Програмні продукти MathWorks
Заснована в 1984 році компанія MathWorks спеціалізується на розробці програмного забезпечення в галузі чисельних обчислень, імітаційного моделювання та автоматизованого проектування. Маючи мережу представництв по всьому світу та співпрацюючи з лідируючими компаніями-розробниками, MathWorks постійно розширює область своєї спеціалізації та випускає нові покращені версії продуктів.
Близько мільйона інженерів та наукових співробітників у всьому світі використовують програмне забезпечення MathWorks. Продукти компанії застосовуються провідними технологічними та фінансовими організаціями, дослідницькими інститутами та освітніми установами. Програмне забезпечення MathWorks спрямоване на вирішення різних інженерних завдань та прискорює створення та впровадження інноваційних технологій для наукових досліджень у таких галузях, як медицина, екологія, авіатехнологія, енергопостачання, освіта та ін. Останнім часом програмне забезпечення MathWorks активно застосовуються в галузі генної інженерії, проектуванні економічних моделей та аналізу їх стійкості у критичних умовах, тестуванні технологій, діагностиці та науковому прогнозуванні. Програми компанії допомагають розробляти ефективні та безпечні програми та потужні системи управління.
Основні продукти MathWorks: MATLAB, Simulink, Stateflow. MATLAB використовується для технічних розрахунків, розробки алгоритмів та аналізу даних.
MATLAB – це високопродуктивна мова для технічних розрахунків. Він включає обчислення, візуалізацію та програмування у зручному середовищі, де завдання та рішення виражаються у формі, близькій до математичної.
Типове використання MATLAB - це:
− аналіз даних, дослідження та візуалізація;
− наукова та інженерна графіка;
− розробка програм, включаючи створення графічного інтерфейсу.
MATLAB виконує безліч завдань для підтримки наукових та інженерних робіт, починаючи від збору та аналізу даних до розробки додатків. Середовище MATLAB поєднує математичні обчислення, візуалізацію та потужну технічну мову (рис. 16.2). Вбудовані інтерфейси дозволяють отримати швидкий доступ та витягувати дані із зовнішніх пристроїв, файлів, зовнішніх баз даних та програм. Крім того, Matlab дозволяє інтегрувати зовнішні процедури, написані мовами Сі, Сі++, Фортран і Java з MATLAB додатками.
Мал. 16.2. Середа MATLAB
Використовуваний всюди у промисловості, державних, академічних та навчальних організаціях, MATLAB фактично став прийнятим у всьому світі стандартом для технічних обчислень. MATLAB має широкий спектр застосувань, включаючи цифрову обробку сигналів та зображень, проектування систем управління, природничі науки, фінанси та економіку, а також приладобудування. Відкрита архітектура дозволяє легко використовувати MATLAB та супутні продукти для дослідження даних та швидкого створення конкурентоспроможних користувальницьких інструментів.
Програма Simulink є програмою до пакету MATLAB. При моделюванні з використанням Simulink реалізується принцип візуального програмування, відповідно до якого користувач на екрані з бібліотеки стандартних блоків створює модель пристрою та здійснює розрахунки (рис. 16.3). При цьому, на відміну від класичних способів моделювання, користувачеві не потрібно досконально вивчати мову програмування та чисельні методи математики, а достатньо загальних знань, потрібних при роботі на комп'ютері та, природно, знань предметної області, в якій він працює.
Мал. 16.3. Програма Simulink
Simulink є досить самостійним інструментом MATLAB і при роботі з ним зовсім не потрібно знати сам MATLAB та інші його програми. З іншого боку, доступ до функцій MATLAB та інших його інструментів залишається відкритим і їх можна використовувати в Simulink. Частина пакетів, що входять до складу MATLAB, має інструменти, що вбудовуються в Simulink (наприклад, LTI-Viewer програми Control System Toolbox – пакета для розробки систем управління).
Є також додаткові бібліотеки блоків для різних сфер застосування (наприклад, Power System Blockset – моделювання електротехнічних пристроїв, Digital Signal Processing Blockset – набір блоків для розробки цифрових пристроїв тощо). При роботі з Simulink користувач має можливість модернізувати бібліотечні блоки, створювати власні, а також складати нові бібліотеки блоків.
При моделюванні користувач може вибирати метод розв'язання диференціальних рівнянь, а також спосіб зміни модельного часу (з фіксованим чи змінним кроком). У ході моделювання можна стежити за процесами, що відбуваються в системі. Для цього використовують спеціальні пристрої спостереження, що входять до складу бібліотеки Simulink. Результати моделювання можуть бути представлені у вигляді графіків або таблиць.
Підготовка завдання для моделювання у SIMULINK проводиться у наступній послідовності:
− Вибір розрахункової схеми.
− Складання системи рівнянь, що описують досліджуваний процес.
− Приведення системи до виду, зручного для вирішення (дозвіл щодо старших похідних).
− Визначення початкових умов.
− Складання структурної схеми.
− Моделювання функцій, що обурюють.
−Визначення вихідних даних.
− Складання моделі в середовищі SIMULINK.
− Включення засобів візуалізації.
Програмний продукт Stateflow є інтерактивним інструментом розробки у сфері моделювання складних, керованих подіями систем (рис. 16.4). Він тісно інтегрований з MATLAB та Simulink і заснований на теорії кінцевих автоматів. Stateflow пропонує елегантне рішення для проектування вбудованих систем із контролюючою логікою. Нові вдосконалення включають:
− всебічну підтримку даних та операцій з фіксованою точкою,
− виконання функцій скасування та повтору в Stateflow Editor,
− програмований доступ до Stateflow за допомогою повністю документованого API,
− підтримку двовимірних матриць для передачі даних і з Simulink,
− відладник Stateflow може визначати переповнення даних,
− спрощення повторного використання кодів за допомогою експорту графічних функцій із бібліотечних таблиць.
Мал. 16.4. Програма Stateflow