شبیه سازی با سیمولینک متلب

شبیه سازی با سیمولینک متلب همان راه ساده و ارزانی‌ست که مصرف پول و انرژی توسط مهندسان را، به طرز چشم‌گیری کاهش می‌دهد. با ابر فردوسی همراه باشید:

فهرست مطالب

• متلب چیست؟
• سیمولینک چیست؟
• تفاوت متلب با سیمولینک
• ویژگی‌های سیمولینک چیست؟
• کاربردهای سیمولینک چیست؟
• موارد استفاده از سیمولینک
• مزایای شبیه سازی با متلب در ابر فردوسی

تصور کنید که یک ایده خلاقانه برای افزایش بهره برداری از توربین‌های بادی به ذهنتان خطور کرده است و فکر می‌کنید که اینگونه برق بیشتری خواهید داشت.

اما چگونه می‌توان مطمئن شد؟ یک توربین بادی بسازید، گام و انحراف تیغه‌هایش را تنظیم کنید، قطر دنده‌ها را کم و زیاد کنید و در انتظار باد بنشینید؟؟؟!!!

اگر یک مخترع میلیاردر هستید که از قضا صبر ایوب هم دارد، این راه مناسبی است. در غیر این صورت شبیه سازی با سیمولینک متلب بیشتر با عقل جور در می‌آید.

متلب چیست؟

پیش از این در مقاله متلب چیست، به طور کامل با ماهیت این پلتفرم آشنا شدیم. آموختیم که متلب یک زبان برنامه نویسی سطح بالا و نزدیک به زبان انسان هاست.

همین نزدیکی باعث می‌شود که افرادی که اهل کدنویسی نیستند نیز، به راحتی با این زبان ارتباط برقرار نمایند. زیرا دیگر نیازی به ساعت‌ها کدنویسی و خطایابی ندارند.

نرم افزار متلب یک محیط تعاملی پیشرفته برای محاسبات عددی، تحلیل داده‌ها، تجسم‌سازی و برنامه نویسی است که نتایج را برحسب ماتریس و آرایه‌ها بیان می‌کند.

به‌طور کلی زبان متلب کاربردهای زیادی دارد. می‌توان آن را در نرم‌افزار متلب و یا ژوپیتر نوت بوک اجرا کرد. اما این مقاله صرفا به معرفی ابزار سیمولینک متلب اختصاص دارد.

Simulink یک محیط بلوک دیاگرام است که برای طراحی سیستم‌ها با مدل‌های چند دامنه‌ای، شبیه‌سازی قبل از تبدیل به سخت‌افزار و استقرار بدون نوشتن کد استفاده می‌شود.

سیمولینک چیست؟

سیمولینک (Simulink) یک جعبه ابزار با محیطی بلوک دیاگرام، در نرم‌افزار متلب است. این ابزار قدرتمند به خوبی از پس شبیه‌سازی‌ها و مدل‌سازی‌های علمی و ریاضی برمی‌آید.

با سیمولینک می‌توان بدون هیچ ساخت وساز و صرف هزینه‌ای، از عملکرد یک ایده مطمئن شد. یعنی به صورت مجازی پیشبینی کرد که آن ایده در دنیای واقعی کار خواهد کرد یا خیر؟

نکته حائز اهمیت این است که می‌توان آن ایده را در شرایط مختلف آزمایش کرد. مثلا در مثال توربین بادی می‌توان میزان باد، جهت باد، اندازه تیغه‌ها، منطقه، جنس و… را تغییر داد.

اینک می‌توان فهمید که ایده شما، تحت کدام شرایط بهتر عمل می‌کند. حال شروع به ساخت و ساز آن در دنیای واقعی کنید. بدون اینکه هیچ هزینه‌ای را صرف آزمون و خطا کرده باشید.

این نکته را در نظر داشته باشید که نتایج شبیه‌ سازی با سیمولینک متلب دقیق و معتبر هستند. ولی این دقت در صورتی است که ورودی‌های دقیقی را نیز به آن وارد کرده باشید.

