بلوک‌ها و خطوط در سیمولینک: زبان بصری شبیه‌سازی
سیمولینک، نرم‌افزاری قدرتمند از خانواده متلب، به مدد محیط بصری و رابط کاربری مبتنی بر بلوک، ابزاری کارآمد برای شبیه‌سازی و مدل‌سازی سیستم‌های مختلف در حوزه‌های گوناگون از جمله مهندسی، علوم پایه و مدیریت ارائه می‌دهد. در این راستا، درک صحیح مفاهیم بنیادی بلوک‌ها و خطوط به عنوان ارکان اصلی این محیط، نقشی کلیدی در فرایند شبیه‌سازی ایفا می‌کند.
بلوک‌ها: اجزای سازنده مدل
بلوک‌ها در سیمولینک، واحدهای پایه برای نمایش اجزای مختلف یک سیستم شبیه‌سازی شده هستند. هر بلوک وظیفه‌ای خاص را بر عهده داشته و با نمادگرافیکی منحصر به فردی نشان داده می‌شود. تنوع گسترده‌ای از بلوک‌ها در کتابخانه‌های سیمولینک موجود است که به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:
- بلوک‌های پایه: این بلوک‌ها، مفاهیم ریاضی بنیادی مانند جمع، تفریق، انتگرال و مشتق را در قالب بلوک‌های مجزا ارائه می‌کنند.
- بلوک‌های تخصصی: این دسته از بلوک‌ها، اجزای خاص سیستم‌های مختلف مانند موتور، سنسور، کنترلر و فیلتر را مدل‌سازی می‌کنند.
هر بلوک دارای مجموعه‌ای از پورت ورودی و خروجی است که تبادل اطلاعات بین بلوک‌ها را امکان‌پذیر می‌سازد. نوع داده و سیگنال‌هایی که از طریق این پورت‌ها منتقل می‌شوند، توسط کاربر تعریف شده و نقش مهمی در عملکرد صحیح مدل ایفا می‌کنند.
خطوط: اتصالات بین بلوک‌ها
خطوط در سیمولینک، وظیفه اتصال بلوک‌ها به یکدیگر و برقراری جریان سیگنال بین آنها را بر عهده دارند. هر خط به دو بلوک متصل شده و جهت انتقال سیگنال را مشخص می‌کند. خطوط دارای رنگ‌های مختلفی هستند که به تمایز بین انواع سیگنال‌ها مانند ولتاژ، جریان و سیگنال‌های دیجیتال کمک می‌کند.
علاوه بر اتصالات ساده بین بلوک‌ها، سیمولینک امکانات پیشرفته‌تری برای مدیریت جریان سیگنال‌ها ارائه می‌دهد. از جمله این امکانات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- تقسیم‌کننده‌ها: سیگنال را به چند شاخه تقسیم می‌کنند.
- چندگانه‌ها: سیگنال را به چند بلوک مجزا ارسال می‌کنند.
- بلوک‌های شرطی: مسیر جریان سیگنال را بر اساس شرایط مشخص شده، تغییر می‌دهند.
دسته‌بندی بلوک‌ها و خطوط
بلوک‌ها و خطوط در سیمولینک بر اساس دسته‌بندی‌های مختلفی سازماندهی می‌شوند که به کاربران در یافتن بلوک‌ها و خطوط مورد نیازشان کمک می‌کند. این دسته‌بندی‌ها شامل موارد زیر هستند:
- کتابخانه‌ها: بلوک‌ها و خطوط بر اساس حوزه‌های کاربردی مانند دینامیک سیستم، کنترل، پردازش سیگنال و … در کتابخانه‌های مجزا دسته‌بندی می‌شوند.
- نوع بلوک: بلوک‌ها بر اساس نوع عملکردشان مانند بلوک‌های ریاضی، بلوک‌های سیستمی و … دسته‌بندی می‌شوند.
- نوع سیگنال: خطوط بر اساس نوع سیگنالی که منتقل می‌کنند مانند خطوط ولتاژ، خطوط جریان و … دسته‌بندی می‌شوند.
