Mathe-Lexikon: Simulink

Simulink ist eine Software des US-Unternehmens The Mathsworks. Mit Simulink lassen sich dynamische Systeme mithilfe von Funktionsblöcken am Computer simulieren. Für die Ausführung von Simulink ist die Software Matlab notwendig. Immerhin ist die Software eine Erweiterung von Matlab. Das Ziel von Simulink ist es, mathematisch darstellbare technische, physikalische oder theoretische Systeme und Modelle zu erstellen, modellieren und simulieren. Die Anwendung von Simulink eignet sich für diskrete und kontinuierliche dynamische Systeme.

Simulink arbeitet mit einer grafischen Oberfläche. In dieser werden die Modelle über miteinander verbundene Funktionsblöcke zusammengestellt. Es entsteht eine Darstellung der Systeme mit Signalflussbildern. Die Signalflussbilder lassen sich direkt in Programme umsetzen. Beschrieben sind die Systeme mithilfe von linearen oder nichtlinearen Gleichungen sowie Differenz- und Differenzialgleichungen.

Für welche Bereiche Simulink eingesetzt werden kann

Wenn es um die Einsetzbarkeit von Simulink geht, lässt sich sagen, dass dieses beispielsweise für die Simulation technischer Regelkreise, für Simulationen in der Signalverarbeitung oder für Rapid Prototyping und Loop-Tests verwendet wird. Die Modelle sind in Dateien mit folgender Endung gespeichert: .mdl. Dies sind textbasierten Dateien, welche alle Bestandteile und Funktionsblöcke inklusive der Signalverbindungen und der Parameter für die Simulation enthalten. Mit einem Texteditor können die .mdl-Dateien gelesen und bearbeitet werden.

Arbeitsweise von Simulink

Die Arbeitsweise von Simulink ist grafisch basiert. Anstatt die Simulationsmodelle mit zeilenorientierter Programmierung zu erstellen, verwendet Simulink ein Editierfenster, indem die Modelle mittels Blöcken visuell entstehen. Die verschiedenen kontinuierlichen oder diskreten Blöcke lassen sich über den Simulink Library Browser aus einer Bibliothek entnehmen und werden per Maus in das Editierfenster gezogen.

Neben den vorgegebenen Blöcken gibt es weitere Schaltblöcke von The Mathworks sowie anderen Herstellern. Ebenfalls per Maus lassen sich die Blöcke miteinander verbinden. Ist das Modell grafisch zusammengestellt, sind die verschiedenen Blöcke und Verbindungen zu parametrisieren.

Nachdem alle Simulationsparameter festgelegt wurden, kann mit der Simulation begonnen werden. Sie nutzt iterative Näherungsverfahren und liefert Ergebnisse, die wiederum grafisch darstellbar sind. Während der Simulation eines Modells berechnet Simulink die Ausgänge der Funktionsblöcke unter Berücksichtigung der Eingänge und des jeweilig gültigen Algorithmus.

Simulink gestattet es, mit sogenannten S-Funktionen eigenen Code in das Modell zu integrieren. Einstellbar sind für die Simulationen Werte wie Start- und Endzeit, variable oder feste Schrittweiten von Parametern, verschiedene Lösungsalgorithmus (Solver), mögliche Fehlerkategorien und Vieles mehr. Aus MATLAB und Simulink heraus können geeignete Toolboxen fertigen C- oder HDL-Code für Hardware wie Mikroprozessoren oder FPGAs (Field Programmable Gate Array) liefern.

Welche Voraussetzungen für die Nutzung von Simulink gelten

Wer sich dafür entscheidet, Simulink zu verwenden, sollte dafür sorgen, dass Matlab bereits installiert wurde. Ansonsten können keine Modelle erstellt, parametrisiert und simuliert werden. 

(Lesetipp: Numerische Mathematik mit Matlab)

Erweiterungsmöglichkeiten von Simulink

Simulink hält viele Erweiterungsmöglichkeiten bereit, welche auch Blocksets genannt werden. Diese stammen entweder von The Mathworks oder anderen Herstellern und lassen sich in die eigenen Modelle integrieren. 

Einsatzmöglichkeiten von Simulink

Es gibt viele Einsatzmöglichkeiten von Simulink. Grundsätzlich lassen sich mit Simulink alle Systeme simulieren, die mathematisch beschreibbar sind. Häufige Einsatzgebiete sind Simulationen in folgenden Bereichen:

• Regelungstechnik

• Loop Testing

• Signalverarbeitung

• Rapid Prototyping

• Robotik

Fazit: 

Simulink ist ein grafikorientiertes Softwaretool, welches zur Simulation und Analyse von linearen und nichtlinearen mathematischen Modellen dient. Man kann sagen, dass Simulink als Unterprogramm von Matlab dient und auf dessen numerischen Lösungsalgorithmen zugreift. Das Besondere ist, dass bei Simulink kein Programmieraufwand entsteht. Wer Simulink benutzen möchte, muss zunächst Matlab starten. Denn die Benutzung von Simulink setzt die Installation von Matlab voraus.

Für Studierende ist der Umgang mit Simulink und Matlab häufig zunächst eine Herausforderung und vergleichbar mit einem Buch mit sieben Siegeln. Doch, wer einmal verstanden hat, wie diese Programme verwendet werden, merkt schnell, dass diese nicht nur leichter sind als gedacht, sondern insbesondere auch Spaß machen kann. 

Wir von Mathelöser helfen euch bei euren Fragen zu Simulink und Matlab. Nehmt noch heute Kontakt zu uns auf. Entweder per Mail an: info@matheloeser.com oder nutzt unseren praktischen Service Aufgabe hochladen.