کمپانی MathWorks، ارائه دهنده پلتفرم متلب و سیمولینک ادعا دارد که با استقرار متلب و ادغام آن با Simulink، می‌توانید ایده‌های خود را از مرحله تحقیق به تولید برسانید.

به‌طور خلاصه می‌توان گفت که با Simulink طراحی و شبیه‌سازی کنید و سپس مستقر نمایید. سایت رسمی کمپانی MathWorks، پلتفرم سیمولینک را اینگونه معرفی می‌کند:

Simulink پلتفرمی برای طراحی مبتنی بر مدل است که از طراحی در سطح سیستم، شبیه‌سازی، تولید کد خودکار و آزمایش و تأیید مداوم سیستم‌های تعبیه‌شده پشتیبانی می‌کند.

تفاوت متلب با سیمولینک

برخی معتقدند که شهرت متلب به دلیل وجود سیمیولینک است. زیرا به زعم آن‌ها کار با سیمولینک به مراتب راحت‌تر از متلب می‌باشد.

البته این برای برخی از دانشمندان و مهندسانی که وقتی برای سر و کله زدن با ریاضیات ملزم در متلب را ندارند، صدق می‌کند.

می‌توان گفت که اساس کار متلب و سیمولینک مشابه است. اما در متلب با ماتریس‌ها ولی در سیمولینک با بلوک‌ها و خطوطی که این بلوک‌ها را بهم متصل می‌کنند سروکار داریم.

پس منطقی تر است که کار با بلوک‌ها و دیاگرام‌های گرافیکی و خوش نقش و نگار راحت‌تر باشد. سیمولینک خودش این اشکال گرافیکی را تبدیل به کد می‌کند.

سیمولینک با متلب و سایر جعبه‌ابزارهای آن سازکار است. همچنین اگر بلوکی برای یک کار خاص و مورد نیاز ما در آن وجود نداشت، می‌توان کد آن را نوشت.

ویژگی‌های سیمولینک چیست؟

• یک ویرایشگر گرافیکی، برای مدل سازی تمام اجزای یک سیستم است.
• کتابخانه‌ای از بلوک‌های از پیش ساخته شده برای شبیه سازی سیستم‌های فیزیکی دارد.
• برای استفاده‌های مجدد، بلوک‌های مدل‌سازی در مقیاس بزرگ دارد.
• دارای یک موتور شبیه‌سازی با حل‌کننده‌های ODE، برای تأیید اینکه همه قسمت‌های سیستم با هم کار می‌کنند، می‌باشد.
• دارای ابزارهای تجسم‌سازی است، که برای تجزیه و تحلیل و مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی‌های متعدد به کار می‌آیند.

کاربردهای سیمولینک چیست؟

پیش از پرداختن به موضوع کاربردهای سیمولینک، بد نیست این جمله از جانی اندرسون، عضو هیئت رئیسه گروه خودروسازی اسکانیا را هم بخوانید:

کاربرد Simulink در دو مرحله از روند توسعه ما مفید است. اول، به ما کمک می‌کند تا ایده‎‌های جدید را امتحان کنیم و نحوه عملکرد آنها را تجسم نماییم. دوم پس از تولید کد و انجام تست‌های داخل خودرو، می‌توانیم چندین شبیه‌سازی را اجرا کنیم، طراحی را اصلاح کنیم و کد را برای تکرار بعدی بازسازی کنیم.

در سایت رسمی نرم افزار متلب و سیمولینک، چهار کاربرد اصلی برای پلتفرم سیمولینک در نظر گرفته شده است که در ادامه آن‌ها را به همان منوال و با جزئیات مرور خواهیم کرد:

1. Simulink برای طراحی مبتنی بر مدل:

از طراحی مبتنی بر مدل سیمولینک استفاده کنید تا به راحتی ایده‌های جدید را امتحان و به سرعت مشکلات طراحی را شناسایی نمایید.

