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SimulinkをMATLABと使用する方法
編集済み 1 1週間前 によって ExtremeHow 編集チーム
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翻訳が更新されました 1 1週間前
Simulinkは、マルチドメインシミュレーションとモデルベースデザインのためのブロック図環境です。これにより、システムレベルの設計、シミュレーション、自動コード生成、組み込みシステムの継続的なテストと検証がサポートされます。Simulinkは、MATLABと組み合わせて使用され、完全なエンジニアリングワークフローを提供します。このガイドでは、SimulinkをMATLABとどのように使用するかを学びます。環境のセットアップ、モデルの作成、それらのシミュレーション、およびMATLABコードをSimulinkモデルに組み込む基本をカバーします。
Simulinkの使い始め
Simulinkを使用するには、まずコンピュータにMATLABをインストールする必要があります。SimulinkはMATLAB環境の一部であるためです。MATLABデスクトップを開くと、ツールバーにSimulinkアイコンが表示されます。このアイコンをクリックすると、新しいモデルの作成や既存のモデルの開くオプションがあるSimulinkの開始ページが開きます。
Simulinkの開始ページでは、さまざまなテンプレートや例があり、開始するのに役立ちます。空白のモデルを選択するか、チュートリアルモデルの1つを使用して開始できます。始めたばかりの場合は、基本的な機能を学ぶために空白のモデルから始めましょう。
最初のモデルの作成
空白のモデルを開くと、無題のブロック図ウィンドウが表示されます。ここでSimulinkのブロックを使用してモデルを作成します。Simulinkは、モデル作成に使用できるさまざまなブロックを提供します。これらのブロックは、信号ルーティング、信号操作、シンク、ソースなどのライブラリに組織化されており、ライブラリブラウザで参照するか、直接検索できます。
簡単なモデルを作成しましょう：サイン波入力をスコープに接続します。まず、ライブラリブラウザを開き、ソースの下にあるサイン波ブロックを見つけてモデルにドラッグアンドドロップします。次に、シンクの下にあるスコープブロックを見つけてモデルにドラッグします。サイン波ブロックの出力をスコープブロックの入力にクリックしてドラッグすることで接続します。
これで、サイン波がスコープに向かう単純なモデルが作成されました。サイン波ブロックをダブルクリックしてそのプロパティを設定できます。振幅、周波数、位相などのパラメータを変更して、モデルのニーズに合わせることができます。
シミュレーションの実行
モデルを設定したら、次のステップはそれをシミュレーションすることです。Simulinkでシミュレーションを実行することは、時間に関してモデルの基礎となる数学的な方程式を解くことを意味します。モデルをシミュレーションするには、ツールバーにある緑の再生ボタンをクリックします。モデルがシミュレートを開始し、スコープブロックでサイン波の出力がリアルタイムで表示されます。
シミュレーション時間は、ツールバーのシミュレーションタブの「停止時間」を変更することで調整できます。モデルの複雑さに応じて、シミュレーションの出力はさまざまで、モデルの動作をよりよく理解するために設定できます。
MATLAB関数の組み込み
Simulinkを使用する大きな利点の1つは、MATLABとシームレスに統合されていることです。MATLAB関数ブロックを使用して、SimulinkモデルにMATLAB関数を使用できます。このブロックを使用すると、MATLABコードをその中に書き込み、モデルの一部として使用できます。
たとえば、信号の処理をカスタマイズしたい場合、MATLABスクリプトや関数を作成し、MATLAB関数ブロックを使用して呼び出すことができます。ここに信号に定数を加えるシンプルな例があります：
function y = fcn(u) %#codegen
y = u + 5;
end
このコードでは、`u`は関数への入力であり、関数は入力信号に5を加えて結果`y`を出力します。このカスタムコードをMATLAB関数ブロック内に配置します。
モデルのパラメータ化
モデルをパラメータ化すると、より柔軟で再利用可能になります。SimulinkモデルでMATLAB変数とパラメータを使用して、動的な動作を定義できます。たとえば、ゲイン値の調整が必要な同一のパラメータを必要とする複数のブロックがあるかもしれません。
たとえば、モデルにゲインブロックがあり、その値のためにMATLABのワークスペース変数を使用したいとします。まず、MATLABワークスペースで変数を定義します：
GainValue = 10;
次に、ゲインブロックのパラメータフィールドに`GainValue`を入力します。Simulinkはモデルを実行する際に現在のワークスペース変数をフェッチし、ブロック図を変更することなく動的に値を変更できるようにします。
コールバックの使用
コールバックは、モデルのシミュレーションサイクルまたは編集セッションの特定のタイミングでコマンドを実行するための、SimulinkとMATLABの高度な機能です。モデルがロードされたとき、シミュレーションが開始されたとき、またはシミュレーションの終了時に実行するカスタムコードを定義できます。
コールバックは、ファイルメニューのモデルのプロパティで見つけることができ、モデルがロードまたはシミュレートされるたびに環境のセットアップ、パラメータの確認、データのログ開始などのアクションを定義できます。
サブシステムの操作
サブシステムは、関連するブロックをグループ化して複雑なモデルをより管理しやすい階層に整理するのに役立ちます。いくつかのブロックを選択して右クリックし、「選択範囲からサブシステムを作成」を選択します。このアクションにより、選択した要素が1つのブロックに折りたたまれ、モデルのトップレベルビューが簡素化されます。
モデルの保存と管理
Simulinkモデルを保存するには、ファイル>名前を付けて保存をクリックし、ディレクトリとファイル名を選択します。デフォルトのファイル形式は.slxで、古い.mdl形式よりも圧縮されて効率的です。
特にチーム環境でSimulinkモデルを操作する場合は、Gitなどのバージョン管理システムを使用することをお勧めします。テキストベースのファイル形式にモデルをエクスポートし、時間とともに変更を追跡し、他の人と共同作業するのに役立ちます。
Simulinkモデルのデバッグ
モデルが正しく機能することを確認するためにデバッグは重要です。Simulinkは、問題の特定と修正を支援するさまざまなデバッグツールを提供します。これらのツールのいくつかは次のとおりです：
- ダイアグノスティックビューアー: シミュレーション中のエラーや警告を表示し、問題を診断するための詳細なメッセージを提供します。
- スコープブロック: 信号を視覚化し、期待されるパターンに従っているかどうかを確認します。
- アサーション: 信号が期待される範囲内に留まることを確認するアサーションを追加します。
高度な機能
Simulinkに慣れてくると、以下のような高度な機能を探索することができます：
- Stateflow: 有限状態マシン、フローチャート、遷移図付きのシステムのために複雑なロジックをモデル化するために使用します。
- コード生成: Simulinkモデルから自動でC/C++コードを生成し、組み込みシステムと統合します。
- Simulink Real-Time: リアルタイムハードウェアとSimulinkモデルを接続して、システムのプロトタイプを作成します。
結論
SimulinkはMATLABとシームレスに統合され、動的システムのモデリング、シミュレーション、分析のための強力な環境を提供します。ブロック図を使用して、エンジニアや科学者は複雑な動作を簡単にナビゲートし、モデリングできます。その機能を探索しMATLAB関数を組み込むことで、複雑な工学問題を解決するための多様性と効果を発見できるでしょう。
Simulink内でのさまざまなブロックやツールを用いた継続的な学習と実験により、シミュリンクの習熟度を高めることができます。コミュニティやフォーラムに参加し、洞察を共有し、質問し、他の人から学ぶことを考慮に入れてください。モデリングを楽しんでください！
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