطابق شکل 5 ایجاد کرد. همچنین با کلید بر روی خط اتصال و زدن دکمه Delete اتصال مورد نظر حذف می‌شود. بلوک‌ها و خطوط اتصال را می‌‎توان با موس گرفت و جابجا کرد. وقتی بلوک‌ها به صورت افقی و یا عمودی هم‌تراز می‌شوند، یک خط آبی ظاهر می‌شود که به کمک ان می‌توان بلوک‌ها را در یک سطر یا ستون قرار داد. توصیه می‌شود تا حد امکان خطوط اتصال یکدیگر را قطع نکنند و بلوک‌ها منظم قرار داده شوند تا فهم مدل آسان‌تر شود.

شکل 5 – اتصال بلوک‌ها در محیط سیمولینک

بلوک سمت چپ که Sine Wave نام دارد یک منبع تولید کننده موج سینوسی است. این بلوک، از پنجره کتابخانه سیمولینک، از شاخه Simulink و از زیرشاخه Sources قابل دست‌یابی است. با توجه به اینکه بلوک Sine Wave یک منبع تولید کننده موج سینوسی است، تنها یک خروجی دارد. بلوک Gain یک ضریب است که در سیگنال ورودی ضرب شده و خروجی را تولید می‌کند. این بلوک از شاخه Simulink و از زیرشاخه Math Operation قابل دست‌یابی است. دو بلوک Integrator و Derivative به ترتیب از سیگنال ورودی انتگرال و مشتق می‌گیرند. این دو بلوک در زیرشاخه Continuous قرار دارند. بلوک Mux که قبل از بلوک Scope قرار دارد، سیگنال‌های ورودی را کنار هم قرار داده و یک سیگنال خروجی تولید می‌کند. این بلوک در زیرشاخه Signal Routing قرار دارد. سیگنال خروجی از بلوک Mux، وارد بلوک Scope می‌شود. با دبل کلیک روی بلوک Scope می‌توان نمودار سیگنال ورودی را برحسب زمان مشاهده کرد. بلوک Scope در زیرشاخه Sinks قرار دارد.

پارامترهای هر بلوک را می‌توان متناسب با نیاز تغییر داد. برای مشاهده و ویرایش پارامترهای هر بلوک تنها کافی است روی آن‌ها دبل کلیک کرده تا پنجره پارامترها باز شود. به عنوان مثال بلوک Mux به صورت پیش‌فرض دو ورودی دارد، در پنجره پارامترهای بلوک Mux می‌توان تعداد ورودی را تغییر داد (شکل 6)؛ همچنین می‌توان مقدار ضریب Gain را ویرایش کرد یا با اضافه کردن اختلاف فاز، منبع موج سینوسی را به منبع موج کسینوسی تبدیل کرد یا اندازه دامنه آن را تغییر داد.

شکل 6 – پنجره پارامترهای بلوک Mux

شبیه‌سازی مدل سیمولینک

پس از ایجاد مدل، زمان شبیه‌سازی آن فرا می‌رسد. مطابق شکل 7، در نوار بالای پنجره می‌توان مدت زمان شبیه‌سازی را تعیین کرد. این ناحیه با کادر نارنجی رنگ مشخص شده است. به صورت پیش‌فرض مدت زمان شبیه‌سازی 10 ثانیه است. برای اجرای شبیه‌سازی کافی است دکمه Run که با کادر سبز رنگ مشخص شده است کلیک شود. در این نوار امکانات دیگری نیز وجود دارد که می‌توان از آن استفاده نمود.

شکل 7 – شبیه‌سازی مدل سیمولینک

پس از اجرای شبیه‌سازی، با دبل کلیک روی بلوک Scope می‌توان نتایج را مطابق شکل 8 مشاهده کرد.

شکل 8 – نتایج اجرای شبیه‌سازی در بلوک Scope

همانطور که در شکل 8 مشاهده می‌شود، سه نمودار رسم شده است. نمودار سبز تابع سینوس است که دامنه آن سه برابر شده است؛ نمودار بنفش انتگرال تابع سینوس و نمودار آبی مشتق این تابع را نمایش می‌دهد که در برحسب زمان در 10 ثانیه رسم شده‌است. با استفاده از تنظیمان بلوک Scope، می‌توان هر نمودار را در یک شکل مستقل ترسیم کرد و یا رنگ پس‌زمینه و نمودار را تغییر داد.

در انتها با انتخاب یکی از گزینه‌های Save و یا Save As… از منوی File می‌توان مدل ایجاد شده را ذخیره کرد. به صورت پیش‌فرض نام مدل untitled است. درصورتی که مدل ذخیره نشده باشد، یک ستاره کنار نام مدل در عنوان پنجره وجود خواهد داشت تا این مساله را یادآوری نماید.

با توجه به مطالب ارائه شده در این آموزش، می‌توان مدل هر سیستمی را در محیط سیمولینک ایجاد و شبیه‌سازی کرد؛ تنها کافیست با کمی تمرین، شناخت مناسبی به بلوک‌های مختلف پیدا کرد.