اینگونه می‌توان مراحلی مانند تولید کد را به طور خودکار انجام داد تا روند کلی توسعه سرعت یابد. همچنین به دلیل اتوماسیون، خطاهای انسانی کاهش می‌یابد.

با طراحی مبتنی بر مدل، مدل‌های مجازی در مرکز فرآیند توسعه شما قرار دارند تا نحوه ارائه سیستم‌های پیچیده را بهبود بخشند و زمان توسعه را 50 درصد کم کنند.

طراحی مبتنی بر مدل با انتقال وظایف طراحی از آزمایشگاه و میادین ولقعی، به دسکتاپ و ابر، روش کار مهندسان و دانشمندان را متحول کرده و سرعت بخشیده است.

+ مزیت‌های طراحی مبتنی بر مدل با سیمولینک:

• ایده های جدید را امتحان کنید و تست‌های سریع تکرار شونده را با مدل سازی و شبیه سازی انجام دهید.
• با خودکار کردن مراحل کلیدی مانند گزارش، کدگذاری و تأیید، مراحل دستی را حذف کنید و خطای انسانی را کاهش دهید.
• از یک مدل مجازی برای شبیه سازی و آزمایش زودهنگام، قبل از ساخت نمونه اولیه واقعی از سیستم، استفاده کنید.
• طراحی خود را با مدل‌های فیزیکی، تست سخت افزار در حلقه و نمونه‌سازی سریع اعتباری سنجی کنید.
• کدهای C، C++، CUDA، PLC، Verilog و VHDL با کیفیت تولید کنید و مستقیماً در سیستم تعبیه شده خود مستقر نمایید.
• یک رشته دیجیتال با قابلیت ردیابی از نیازمندی ها و معماری سیستم تا طراحی اجزا و تست ها ایجاد کنید.
• پیش‌بینی نیاز به تعمیر و نگهداری، تشخیص عیوب، و بهینه سازی سیستم در حال کار را با استفاده از مدل هایی به عنوان دوقلوهای دیجیتال انجام دهید.

2. Simulink برای شبیه سازی:

سیستم خود را قبل از انتقال به سخت افزار طراحی و شبیه سازی کنید. فضای طراحی گسترده‌ای پیش رویتان است تا سیستم های خود را زودتر با مدل سازی و شبیه سازی چند دامنه ای آزمایش کنید.

دکتر دیپاک میشرا، مدیر سازمان تحقیقات فضایی هند معتقد است که هیچ ابزار جز سیمولینک وجود ندارد که محیط شبیه سازی را همراه با تایید و اعتبار سنجی سخت افزاری فراهم کند.

می‌توان از آن برای مدل‌سازی، شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های مجازی پیچیده متشکل از سخت‌افزار فیزیکی، نرم‌افزار تعبیه‌شده، الگوریتم‌ها و محیطی که سیستم در آن کار می‌کند، استفاده کرد.

+ مزیت‌های شبیه سازی با سیمولینک:

• معماری سیستم را با استفاده از مدل‌های معماری بصری توصیف کنید.
• سیستم‌هایی که چندین دامنه را در بر می‌گیرند با استفاده از ابزارهای خاص دامنه و بلوک‌های از پیش ساخته شده شبیه سازی نمایید.
• مدل های قابل نگهداری در مقیاس بزرگ را با اجزای قابل استفاده مجدد و آماده برای اجرا توسعه دهید.
• اجزای تیم‌ها و ابزارهای مختلف را در یک شبیه سازی در سطح سیستم به راحتی و باقدرت ادغام کنید.
• رفتارهای سیستم را از طریق شبیه سازی و تجزیه و تحلیل‌های مختلف درک و اعتبارسنجی نمایید.
• کارهای شبیه سازی عظیم را به صورت موازی روی دسکتاپ چند هسته‌ای یا خوشه رایانه یا در فضای ابری اجرا کنید.
• شبیه‌سازی‌ها را به‌عنوان فایل‌های اجرایی مستقل، برنامه‌های وب و واحدهای مدلسازی عملکردی (FMU) اجرا کنید.

