MATLABとSimulink APIによるモデル開発、シミュレーションの自動化、効率化方法（テトリスも作成可能？)

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MATLAB
2020.02.20
プログラマー

simulinkってGUIで操作しているけど、MATLABのスクリプトから効率よく操作できないのかな？

Simulink APIって聞いたことがあるけど、使えるのかな？

こんな疑問に答えていきます。

Simulinkは、モデルベースの設計（MBD）で広く使用されるツールであり、システムのモデル化、シミュレーション、コード生成が可能です。Simulinkは、GUIを介して直感的なモデリング環境を提供していますが、APIを使うことで、コマンドラインからSimulinkを制御することができます。この記事では、SimulinkのAPIを使用する場面をいくつか紹介します。

筆者は現役20年目のエンジニアです。仕事でもプライベートでもMATLAB/Simulinkを使っていますが、SimulinkをGUIだけでなくAPIを使ってCUIで自動化、効率化しています。

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Simulink APIの例

まずはどんなことができるのか、Simulink APIのよく使われる例で示します。

ブロックのパラメータを取得する

% ブロックのパラメータを取得
paramVal = get_param('mySimulinkModel/Subsystem/Gain', 'Gain');

ブロックのパラメータを設定する

% ブロックのパラメータを設定
set_param('mySimulinkModel/Subsystem/Gain', 'Gain', '2');

ブロックを追加する

% 新しいブロックを作成
newBlock = add_block('simulink/Sources/Step', 'mySimulinkModel/Step');

% ブロックのパラメータを設定
set_param(newBlock, 'Position', '[100, 100, 150, 150]');
set_param(newBlock, 'Time', '0:0.1:10');
set_param(newBlock, 'Before', 'mySimulinkModel/Subsystem');

シミュレーションを実行する

% シミュレーションの設定を作成
simConfig = getActiveConfigSet('mySimulinkModel');
simConfig = simConfig.copy;
set_param(simConfig, 'StopTime', '10');
set_param(simConfig, 'FixedStep', '0.1');

% シミュレーションを実行
simOut = sim('mySimulinkModel', simConfig);

シミュレーション結果を取得する

% シミュレーション結果を取得
simOut = getSimulinkOutput('mySimulinkModel');
time = simOut.time;
data = simOut.signals.values;

これらは、Simulink APIを使用する一般的な例です。

※上記コードは、Simulinkのバージョンやモデルの作りによってそのまま実行できるわけではないのですが、ここではこのようなAPIがあり、それぞれどんな事に使えるのか、に着目していただければと思います。

これらの例をベースに、自分のプロジェクトに適したスクリプトを作成することができます。

Simulink API活用例

システムの統合

Simulinkは、他のツールと統合することができます。APIを使用すると、Simulinkと他のツールとの統合をよりスムーズに行うことができます。たとえば、Simulinkモデルから自動的にコードを生成し、それを他のツールでビルドすることができます。

幾つかの例を示します。

MATLABスクリプトとの統合

MATLABは、Simulinkと密接に統合されています。MATLABスクリプトを使用して、Simulinkモデルを作成、編集、および制御することができます。たとえば、MATLABスクリプトを使用して、Simulinkモデルのパラメータを設定したり、モデルの入力を定義したりすることができます。

前述のAPIの例がそうですね。

C/C++コード生成ツールとの統合

Simulinkは、CおよびC++コードを生成するためのツールとも統合されています。これにより、Simulinkモデルを使用して、CおよびC++コードを生成して、外部のアプリケーションと統合することができます。たとえば、生成されたCコードを使用して、外部の制御システムと通信することができます。

ハードウェアの制御ツールとの統合

Simulinkは、多数のハードウェアの制御ツールとも統合されています。たとえば、Simulinkモデルを使用して、ArduinoやRaspberry Piなどのマイクロコントローラを制御することができます。これにより、Simulinkモデルを使用して、ロボットや制御システムなどのハードウェアを制御することができます。

外部シミュレーションツールとの統合

Simulinkは、他のシミュレーションツールとも統合されています。たとえば、Simulinkモデルを使用して、外部のシミュレーションツールと統合して、複雑なシステムのシミュレーションを実行することができます。

ビジュアル化ツールとの統合

Simulinkは、多数のビジュアル化ツールとも統合されています。たとえば、MATLABのライブスクリプト機能を使用して、Simulinkモデルの結果を可視化することができます。また、Simulinkの結果をMATLABのグラフィックス機能を使用してプロットすることもできます。

シミュレーションの自動化

Simulink APIを使用して、シミュレーションの自動化ができます。スクリプトを作成して、シミュレーションの設定、パラメータの変更、およびデータ収集を自動化できます。これにより、複数のシミュレーションを迅速かつ正確に実行できます。

テストの自動化

Simulink APIを使用すると、自動テストを作成できます。スクリプトを使用して、自動的にテストケースを作成し、テストを実行して、テスト結果を分析できます。

たとえば、シミュレーションの結果をファイルに保存し、それを解析して、結果を報告書にまとめることができます。

これにより、開発者は時間と手間を省きながら、高品質のソフトウェアを開発できます。

コード生成の自動化

Simulinkは、コード生成にも利用されます。APIを使用すると、自動的にコードを生成することができます。たとえば、モデルの変更があった場合に自動的にコードを再生成することができます。

以上のように、Simulink APIは、バッチ処理、システムの統合、シミュレーション結果の解析、コード生成の自動化、など、様々な場面で使用することができます。

Simulink APIでテトリス作成？熟練すると何でもできる!?

こちら、公式サイトのブログにある、「Simulink API で MATLAB から Simulink を操る」という記事ですが、Simulink APIを使ってモデルの移動やパラメータ変更を駆使して、テトリスを作成しています。凄いですね！

ちなみに、Simulink APIを使用して本格的なゲームを作成するというのは、グラフィックスエンジンを使用して表示する必要があるなど、かなり高度、というかマニアックなプログラミングスキルや知識が必要になる可能性があるため、一般的な用途には向かないかもしれません（汗

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まとめ

Simulink APIでモデル作成、検証を自動化、効率化

本記事ではこれからSimulink APIの使用例、どのような場面で使えるかを紹介しました。

SimulinkはGUIからの作成、実行、操作が基本ではありますが、ある程度使い慣れたら、CUIから(MATLABのスクリプトから)の操作の方が効率的です。

シミュレーションの実行や結果の表示をスクリプトから操作するだけでも大幅に効率が上がります。ぜひ活用してみてください。

 

筆者は現役20年のソフトウェアエンジニアです。幾つかMATLAB/Simulinkの記事を作成しています。

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2023.02.18

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長くなりましたが、ご覧いただきまして有難うございました。良ければコメント、改善要望などもご自由にお書き下さい。参考にさせていただきます。

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