修正対象モデル

修正対象モデルは、図1の2入力の加算器とGainの各々1個からなる、サブシステム「Adds」をもつモデル「all_add.slx」を使用します。「第1回：Simulink® APIの基本1(基礎の基礎)」で使用したモデルです。

図1　修正対象モデル「all_add.slx」

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

モデル修正の内容

「all_add.slx」を対象にSimulink® APIを使用して以下の修正を行います。

• 2入力加算器Add_1を3入力に修正
• Gain_1を削除
• 修正した、サブシステム「Adds」と同構成のサブシステム「Adds1」を追加

手順

上記内容のモデル修正をして、シミュレーションの実行をSimulink® APIで行うためには、図2のような手順になります。大きく5つのStepに分かれます。各Stepで順に説明していきます。

図2　手順

出典：Microsoft® PowerPointで作成

Step1. 既存モデル読込み

既存モデルを読込むには図3のように変数sysにモデル名を設定し、

load_system(sys)

でモデルを読込みます。
今回は、モデルの変化の過程が見えるようにモデルを表示させるため、

open_system(sys)

もあわせて実行しています。図3のコマンドを実行することで、図1の上側のモデルが開いた状態になります。

図3　既存モデル読込み

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

Step2. サブシステム「Adds」の変更

加算器を2入力から3入力に変更

2入力の加算器add_1に変更を行うために、まずAdd_1のパスを検出するために、図4のように、

find_system(モデル名,’Name’,’Add_1’)

を実行します。その後、

set_system（設定対象のパス ‘Inputs’,’+++’）

で入力数を３入力に変更します。

図4　加算器の入力数変更のAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図5　加算器の入力数変更結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

APIの実行結果は図5の通り、加算器Add_1の入力が3つに増えています。

加算器の3つ目の入力値を設定

増やした加算器の3つ目の入力に定数ブロックで値「3」をつなぎます。
定数ブロックとは、加算器Add_1の親階層でつなぐため、まず入力ポートを追加します。
図6のように

get_param(Add_1のパス,’Parent’)

でAdd_1の親階層のパスを検出し、

add_block('simulink/Sources/In1', Add_1の親階層のパス+"/In3")

で入力ポート「In3」を追加します。APIの実行結果は図7の通りです。

図6　入力ポート追加のAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図7　入力ポート追加の結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

次に、追加された入力ポートIn3と加算器Add_1を結線します。図8のように、

add_line（結線する階層のパス,’In3/1’,’Add_1/3’）

で、「入力ポートIn3の出力端子1」と「加算器Add_1の入力端子3」を結線します。
APIの実行結果は図9の通りです。

図8　「入力ポートIn3の出力端子1」と「加算器Add_1の入力端子3」の結線のAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図9　「入力ポートIn3の出力端子1」と「加算器Add_1の入力端子3」の結線の結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

続いて、Add_1の親階層に定数ブロックを追加します。

図10のように、

add_block('simulink/Sources/Constant',sys+"/Constant2")

で定数ブロックを追加します。追加した定数ブロック「Constant2」で、値「3」、サンプリング時間が変数Ts、出力データ型がシングルになるように

set_param(sys+"/Constant2",'Value','3','SampleTime','Ts','OutDataTypeStr','single')

のように設定します。

add_line(sys,'Constant2/1','Adds/3')　

を実行して、定数ブロック「Const2」の出力端子1と、サブシステム「Adds」の入力端子1を結線し、

Simulink.BlockDiagram.arrangeSystem(sys)

でsys階層をレイアウト整形します。

図10のAPIを実行した結果は図11の通りです。

図10　定数ブロック追加のAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図11　定数ブロック追加結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

Gainブロックを削除

続いて、図9のGainブロックを削除します。図12のように、まず

find_system(parent_path{1},'BlockType','Gain','Gain','1');

で、削除対象のGainブロックのパスを抽出します。
今回は、対象ブロックの検索をブロックの名前ではなく、BlockTypeが「Gain」でゲイン係数が「1」を指定して行いました。

図12　Gainブロック削除のAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図13　Gainブロック削除結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

そして、削除対象のゲインブロックにつながるラインハンドルを

lh_gain = get_param(gain_path{1},'LineHandles');

で取得し、その中から、入力側、出力側につながるラインハンドルを

lh_gain_i = lh_gain(1).Inport;
lh_gain_o = lh_gain(1).Outport;

でそれぞれ抽出します。あとは、これらのラインハンドルを使って、ゲインブロックの入力につながるラインを

delete_line(lh_gain_i);

で、削除し、 ゲインブロックの出力につながるラインを

delete_line(lh_gain_o);

で削除します。最後に、ゲインブロックを

delete_block(gain_path {1});

で削除します。 図12のAPIを実行した結果は図13の通りです。

結線

Gainブロック削除後の、図13のAdd_1と出力端子1（出力ポート名「Out1」）の結線をします。

図14　結線のAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図15　結線の結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図14のように、まず加算器「Add_1」のポートハンドルを

ph_add = get_param(ch_blk_path{1},'PortHandles');

で取得し、入力ポートハンドル、出力ポートハンドルを

ph_add_i = ph_add.Inport;
ph_add_o = ph_add.Outport;

でそれぞれ抽出します。

次に、出力ポート名「Out1」のパスを

outport_path = find_system(parent_path{1},'Name','Out1');

で検出し、出力ポートのポートハンドルを

ph_outport = get_param(outport_path{1},'PortHandles');

で取得します。

その中から、入力ポートハンドルを

ph_outport_i = ph_outport.Inport;

で抽出します。
抽出したポートハンドルを使用して、加算器「Add_1」の出力端子と出力ポート名「Out1」の入力端子を

add_line(parent_path{1},ph_add_o,ph_outport_i);

