4 - Matlab - CapIV - Franco M. Rosa A

CAPIV. SIMULINK
BIOTRONIK - 2011
CAPIV. SIMULINK
IV.1. Simulink
El software de Simulink planea, simula, y analiza sistemas dinámicos. Le permite
proponer una pregunta sobre un sistema, modelarlo, y ver que sucede.
Con Simulink, usted puede construir fácilmente desde el principio, o modificar
modelos existentes para satisfacer sus necesidades. Simulink modela sistemas lineales
y sistemas del nolineales, en tiempo continuo, tiempo discreto, o un híbrido de los
dos. Los sistemas también pueden ser multirate teniendo partes diferentes que se
simulan en tiempos diferentes.
Los miles de científicos e ingenieros alrededor del mundo utilizan Simulink para
modelar y resolver problemas reales en la industria:
Aerospacial y Defensa
Automotor
Comunicaciones
Electrónica y Procesamiento de señales
Instrumentación médica
Con Simulink, usted puede ir más allá de los modelos lineales idealizados y explorar
modelos nolineales más realistas, tomando en cuenta la fricción, resistencia del aire,
desprendimiento, paradas bruscas, y otros fenómenos que describen el mundo real.
Simulink convierte su computadora en un laboratorio para modelar y analizar
sistemas que no serían de alguna otra forma posibles o prácticos.
Simulink proporciona una interfase de usuario gráfica (GUI) para construir modelos
como diagramas del bloque, permitiéndole dibujar modelos de la misma forma que
con lápiz y papel.
Después de definir un modelo, usted puede simularlo y puede usar una opción de
métodos de integración matemática.
Simulink esta íntegramente vinculado al entorno MATLAB. Es necesario ejecutar
MATLAB depende de él definir y evaluar el modelo y parámetros de bloque.
Simulink también puede utilizar muchos rasgos de MATLAB. Por ejemplo, Simulink
puede usar el entorno MATLAB:
 Definir entradas de modelos
 Guardar las salidas del modelo para análisis y visualización.
 Realizar funciones dentro de modelos, a través de llamadas integradas a
operadores y funciones de MATLAB.
Franco M. Rosa Alagón
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IV.2.1. Diseño basado en modelos
El diseño basado en modelos permite el desarrollo de sistemas dinámicos de manera
rápida y eficiente, incluyendo sistemas de control, procesamiento de señales y
sistemas de comunicación.
En el diseño basado en modelos, el modelo del sistema es el punto central del
proceso de desarrollo, desde los requerimientos de diseño, durante el diseño,
implementación y prueba.
El diseño basado en modelos permite mejorar la eficiencia en:
Usar un entorno de desarrollo común en el equipo de diseño
Conectar diseños directamente a sus requerimientos
Integrar pruebas y diseños para identificar y corregir errores continuamente.
Desarrollar y reutilizar entornos de prueba.
IV.2.2. Proceso de diseño
 Definir el sistema. Consiste en definir completamente el sistema. Si modelas
un sistema grande que puede ser dividido en partes, es necesario modelar
cada sub-componente. Luego, después de construir cada subsistema podremos
integrarlo en el modelo completo del sistema.
 Identificar los componentes del sistema. Tres tipos de componentes definen
un sistema.
o Parámetros: Valores que se mantienen constantes hasta que
provocamos un cambio.
o Estados: Variables del sistema que varían en función del tiempo.
o Señales: Valores de entrada y salida que cambian dinámicamente
durante la simulación.
 Modelar el sistema con ecuaciones. El tercer paso consiste en formular
matemáticamente las ecuaciones que definen el sistema.
 Construir el diagrama de bloques de simulink. Una vez definidas las
ecuaciones matemáticas se construyen los componentes por separado para
luego integrarlos en el sistema completo.
 Simular. Después de construir el diagrama de bloques puedes simular el
sistema y analizar los resultados.
Simulink permite definir interactivamente las entradas del sistema, simular el
modelo y observar los cambios en el comportamiento.