3. Simulink برای مهندسی سیستم‌های مبتنی بر مدل:

Model-based systems engineering (MBSE) یا مهندسی سیستم‌‎های مبتنی بر مدل، شامل مدل‌هایی برای پشتیبانی از چرخه حیات کامل سیستم است.

مهندسان از (MBSE) برای مدیریت پیچیدگی سیستم، بهبود ارتباطات و تولید سیستم‌های بهینه استفاده می‌کنند.

MATLAB ، Simulink و System Composer با هم هماهنگی و اتصال میان اجزا سیستم را در سراسر محیط معماری و طراحی آن تضمین می‌کنند.

بنابراین طراحی، تجزیه و تحلیل و تست معماری سیستم و نرم افزار نیز با سیمولینک میسر است.

مهندسان سیستم می‌توانند یک رشته دیجیتالی برای حرکت بین نیازمندی‌های سیستم، مدل‌های معماری، مدل‌های پیاده‌سازی و نرم‌افزارهای تعبیه‌شده ایجاد کنند.

+ مزیت‌های مهندسی سیستم‌های مبتنی بر مدل با سیمولینک:

• می‌توان نیازهای سیستم را ضبط و مدیریت کرد تا امکان تجزیه و تحلیل تأثیر را کند.
• می‌شود معماری سیستم را با گرفتن فراداده معماری و اتصال مستقیم به تجزیه و تحلیل MATLAB برای مطالعات تجاری دامنه خاص، بهینه‌سازی کرد.
• امکان ایجاد نماهای مدل سفارشی سازی شده ساده، برای جداسازی اجزای مورد علاقه برای رفع نگرانی‌های مختلف مهندسی میسر است.
• امکان اعتبار سنجی الزامات و بررسی معماری سیستم با استفاده از آزمون‌های مبتنی بر شبیه سازی فراهم است.
• می‌توان الزامات را به زبان معماری ترجمه و اصلاح کرد. این کار با اجزای آماده برای شبیه سازی و پیاده سازی با استفاده از طراحی مبتنی بر مدل در Simulink میسر است.

4. Simulink برای توسعه نرم افزار چابک:

توسعه نرم‌افزار چابک به تیم‌ها کمک می‌کند که با استفاده از چرخه‌های تکرار کوتاه و با تأکید بر یکپارچگی مستمر و همکاری تیمی، ارزش را سریع‌تر به مشتریان خود ارائه دهند.

شبیه‌سازی، آزمایش و تولید کد به صورت خودکار، چرخه توسعه را کوتاه می‌کند و شما را قادر می‌سازد که به یک تیم موفق و چابک تبدیل شوید.

سازمان‌ها با اتخاذ طرح‌های مبتنی بر مدل به جای روش‌های سنتی، با موفقیت به رفع چالش‌های نیازهای جدید بازار که به سرعت در حال تحولند و طراحی سیستم‌های پیچیده‌تر می‌پردازند.

از جمع‌آوری نیازمندی‌ها، معماری سیستم و طراحی مؤلفه گرفته تا پیاده‌سازی، تأیید، آزمایش و استقرار طراحی مبتنی بر مدل کل چرخه توسعه را در بر می‌گیرد.