جمع‌بندی
بلوک‌ها و خطوط، به عنوان ارکان اصلی محیط بصری سیمولینک، ابزاری قدرتمند برای مدل‌سازی و شبیه‌سازی سیستم‌های مختلف ارائه می‌کنند. درک صحیح مفاهیم و عملکرد این اجزا، کلید موفقیت در استفاده از این نرم‌افزار و دستیابی به نتایج دقیق و قابل اتکا در شبیه‌سازی‌ها خواهد بود.
در پست قبلی یک توضیح کلی در مورد سیمولینک داده شد و تا حدودی با کلیات کار با سیمولینک آشنا شدید تا به اینجا رسیدیم که سیمولینک برای مدل‌سازی از بلوک‌ها و خطوط استفاده می‌کند.
بلوک‌ها در سیمولینک
بلوک‌هایی که در کتابخانه سیمولینک قرار دارند چند دسته‌اند شامل:
- منابع (Sources): که برای تولید سیگنال‌های مختلف استفاده می‌شوند.
- سینک‌ها (Sinks): که برای نمایش سیگنال‌ها یا خروجی داده‌ها استفاده می‌شوند.
- پیوسته (Continuous): عناصر سیستم‌های زمان پیوسته (تابع‌های انتقالی، مدل‌های state-space، کنترل‌کننده‌های PID و غیره.
- گسسته (Discrete): عناصر سیستم‌های خطی یا سیستم‌های زمان گسسته (تابع‌های انتقالی گسسته، مدل‌های state-space گسسته و غیره)
- عملیات ریاضی (Math Operations): این بلوک‌ها شامل تعداد زیادی از عملیات ریاضی متداول هستند (سود، جمع، محصول، قدر مطلق و غیره)
- پورت‌ها و زیرسیستم‌ها (Ports & Subsystems): شامل بلوک‌های مفیدی که برای ساختن یک سیستم لازم‌اند.
پایانه‌های ورودی بلااستفاده هر بلوک را با یک مثلث باز به شکل < و پایانه‌های خروجی بلااستفاده بلوک‌ها را با یک مثلث کامل کوچک نشان می‌دهند.
خطوط در سیمولینک
از خطوط برای انتقال سیگنال‌ها در مسیر مشخص‌شده استفاده می‌شود و با علامت یک پیکان مانند → نشان داده می‌شوند.
انتقال سیگنال همیشه از پایانه خروجی یک بلوک به پایانه ورودی یک بلوک دیگر انجام می‌شود؛ بنابراین ابتدای پیکان باید به پایانه خروجی و نوک تیز آن باید به پایانه ورودی یک بلوک متصل باشند.
یک مدل خط دیگر نیز وجود دارد که از وسط یک خط شروع می‌شود و سیگنال بین دو بلوک را به دو قسمت تقسیم می‌کند. توجه داشته باشید که عکس این مسئله امکان‌پذیر نیست؛ یعنی نباید نوک تیز پیکان به یک خط دیگر برسد و همواره ابتدای پیکان از یک خط می‌تواند شروع شود و به یک سیگنال برسد.
سیگنال‌ها در سیمولینک
سیگنال‌ها می‌توانند به‌صورت عددی باشند و یا برداری.
سیگنال‌های عددی معمولاً برای سیستم‌های سیگنال ورودی و سیگنال خروجی (SISO) استفاده می‌شوند.
سیگنال‌های برداری که از دو یا چند سیگنال عددی تشکیل شده‌اند نیز معمولاً برای سیستم‌های چند ورودی و چند خروجی (MIMO) استفاده می‌شوند.
سیگنال‌های عددی و برداری در سیمولینک به شکل بلوک‌هایی دیده می‌شوند که توسط خطوط انتقال‌دهنده به هم وصل شده‌اند.
به نمونه زیر توجه کنید:
این مثال در پست بعدی به‌تفصیل شرح داده خواهد شد.
