Введение. Руководство по Scicos – составной части свободно распространяемого пакета Scilab предназначено для первого знакомства и приобре

Тамбов

РУКОВОДСТВО

ПАКЕТ SCILAB ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

SCICOS

2009

Руководство по Scicos – составной части свободно распространяемого пакета Scilab предназначено для первого знакомства и приобретения навыков работы. Scicos имеет дружественный графический интерфейс и удобен в работе. В настоящее время в нашей стране нет подобного руководства, что затрудняет распространение этого мощного и эффективного средства. Знание этого инструмента моделирования необходимо специалистам во всех областях науки и техники. Особенно полезен он для студентов и аспирантов.

В тексте пособия не делались ссылки на используемую литературу, чтобы не затруднять работу с руководством. Список использованной литературы приведен в конце руководства.

Почти за полтора десятка лет массового использования средств вычислительной техники для решения задач моделирования сложилось представление о наборе подходящих программных средств. Эти программные продукты достаточно дорогие и их использование наносит серьезный ущерб бюджету любого проекта. Использование этих программ в учебном процессе (несмотря на наличие специальных цен) также ощутимо для бюджета. Использование пиратских копий является неэтичным, если ориентироваться на легально приобретаемые копии, или преступным, если использовать пиратские копии и ориентировать обучаемых на использование пиратских копий.

На фоне возрастающего интереса пользователей к свободному программному обеспечению имеет смысл рассмотреть альтернативные свободные проекты, связанные с обработкой данных и научными расчетами. Не нужно забывать, что свободное распространение программ является старой академической традицией. Зародилась она в учебных и научных организациях, где передавали друг другу программы, созданные «для себя» с целью решения конкретных учебных и научных задач.

Свободно распространяемый пакет Scilab был разработан в 1994 году во Франции, в Национальном исследовательском институте информатики и автоматизации INRIA и Национальной школе дорожного ведомства ENPC. С 2003 года поддержкой Scilab занимается консорциум Scilab Consortium.

Scicos (Scilab Connected Object Simulator) – составная часть пакета Scilab. Scicos в его составе обеспечивает возможность визуального моделирования динамических систем. Эти моделируемые системы могут быть как непрерывными, так и дискретными.

Scicos имеет дружественный графический интерфейс пользователя для редактирования моделей, состоящих из соединенных блоков Scicos. Scicos блоки могут быть найдены в палитрах Scicos или определены пользователем.

В состав пакета Scilab входит большая библиотека математических функций, расширяемая программами, написанными на языках высокого уровня, например, на C или Fortran 77. В состав пакета входит интегрированный язык высокого уровня, отличающийся в некоторой степени от языка C.

Scilab – пакет числовой обработки данных. Он очень хорош для обработки сигналов. Основной режим работы – командный. К основным функциям пакета Scilab можно отнести работу с матрицами (в том числе разреженными), решение обыкновенных дифференциальных уравнений, численное дифференцирование и интегрирование, построение двумерных и трехмерных графиков по формулам и по результатам расчетов, решение задач линейного программирования, а также возможность создания пользовательских программ. Пакет является кроссплатформенным, на сайте проекта (http://www.scilab.org/) можно найти самые последние сборки для различных операционных систем. На русском языке подробную информацию и пособия по работе с пакетом можно получить как на сайте http://www.csa.ru/~zebra/my_scilab/, так и на сайте http://www.scilab.land.ru/.

С системой Scilab доступны следующие комплекты инструментов:

• 2-х и 3-х мерная графика, анимация;

• линейная алгебра, матрицы;

• полиномы и рациональные функции;

• моделирование: ОДУ и ДАУ решатель;

• классическое и робастное управление, LMI оптимизация;

• дифференциальная и недифференциальная оптимизация;

• обработка сигналов;

• графы и сети;

• параллельно Scilab, используемый PVM;

• статистика;

• интерфейс с компьютерной алгеброй: генерация кодов пакетом Maple для Scilab;

• Scicos и др.

Перечислим основные составные части Scicos.

• Графический редактор: Scicos предоставляет иерархическому графическому редактору для строительства моделей динамических систем, используя блок-схемы. Многие предопределенные блоки также предоставлены в различных палитрах. Новые блоки могут быть определены пользователем в C, Fortran’ е или Scilab.

• Компилятор: компилятор Scicos использует образцовое описание, обычно собираемое редактором Scicos, построить столы планирования, которые могут тогда использоваться тренажером и кодовой функцией поколения.

• Симулятор: симулятор Scicos использует таблицы планирования и другую информацию, предоставленную компилятором, чтобы управлять моделированиями. Симулятор имеет гибридную природу, при которой он должен иметь дело с дискретными и непрерывными системами времени, и событиями. Для непрерывного времени используется решатель однородных дифференциальных уравнений (ОДУ) LSODAR или решатель дифференциальных алгебраических уравнений (ДАУ) DASKR в зависимости от природы рассматриваемой непрерывной системы.

• Генератор объектного кода: Scicos может генерировать код C для того, чтобы «понять» поведение некоторых подсистем. Эти подсистемы не должны включать непрерывные во времени компоненты.

Scicos – независимое программное приложение для моделирования, но доступ к Scilab и его функциональным возможностям обеспечивает большую гибкость и расширяет диапазон возможностей моделирования.

Например, при обработке сигнала, легче использовать функции Scilab и написать маленькую программку, чем писать код для базовых функций обработки сигнала. Кроме того, Scilab воспринимает модель Scicos как функцию. Это удобно, когда нужно управлять пакетной работой Scicos.

Наличие доступа к функциям Scilab, при создании моделей очень важно.

1. Пользователь Scicos часто имеет необходимость использовать функции Scilab, например предназначенные для создания фильтров обработки сигналов и др.

2. Язык программирования Scilab может использоваться для пакетной обработки множества задач моделирования или обобщая – модели, разработанные Scicos, могут использоваться как функции в Scilab.

3. Графические возможности Scilab могут использоваться для последующей обработки результатов моделирования.

Но интеграция Scicos и Scilab идет дальше. Редактор Scicos полностью написан на языке Scilab и это обеспечивает много преимуществ:

редактор легко настраивается добавлением меню и функциональных возможностей, изменением поведения и т.п.;

гибкость в проектировании формы и изображений блоков и связей (стандартная графика Scilab);

простота разработки и отладки;

Scicos переносим на новую платформу, на которую переносим Scilab;

структура данных Scicos аналогична структуре данных Scilab и может быть обновлена функциями Scilab: легкий способ взаимодействия с блоками.

Есть и неудобства:

Scilab - интерпретируемый язык и для очень больших моделей, некоторые функции редактора могут быть медленными;

ограниченные возможности графического интерфейса.

Обычно, создание простой новой модели Scicos предусматривает выполнение следующих операций:

запуска Scicos с пустым окном;

открытия одной или более палитр;

копирования нужных блоков из палитр в окно;

установки параметров блоков нужной величины;

соединения входов и выходов блоков;

компиляцию и запуск модели;

переименования и сохранения.

Вышеуказанное не включает использование более сложных операций, как например, создание суперблочных конструкций, создание новых базовых блоков, и т.п., а также косметических операций, как например, редактирование иконок, окрашивание или изменение размеров блоков в окне. Эти операции будут рассмотрены ниже.

Ниже, мы последовательно, по операциям выполним простой сеанс Scicos, в котором создадим модель и запустим ее.

Для запуска Scicos необходимо выбрать Scicos в меню Applications или набрать в основном окне Scilab:

--> scicos();

Открывается основное окно Scicos с пустым полем. Вид основного окна может немного различаться из-за различия операционных систем. Чтобы загрузить уже существующую модель, имя файла модели должно быть использовано как аргумент в одиночных кавычках с расширением. Например:

--> scicos(‘Flight.sci’)

Окно остается открытым в течение всего сеанса Scicos. Откроем палитру блоков. Для того, чтобы открыть ее, выберите Palette в меню Edit и найдите имя нужной палитры среди предлагаемых.

Палитра содержит имеющиеся блоки Scicos. В Scicos есть три типа базовых блоков: обычные базовые блоки, блоки пересечения нуля и блоки синхронизации. Эти блоки могут быть скопированы в окно, которое используется для создания модели Scicos. Эти палитры не могут быть отредактированы. Для редактирования палитры, она должна быть загружена как элемент модели Scicos. Подробнее рассмотрим это ниже. Ниже показан вид палитры источников сигналов (Sources).

Палитра Sources

Перечень палитр и их состав с краткой характеристикой элементов дан ниже.

Дата добавления: 2014-12-25