این کاربرد ارزشمند حاصل همکاری Simulink با Jenkins، Jira، Git، GitHub و سایر ابزارهای توسعه چابک است که با یکدیگر ادغام می‌شوند و مزایای زیر را به وجود می‌آورند:

+ مزیت‌های توسعه نرم افزار چابک با سیمولینک:

• امکان توسعه و اجرای آزمایش های شبیه سازی در یک سرور اتوماسیون برای تأیید مداوم تکرارهای طراحی جدید و جود دارد.
• قبل از رفتن به سمت ساخت سخت افزار، تجزیه و تحلیل و آزمایش بیشتری را روی دسکتاپ انجام دهید.
• ارائه نرم افزار کار از طریق شبیه سازی که مشتریان می‌توانند آن را ارزیابی کنند.
• از طریق به‌روزرسانی و شبیه‌سازی مدل، به سرعت به نیازهای تغییرات جدید پاسخ دهید.
• با گزارش‌ها و داشبوردهای خودکار، پیشرفت را برای سهامداران کلیدی قابل مشاهده کنید.
• از مدل‌ها به جای اسناد برای همکاری در بین تیم‌ها و برقراری ارتباط با مشتریان استفاده کنید.
• مقیاس منابع را با استفاده از ترکیبی از منابع دسکتاپ، داخلی و ابری توسعه دهید.

موارد استفاده از سیمولینک

• وسیله نقلیه مجازی: با انجام آزمایش مجازی در سناریوهای مختلف، بینشی در مورد رفتار خودرو به دست آورید.
• سیستم های ارتباطی: به مهندسان کمک کنید تا سیستم‌های ارتباطی بی‌سیم از جمله قسمت‌های جلویی RF و آرایه‌های آنتن را طراحی و شبیه‌سازی کنند.
• سیستم های سیگنال مختلط: سیستم‌های سیگنال آنالوگ و مختلط مانند PLL ها و مبدل‌های داده را تجزیه و تحلیل، طراحی و تأیید نمایید.
• سیستم های رانندگی خودکار: طراحی سیستم‌های ادراک، برنامه ریزی و کنترل خودکار رانندگی را پیش ببرید.
• رباتیک و سیستم های خودمختار: برنامه‌های کاربردی مستقل را از درک تا حرکت و بهینه‌سازی رفتار در سطح سیستم را توسعه دهید.
• سیستم های مکاترونیک: سیستم‌های مکاترونیک را با ادغام زیرسیستم‌های فیزیکی با سیستم‌های کنترل و نرم افزارهای تعبیه شده مدل‌سازی، شبیه‌سازی و تایید کنید.
• سیستم های قدرت: شبکه های برق و سیستم‌های حمل و نقل را طراحی و شبیه سازی نمایید.
• تجهیزات پزشکی: نسل بعدی دستگاه‌های پزشکی را طراحی و شبیه‌سازی کنید و آن‌ها را مطابق استانداردها بسازید.
• سیستم های فضایی: از شبیه سازی طرح اولیه برای کاهش خطرات برنامه ناشی از توسعه سیستم‌های ایمنی و ماموریت‌های حیاتی استفاده کنید.

مزایای شبیه سازی با متلب در ابر فردوسی

در این مقاله با مفهوم شبیه سازی با سیمولینک متلب آشنا شدیم. مزایا و کاربردهای آن را هم شناختیم. تنها مسئله باقی مانده نحوه نصب و استفاده از آن است.

به زودی در همین وبلاگ مقاله‌ای مبنی بر آموزش مقدماتی شبیه سازی با متلب منتشر خواهد شد. اما در خصوص نصب و راه اندازی سیمولینک کافی‌ست به سایت ابر فردوسی بروید.

از دیگر نرم‌افزارهای موجود در ابر فردوسی می‌توان به ژوپیترلب، انسیس، آباکوس، آر استودیو، پریمیر، فتوشاپ، افترافکت و… اشاره کرد. همه این‌ها در رایانش ابری و از طریق اینترنت در دسترسند.

برای استفاده از متلب به قیمتی به صرفه و روشی ایمن، به صفحه محاسبات سنگین ابرفردوسی رفته و پس از ثبت‌نام پشتیبانان شرکت متلب را برای شما نصب خواهند نمود.

مقدار منابع پردازشی مورد نیاز خود را انتخاب کنید تا از شبیه سازی با نرم افزار متلب و سیمولینک به صورت آنلاین و با بهترین کیفیت و سرعت لذت ببرید. بر روی لینک زیر بزنید: