سیمولینک یکی از سه بخش اصلی نرم افزار متلب است که به طور خاص برای شبیه سازی ایجاد شده است. Simulink به کاربر این امکان را می دهد که بدون ساختن یک سیستم، بتواند رفتار آن را بررسی کند و تاثیر ورودی های متفاوت مانند نویزها، اغتشاشات و .... را بر عملکرد سیستم مورد مطالعه قرار دهد، در نتیجه با صرف زمان و انرژی کمتر به اهداف شبیه سازی دست می یابد. simulink در واقع یک کتابخانه بسیار وسیع از انواع بلوک ها است که مهندسان می توانند با استفاده از این بلوک ها، هر سیستم، پلنت، فرآیند یا معادله ای را به صورت دیاگرام بلوکی شبیه سازی کنند و به تحلیل آن از جهات مختلف بپردازند، هر زمان لازم شد، به راحتی تغییرات مد نظر را در سیستم ایجاد کرده و مجدد آن را آنالیز کنند.
متلب (MATLAB) چیست
متلب (MATLAB) به بیان سایت شرکت توسعه دهنده اش Mathworks هم یک نرم افزار، هم یک بستر برنامه نویسی و هم یک زبان برنامه نویسی است که برای اهداف بسیار ساده مانند محاسبات جبری خطی تا مسائل بسیار پیچیده ای ماننده بهینه سازی، کار با شبکه های عصبی، پردازش تصویر و .... به مهندسین شاخه های متفاوت مثل مکانیک، هوافضا، برق، کامپیوتر، عمران و .... و حتی محققین سایر رشته ها کمک می کند.
نرم افزار متلب دارای سه بخش اصلی است:
- بخش اسکریپت نویسی یا کدهای تایپی که به محیط mfile معروف است.
- بخش گرافیکی یا gui (Graphical user interface)
- بخش Simulink که به محیط شبیه سازی معروف است.
سیمولینک چیست
بخش مربوط به simulink برای این ایجاد شده است که کاربر نیازمند کد نویسی نباشد و از بلوک های آماده استفاده کند. این محیط مزیت ها و کاربردهای زیادی دارد. به طور مثال امکان لینک متلب به سخت افزار را به مهندس شبیه ساز می دهد. اگر قطعه ای داشته باشیم که بخواهیم تست سخت افزاری بگیریم و کدی داشته باشیم، این کد حتما باید در داخل سیمولینک اجرا شود و simulink فرامین را به قطعه یا مجموعه سخت افزاری بدهد. مزیت بعدی اینکه اگر کدهای آماده مثل فرترن (fortran) یا c++ داشته شیم، بدون اینکه آنها را تغییر دهیم می توان داخل سیمولینک فراخوانی کرده و آن ها را اجرا کرد. مزیت دیگر این بخش از نرم افزار متلب فرمت بلوک دیاگرامی بودن است. از این جهت که بخش های کد به به صورت بلوک کنار هم چیده می شوند حس شبیه سازی بهتری به کاربر می دهد.
اساسا این بخش از نرم فزار یک ابزار شبیه سازی و simulation است. البته این به این معنا نیست که در سایر محیط های matlab شبیه سازی انجام نمی شود، هر کدی که نوشته می شود در واقع یک فرآیند در حال شبیه سازی است اما این محیط مختص این کار ایجاد شده و توسعه یافته است.
سیمولینک و کاربران متلب
شما به عنوان یک مهندس برنامه نویس یا طراح و شبیه ساز، می توانید از MATLAB و simulink همزمان استفاده کنید تا قدرت برنامه نویسی متنی و گرافیکی را در یک محیط ترکیب کنید. در حقیقت این فرصت را دارید تا از دانش خود در متلب برای موارد زیر استفاده کنید:
- بهینه سازی پارامترها
- ایجاد بلوک های جدید
- نوشتن متن های تست و اتوماسیون
- اجرای هزاران شبیه سازی به طور موازی
- تحلیل نتایج شبیه سازی
سیمولینک برای همه پروژه ها
طبق بیان شرکت توسعه دهنده اش، Simulink در حوزه های بسیار متنوع و متفاوتی مانند، ارتباطات بی سیم، سیستم های کنترلی، کاربردهای الکتریکی، چردازش سیگنال، رباتیک و سیستم های خودکار، سیستم های دیجیتال، هوش مصنوعی و ..... قابل کاربری است. در اینجا به چند نمونه از کاربردها اشاره شده است.
