Моделирование, виртуализация и вычисления в среде Matlab

Бакланова Ольга Евгеньевна

Portfolio des Lehrers

Beschreibung: Simulink как подсистема MATLAB. Средства моделирования в MATLAB. Специфика Simulink. Технология создания S-модели системы. Математическая модель и S-модель системы. Основные этапы создания S-модели системы. Технология моделирования системы. Настройка S-модели системы.

Betrag der Credits: 6

Пререквизиты:

  • Современные методы математического моделирования

Arbeitsintensität der Disziplin:

Unterrichtsarten Uhr
Vorträge 30
Praktische Arbeiten
Laborarbeiten 30
AASAL (Autonomes Arbeiten der Schüler unter Anleitung des Lehrers) 30
SE (Studentisches Eigenarbeiten) 90
Endkontrollformular экзамен
Form der Endkontrolle

Komponente: Компонент по выбору

Zyklus: Профилирующие дисциплины

Цель
  • Для моделирования, виртуализации и вычислений применяется интерактивный инструмент MATLAB Simulink, который позволяет при помощи графических блок-диаграмм моделировать сложные динамические системы и исследовать их работоспособность.
Задача
  • знакомство с системой компьютерного моделирования MATLAB Simulink
  • овладение основными приемами компьютерного моделирования, виртуализации и производства блочных вычислений с использованием системы MATLAB Simulink
  • выработка навыков применения компьютерных технологий в научно-исследовательской и практической работе
  • выработка способности приобретать новые и профессиональные знания, используя современные образовательные и информационные технологии
Результат обучения: знание и понимание
  • знание основных блоков системы MatLab Simulink
Результат обучения: применение знаний и пониманий
  • понимание технологию создания Simulink-моделей, специфику их обработки и анализа в процессе моделирования
  • владение основными приемами компьютерного моделирования, виртуализации и производства блочных вычислений с использованием системы MATLAB Simulink
Результат обучения: формирование суждений
  • креативно мыслить и творчески подходить к решению новых проблем и ситуаций; сообщать свои знания и достижения коллегам, научному сообществу и широкой общественности
Результат обучения: коммуникативные способности
  • иметь навыки: ораторского искусства и публичного выступления на международных научных форумах, конференциях и семинарах; научного письма и научной коммуникации; лидерского управления и руководства
Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе
  • иметь навыки: системного понимания области изучения и демонстрировать качественность и результативность выбранных научных методов; участия в научных мероприятиях, фундаментальных научных отечественных и международных проектах
Lehrmethoden

- 1. Информационно – коммуникационная технология; 2. Технология развития критического мышления; 3. Проектная технология; 4. Технология интегрированного обучения; 5. Технологии уровневой дифференциации; 6. Групповые технологии; 7. Традиционные технологии(лекционное, практическое занятия)