 Validar los resultados de la simulación. Finalmente, debes validar que el
modelo representa con precisión las características físicas del sistema.
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IV.3. Simulink Elemental
Antes de abrir Simulink, el entorno MATLAB debe encontrarse en ejecución, para
iniciar Simulink, escribimos simulink en la ventana de comandos o lo invocamos
eligiendo el icono
de la barra de herramientas de MATLAB. Realizada esta
operación, aparecerá una ventana parecida a la mostrada a continuación.
Figura 1. Buscador de Librerías
de Simulink
Es posible abrir modelos de Simulink existentes o crear nuevos, desde el buscador de
librerías.
Para crear un nuevo modelo seleccionamos File > New > Model en el buscador de
librerías, el software abrirá una ventana de modelo vacía.
Figura 2. Ventana
Simulink vacía.
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de
modelo
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Para abrir un modelo existente, seleccionamos File > Open en el buscador de
librerías, luego aparecerá una ventana de dialogo, en la que seleccionaremos el
archivo *.mdl que deseemos.
IV.4. Creación de un modelo Simulink
Ahora describiremos como crear un modelo simple utilizando Simulink y como
simularlo, las técnicas básicas utilizadas en la creación de este modelo son las mismas
utilizadas para modelos mas complejos.
El modelo descrito a continuación integra una señal senoidal y muestra el resultado
sobre la señal original, cuando este completo, el diagrama de bloques deberá lucir así.
Para crear un modelo nuevo, abriremos el entorno Simulink escribiendo simulink en
la ventana de comandos, luego seleccionamos File > New > Model para obtener una
ventana de modelo vacia.
Para construir un modelo, primero copiaremos bloques del buscador de librerías a la
ventana de modelo, para este ejercicio necesitamos los siguientes bloques.
 Sine Wave — Para generar una señal de entrada al modelo.
 Integrator — Para procesar la señal de entrada
 Scope — Para visualizar las señales en el modelo
 Mux — Para multiplexar la señal de entrada y salida del procesador al Scope
Para adherir bloques al modelo:
Seleccionar la librería Sources (Fuentes), ubicar el bloque Sine Wave y arrastrarlo a
la ventana de modelo, se hará una copia de este bloque en nuestro modelo.
Figura 3. Colocación de bloques en nuestro nuevo modelo.
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Realizamos el mismo procedimiento para los demás componentes, seleccionando el
bloque Scope de la librería Sinks, el bloque Integrator de la librería Continuous
finalmente el bloque Mux de la librería Signal Routing.
Ahora nuestro modelo debería tener la siguiente apariencia:
Luego de añadir bloques a la ventana de modelos, debemos conectarlos,
representando el recorrido de las señales del modelo.
Note que cada bloque tiene figuras triangulares en uno o dos lugares, estas figuras
representan los puertos de entrada y salida.
Puerto
de
entrada
Puerto
de Salida
Los bloques en un modelo se conectan trazando líneas entre los puertos de salida y
entrada.
Para trazar una línea entre dos bloques, colocamos el puntero del Mouse sobre el
puerto de salida de un bloque, presionamos el botón derecho, notemos que el
puntero cambia a un signo suma (+), mientras mantenemos presionado el Mouse y
nos ubicamos en su posición final, donde soltamos el botón derecho del Mouse.
Ahora que hemos trazado la primera línea seguimos el procedimiento para el resto
de bloques.
Ahora que nuestro modelo esta completo, deberá lucir algo parecido a la siguiente
figura.
A continuación guardamos el modelo con el nombre MiModelo.mdl
Una vez construido el modelo es posible simularlo, especificando el tipo de solver
que ha utilizar simulink, utilizando la ventana Configuration Parameters.
Para nuestro primer modelo configuraremos la ventana de
Configuración
Parameters como se muestra a continuación.
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Para iniciar la simulación podemos seleccionar el botón
, y el botón
para
detenerla, al hacer doble clic en el Scope, obtendremos los resultados de la
simulación.
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