で結線します。図14のAPIを実行した結果は図15の通りです。

レイアウト整形

図15のように入力ポート3とAdd_1の結線のレイアウトが崩れているため、レイアウト整形をします。図6で使用した、Add_1の親階層のパスのparent_path{1}を使用して、図16のように整形対象階層を指定します。

Simulink.BlockDiagram.arrangeSystem(parent_path{1});

図16　レイアウト整形のAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図17　レイアウト整形の結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図16のAPIを実行した結果は図17の通りです。

Step3. サブシステム「Adds1」の作成

サブシステム「Adds」をコピーして「Adds1」を作成

図18のようにサブシステム「Adds」をコピーして「Adds1」を作成するために、

add_block(sys + "/Adds",sys + "/Adds1");

を実行します。
今回は、途中経過の説明時のレイアウトを見やすくするために、

Simulink.BlockDiagram.arrangeSystem(sys);

も実行しました。図18のAPIを実行した結果は、図19の通りです。

図18　サブシステム「Adds1」作成のAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図19　サブシステム「Adds1」の作成結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

入力値を設定

サブシステム「Adds1」の入力値を設定します。図20のようにまず定数ブロックを追加するために、

add_block('simulink/Sources/Constant',sys+"/Constant3");
add_block('simulink/Sources/Constant',sys+"/Constant4");
add_block('simulink/Sources/Constant',sys+"/Constant5");

を実行します。
続いて、各定数ブロックに、値に「4」「5」「6」、サンプリング時間にTs、出力データ型にSingleを設定するために、

set_param(sys+"/Constant3",'Value','4','SampleTime','Ts','OutDataTypeStr','single');
set_param(sys+"/Constant4",'Value','5','SampleTime','Ts','OutDataTypeStr','single');
set_param(sys+"/Constant5",'Value','6','SampleTime','Ts','OutDataTypeStr','single');

を実行します。あとは、各定数ブロックの出力端子とサブシステム「Adds1」の入力端子を結線するために、

add_line(sys,'Constant3/1','Adds1/1');
add_line(sys,'Constant4/1','Adds1/2');
add_line(sys,'Constant5/1','Adds1/3');

を実行します。そして最後に、途中経過の説明時のレイアウトを見やすくするために、

Simulink.BlockDiagram.arrangeSystem(sys);

でレイアウト整形します。

図20　入力値設定のAPIを実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図21　入力値設定の結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図20のAPIを実行した結果は図21の通りです。

Displayブロック追加

図21で、サブシステム「Adds1」の接続先として、Displayブロック「Display1」を追加するために、図22のように

add_block('simulink/Sinks/Display',sys+"/Display1");

を実行します。そして、サブシステム「Adds1」の出力端子1とDisplayブロック「Display1」の入力端子1を結線するために、

add_line(sys,'Adds1/1','Display1/1');

を実行します。最後に、レイアウト整形をするために

add_line(sys,'Adds1/1','Display1/1');

を実行します。図22のAPIの実行結果は図23の通りです。

図22　Displayブロック追加のAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図23　Displayブロック追加の結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

Step4. シミュレーション実行

モデルの修正が終わったので、シミュレーションを実行して期待通りの値が得られるか確認します。
今回は、図24のように変数Tstopに値を設定した後、

set_param(sys,'StopTime','Tstop');

として、Tstopをシミュレーション終了時間に設定しました。
図24のAPIを実行した結果は図 25の通りです。橙色の枠で囲まれた箇所に終了時間が設定されています。

図24　シミュレーション終了時間を設定するAPI実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図25　シミュレーション終了時間を設定した結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図26　シミュレーション開始のAPIを実行

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

図27　シミュレーションを実行した結果

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

準備が整ったので、最後に図26のように

sim(sys);

として、シミュレーションを開始します。図27がシミュレーションの結果です。

Displayブロックにサブシステム「Adds」、「Adds1」各々の出力結果が表示されており、期待通りの結果が得られています。

Step5. モデルの保存&クローズ

最後に、修正したモデルを保存し、クローズします。まず図28のように、

sys_new = 'all_add_new';

で、修正したモデルにつける、新たなモデル名を変数sys_newに設定し、

save_system(sys,sys_new);

を実行し保存します。そして

close_system(sys_new);

でモデルをクローズして終了です。

図28　モデルの保存&クローズ

出典：MATLAB®/Simulink®上で自らした、コマンド実行/実行結果のキャプチャー画像

おわりに

今回は「MATLAB®スクリプトでSimulink®モデルを修正してみた」の第3回目で「実際にモデルを修正してみた」と題して、Simulink® APIを使用してSimulink®モデルの修正を行い、シミュレーションを実行し、一連の流れを説明しました。
シミュレーションで期待した結果が得られ、正しく修正できたことを確認できました。

ブログ内で説明した、Simulink® APIによるSimulink®モデルの修正のMATLAB®スクリプト「sample_prg.m」、変更前モデル「all_add.slx」については、以下よりダウンロードしてご活用ください。

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最後までお付き合いいただきありがとうございました。

参考文献
[1]：MathWorks社　「Simulink API トレーニング」テキスト, 2019年
[2]： MathWorks社Webサイト,「プログラムによるモデル編集」

このブログのシリーズ

MATLAB®スクリプトでSimulink®モデルを修正してみた【第1回】Simulink® APIの基本1 （基礎の基礎）

MATLAB®スクリプトでSimulink®モデルを修正してみた【第2回】Simulink® APIの基本2 （モデル編集のAPI）

MATLAB®スクリプトでSimulink®モデルを修正してみた【第3回】実際にモデルを修正してみた

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