Темы лекционных занятий
  • Simulink как подсистема MATLAB. Средства моделирования в MATLAB. Специфика Simulink. Установка и запуск Simulink. Рекомендуемые для установки пакеты расширения MATLAB. Библиотека Simulink. Система помощи MATLAB. Команда help. Пункт меню Help окна MATLAB. Пункт меню Help окна Simulink Library Browser.
  • Технология создания S-модели системы. Математическая модель и S-модель системы. Основные этапы создания S-модели системы. Редактирование S-модели системы. Операции с компонентами S-модели системы. Основные операции с компонентами, группами компонентов и блоков. Операции по оформлению S-моделей системы. Операции с текстом. Операции с цветом. Операции по выводу дополнительной информации. Исследование S-модели.
  • Технология моделирования системы. Настройка S-модели системы. Функции MATLAB для решения систем ОДУ. Настройка обмена данными S-модели системы с рабочим пространством памяти Workspace. Настройка диагностики моделирования. Моделирование системы — запуск, пауза и останов. Примеры моделирования простейших систем. S-модель простейшей аналоговой системы. S-модель простейшей дискретной системы.
  • Сигналы. S-модели сигналов. Группа блоков Sources. Параметры блоков. Блок Band-Limited White Noise. Типовые значения параметра Sample time. Интерпретация вектора параметров и размерность выходного сигнала. Блок Chirp Signal. Блок Clock. Блок Constant. Типы вводимых данных. Типы данных на выходе. Типы данных fixdt. Блок Counter Free-Running. Блок Counter Limited. Блок Digital Clock. Блок From File. Блок From Workspace.
  • Группа блоков Sources. Блок Ground. Блок In. Блок Pulse Generator. Блок Ramp. Блок Random Number. Блок Repeating Sequence. Блок Repeating Sequence Interpolated. Блок Repeating Sequence Interpolated. Блок Signal Generator. Блок Sine Wave. Блок Step. Блок Uniform Random Number. Виртуальные и невиртуальные блоки.
  • Средства анализа сигналов. S-модели средств анализа сигналов. Группа блоков Sinks. Параметры блоков. Блок Display. Форматы вывода численных значений в блоке Display. Блок Out. Блок Scope. Блок Stop Simulation. Блок Floating Scope. Блок Terminator. Блок To File. Блок To Workspace. Блок XY Graph.
  • Математические преобразования. Средства библиотеки блоков Simulink. Арифметические операции. Блок Add. Блок Bias. Блок Divide. Блок Dot Product. Блок Gain. Блок Product. Блок Product of Elements. Блок Slider Gain. Блок Subtract. Блок Sum. Блок Sum of Elements. Блок Unary Minus.
  • Элементарные математические функции. Блоки элементарных математических функций. Блок Abs. Блок Math Function. Элементарные математические функции блока Math Function. Блок Sign. Блок Trigonometric Function. Тригонометрические функции блока Trigonometric Function.
  • Операции с комплексными числами. Блоки операций с комплексными числами. Блок Complex to Magnitude-Angle. Блок Complex to Real-Imag. Блок Magnitude-Angle to Complex. Блок Real-Imag to Complex.
  • Округление с помощью блока Rounding Function. Функции округления блока Rounding Function.
  • Операции с матрицами и векторами. Блоки операций с матрицами и векторами. Блок Matrix Concatenate. Блок MinMax. Блок Reshape. Блок Vector Concatenate.
  • Вычисление корней уравнения и значений многочлена. Блоки вычисления корней уравнения и значений многочлена. Блок Algebraic Constraint. Блок Polynomial.
  • Операции отношения и логические операции. Блоки символов операций отношения и логических операций. Блок Compare To Constant. Символы операций отношения. Блок Compare To Zero. Блок Relational Operator. Блок Logic Operator. Логические операции блока Logic Operator.
  • Побитовые операции. Блоки побитовых операций. Блок Bit Clear. Блок Bit Set. Блок Bitwise Operator. Блок Shift Arithmetic.
  • Объекты MATLAB. Блоки объектов MATLAB. Блок Fcn. Блок MATLAB Fcn. Блок Embedded MATLAB Function.
  • Основные характеристики матрицы. Определитель (детерминант) (det(A)). Ранг (rank(A)). Норма (norm(A,p)). Ортонормированный базис (orth(A)). Нуль-пространство (null(A)). Собственные значения V и собственные векторы D ([V,D]=eig(A)). След (trace(A)). Сингулярные числа (svd(A)). Числа обусловленности (cond(A,p)).
  • Средства библиотеки блоков Signal Processing Blockset. Специальные математические операции с матрицами. Блоки специальных математических операций с матрицами. Блок Complex Exponential. Блок Cumulative Product. Блок Cumulative Sum. Блок dB Conversion. Блок Difference. Блок Normalization.
  • Типовые матрицы. Блоки генерирования типовых матриц. Блок Create Diagonal Matrix. Блок Extract Diagonal. Блок Extract Triangular Matrix. Блок Identity Matrix. Блок Toeplitz.
  • Преобразование матриц. Блоки формирования матриц. Блок Matrix Concatenate. Блок Overwrite Values. Блок Permute Matrix. Блок Submatrix.
  • Операции с матрицами в задачах линейной алгебры. Блоки операций с матрицами в задачах линейной алгебры. Блок Matrix Multiply. Блок Matrix Product. Блок Matrix Square. Блок Matrix Sum. Транспонирование и эрмитово сопряжение матрицы.
  • Обращение матрицы. Блоки инверсии матриц. Блок LU Inverse. Блок LDL Inverse. Блок Cholesky Inverse.
  • Разложение матрицы. Блоки разложения матриц. Блок LU Factorization. Блок QR Factorization. Блок Cholesky Factorization.
  • Решение систем линейных алгебраических уравнений. Блоки решения СЛАУ. Блок LU Solver. Блок QR Solver. Блок Cholesky Solver.
  • Операции с матрицами в задачах математической статистики. Блоки операций в задачах математической статистики. Блок Autocorrelation. Блок Correlation. Блок Maximum. Блок Mean. Блок Minimum. Блок RMS. Блок Sort. Блок Standard Deviation. Блок Variance.
  • Собственная библиотека. Создание собственной библиотеки. Создание групп блоков.
  • Отладка S-модели системы. Метод блока и цикл моделирования. Запуск Debugger’s GUI и окно отладчика.
Основная литература
  • Солонина А. И. Цифровая обработка сигналов. Моделирование в Simulink. — СПб.: БХВ-Петербург, 2019. — 432 с.: ил.
  • S. T. Karris/ Signals and Systems mith MATLAB Computing and Simulink Modeling. — Orhard Publications, 2017.
  • Солонина А. И., Арбузов С. М. Цифровая обработка сигналов. Моделирование в MATLAB. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008.
  • Черных И. В. Simulink: среда создания инженерных приложений. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2014.
Дополнительная литература
  • Дьяконов В. П. MATLAB и SIMULINK для радиоинженеров. — М.: ДМК Пресс, 2011.
  • Дэбни Дж., Харман Т. Simulink 4. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003.
  • Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. — СПб.: Питер, 2008.