سیمولینک برای سیستم های کنترلی
مهندسان کنترل در همه مراحل توسعه از این بخش متلب استفاده می کنند از مدلسازی پلنت تا طراحی و تنظیم کردن الگوریتم های کنترلی و منطق های نظارتی، تمام مسیر تا توسعه با تولید کدهای خودکار و اعتبارسنجی، صحت سنجی و تست سیستم. پیشنهادات simulink :
- یک محیط بلوک دیاگرامی چند دامنه ای برای مدلسازی دینامیک های پلنت ، الگوریتم های کنترلی طراحی و اجرای شبیه سازی های حلقه بسته
- مدلسازی پلنت با استفاده از شناسایی و ابزار مدلسازی فیزیکی
- توابع پیش ساخته و ابزارهای در تعامل برای تحلیل اورشوت (overshoot)، زمان برخاست، حاشیه فاز، حاشیه بهره و سایر ویژگی های عملکردی و پایداری در دامنه های زمان و فرکانس
- مکان هندسی ریشه ها، دیاگرام بد (bode) ، کنترل مقاوم، کنترل قابل پیش بینی و سایر تکنیک های طراحی و آنالیز
- تنظیم خودکار PID، تنظیم ضرایب و سیستم های کنترلی تک ورودی-تک خروجی (SISO) و چند ورودی-چند خروجی (MIMO)
- مدلسازی، طراحی و شبیه سازی منطق نظارتی برای زمان بندی عملکرد، تعویض مد کنترلی و بررسی شناسایی، محدود کردن و بازیابی خطا (FDIR)
سیمولینک برای کاربردهای برق
مهندسان این حوزه از MATLAB و simulink برای توسعه فناوری های الکتریکی که به افزایش قابلیت اطمینان و بهبود بهره وری از کنترل موتور و مدیریت باتری برای وسایل حمل و نقل برقی تا یکپارچه سازی انرژی های تجدیدپذیر در یک شبکه برق، استفاده می کنند. موارد زیر مثال هایی از این کاربردها هستند:
راه اندازی موتور
انرژی های تجدیدپذیر و ذخیره انرژی
وسایل حمل و نقل الکتریکی
سیستم های باتری
سلول های سوختی و الکترولیزها (Electrolyzers)
تبدیل نیرو
تولید، انتقال و توزیع
سیمولینک برای طراحی برای پایه مدل
شرکت های پیشرو، برای توسعه ی سیستم های پیچیده، طراحی بر پایه مدل (Model-Based Design) با استفاده از مدل هایی در سراسر فرآیند را اتخاد کردند.
- استفاده از یک مدل مجازی برای شبیه سازی و تست سیستم به زودی و مکرر
- اعتبارسنجی طراحی با تست مدل های فیزیکی، سخت افزار در حلقه و ساخت نمونه (پروتوتایپ)
- ایجاد یک کد C، C++، CUDA، PLC و اعمال مستقیم ان به سیستم
- حفظ یک رشته دیجیتال با قابیت ردیابی از طریق الزامات، معماری سیستم، طراحی جزء، کد ئ تست ها
- گسترش مدل ها به سیستم های در حال عملیات برای اجرای نگهداری قابل پیش بینی و آنالیز خطا
سیمولینک برای شبیه سازی
طراحی و شبیه سازی سیستم قبل از انتقال به سخت افزار:
در Simulink شما با فضای گسترده ی طراحی مواجه هستید و می توانید سیستم ها با مدلسازی و شبیه سازی چند دامنه ای تست کنید.
- به سرعت ایده های طراحی را در یک محیط شبیه سازی چند دامنه ای ارزیابی کنید
- مدل های سیستم را با استفاده از عناصر و کتابخانه ها شبیه سازی کنید
- مدل های شبیه سازی را برای تست سخت افزار در حلقه در حالت real-time در نظر بگیرید
- شبیه سازی های بزرگ را در محیط دستکتاپ و یا فضای ابری اجرا کنید
نویسنده: ستاره دهقان، کارشناس دپارتمان مهندسی هوافضا گروه آموزشی پارس پژوهان
