Diagramas de bloques de Simulink

Simulink^® es un entorno de modelado gráfico y simulación para sistemas dinámicos. Puede crear diagramas de bloques, donde los bloques representan partes de un sistema. Un bloque puede representar un componente físico, un sistema pequeño o una función. Una relación de entrada/salida caracteriza totalmente un bloque. Considere los siguientes ejemplos:

• Llenar un balde con agua de grifo: el agua entra en el balde a un caudal determinado y el balde se vuelve más pesado. Un bloque puede representar el balde con el caudal como la entrada y el peso como la salida.

• Utilizar un megáfono para amplificar la voz: el sonido producido en un extremo del megáfono se amplifica en el otro extremo. El megáfono es el bloque, la entrada es la onda sonora en el origen y la salida es la onda sonora como se escucha.

• Empujar un carro para que se mueva: el carro es el bloque, la fuerza que se aplica es la entrada y la posición del carro es la salida.

La definición de un bloque solo está completa con las entradas y las salidas definidas; esta tarea está relacionada con el objetivo del modelo. Por ejemplo, la velocidad del carro puede ser una elección natural como una salida si el objetivo del modelado no incluye su ubicación.

Simulink proporciona bibliotecas de bloques que son colecciones de bloques agrupadas por funcionalidad. Por ejemplo, para modelar un megáfono que multiplica su entrada por una constante, se utiliza un bloque Gain de la biblioteca Math Operations.

Una onda sonora entra en el megáfono como entrada, y una versión más elevada de la misma onda se presenta como salida.

Los signos > indican las entradas y salidas de un bloque, que pueden conectarse con otros bloques.

Puede conectar bloques con otros bloques para formar sistemas y representar funcionalidades más complejas. Por ejemplo, un reproductor de audio convierte un archivo digital en sonido. Desde el almacenamiento, se lee una representación digital que se interpreta matemáticamente y, a continuación, se convierte en sonido físico. El software que procesa el archivo digital para calcular la forma de la onda sonora puede ser un bloque; el altavoz que toma la forma de la onda y la convierte en sonido puede ser otro bloque. Un componente que genera la entrada es otro bloque.

Para modelar la entrada de la onda sinusoidal en el megáfono en Simulink, incluya un origen Sine Wave.

La función principal de Simulink es simular el comportamiento de los componentes del sistema en el tiempo. En su forma más sencilla, esta tarea implica medir el tiempo, determinar el orden en el que los bloques se van a simular y propagar las salidas calculadas en el diagrama de bloques al siguiente bloque. Considere el megáfono. En cada unidad de tiempo, Simulink debe calcular el valor de la onda sinusoidal, propagarla al megáfono y, a continuación, calcular el valor de su salida.

En cada unidad de tiempo, cada bloque calcula las salidas a partir de las entradas. Una vez todas las señales de un diagrama se hayan calculado a una unidad de tiempo dada, Simulink determina la siguiente unidad de tiempo (basándose en la configuración del modelo y en algoritmos del solver numérico) y adelanta el tiempo de simulación. A continuación, cada bloque calcula su salida para esta nueva unidad de tiempo.

En una simulación, el tiempo avanza de forma distinta a un reloj real. Cada unidad de tiempo toma el tiempo que necesita para completar los cálculos para esa unidad de tiempo, independientemente de si la unidad de tiempo representa una fracción de un segundo o unos años.

A menudo, el efecto de la entrada de un componente en su salida no es instantáneo. Por ejemplo, al encender un calefactor, la temperatura no cambia instantáneamente. Más bien, esta acción proporciona una entrada para una ecuación diferencial. El historial de temperatura (un estado) también es un factor. Cuando la simulación requiere resolver una ecuación diferencial o de diferencias, Simulink utiliza memoria y solvers numéricos para calcular los valores de estado de la unidad de tiempo.

Simulink gestiona datos en tres categorías:

• Señales: entradas y salidas de bloques, calculadas durante la simulación

• Estados: valores internos, que representan la dinámica del bloque, calculados durante la simulación

• Parámetros: valores que afectan al comportamiento de un bloque, controlados por el usuario

En cada unidad de tiempo, Simulink calcula nuevos valores para señales y estados. Por el contrario, puede especificar parámetros cuando construye el modelo y cambiarlos ocasionalmente mientras la simulación se ejecuta.

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