Tiểu luận Matlab - Simulink

4 dạng sóng khác nhau (giống nh− máy 
phát sóng) 
 + Sóng Sin 
 + Sóng vuông (Square) 
 + Sóng răng c−a (Sawtood) 
 + Sóng ngẫu nhiên (Random) 
Với Pulse Generator tạo chuỗi xung hình chữ nhật. Biên độ và tần số có thể khai báo tùy 
ý. Đối với Pulse Generator ta còn có khả năng chọn tỉ lệ cho bề rộng xung( tính bằng phần trăm 
cho cả chu kì) 
 77
d. Repeating sequence 
Khối này cho phép ta tạo nên một tín hiệu tuần hoàn tùy ý. Tham số Time values phải là một 
vecter thời gian với các giá trị đơn điệu tăng. 
Vecter biến ra Output values phải có kích cỡ (chiều dài) phù hợp với chiều dài của tham số Time 
values.Giá trị lớn nhất của vecter thời gian quyết định chu kì lặp lại của vecter biến ra. 
e. Sine Wave 
Khối này đ−ợc sử dụng để tạo tín hiệu hình Sin cho cả hai loại mô hình: liên tục (tham số 
Sample time = 0)và gián đoạn (tham số sample time = 1) 
Màn hình cài đặt thông số cho khối Sine Wave 
 f. From Workspace 
 Khối From Workspace có nhiệm vụ lấy số liệu từ cửa sổ Matlab Workspace để cung cấp 
cho mô hình Simulink. Các số liệu lấy vào phải có dạng của biểu thức Matlab, khai báo tại dòng 
Data. 
 78
g. From File 
Bằng khối From File ta có thể lấy số liệu từ một MAT-File có sẵn. MAT-File có thể là kết 
quả của một lần mô phỏng tr−ớc đó, đã đ−ợc tạo nên và cất đi nhờ khối To file trong sơ đồ 
Simulink 
2. Th− viện Sinks 
 Th− viện này bao gồm các khối xuất chuẩn của Simulink. Ngoài khả năng hiển thị đơn 
giản bằng số, còn có các khối dao động kí để biểu diễn các tín hiệu phụ thuộc thời gian hay biểu 
diễn hai tín hiệu trên hệ tọa độ XY. 
 a. Scope 
Nhờ khối Scope ta có thể hiển thị các tín hiệu của quá trình mô phỏng. Khi nhấn vào 
nút Properties, hộp thoại Scope Properties (đặc điểm của Scope) sẽ mở ra. Chọn 
general ta có thể đặt chế độ cho các trục. Khi đặt Number of axes > 1, cửa sổ Scope sẽ 
có nhiều đồ thị con giống t−ơng tự nh− lệnh Subplot của Matlab. Nếu điền một số cụ 
thể vào ô time range, đồ thị sẽ chỉ đ−ợc biểu diễn tới thời điểm do giá trị của số xác định. 
Cửa sổ của Scope sau khi mở: 
b. XY Graph 
Khối này biểu diễn hai tín hiệu đầu vào trên hệ tọa độ XY d−ới dạng đồ họa Matlab 
đầu vào thứ nhất (bên trên). ứng với trục X đầu thứ hai ứng với trục Y. 
 79
c. To Workspace 
Khối To Workspace gửi số liệu ở đầu vào của khối tới môi tr−ờng Matlab Workspace d−ới 
dạng mảng (Array), Stracture hay Stracture with time và lấy chuỗi kí tự khai tại variable name để 
đặt tên cho tập số liệu đ−ợc ghi. 
 d. To File 
 Khối này giúp ta cất tập số liệu (mảng hay ma trận) ở đầu vào của khối cùng với véctơ 
thời gian d−ới dạng Mat- File. Array định dạng giống nh− định dạng mà khối From File cần, vì 
vậy số liệu do To File cất có thể đ−ợc From File đọc trực tiếp mà không cần phải xử lí gì. 
Ví dụ: hai tín hiệu hình Sin và tín hiệu hình răng c−a đ−ợc hiển thị độc lập, đồng thời trên hệ tọa 
độ XY, đ−ợc thiết lập nh− hình bên. 
3. Th− viện Math 
 Th− viện này có một số khối có chức năng ghép toán học các tín hiệu khác nhau, có 
những khối đơn giản chỉ nhằm cộng hay nhân tín hiệu còn có các hàm phức tạp nh− l−ợng giác 
và logic…Sau đây ta xét chức năng của một số khối quan trọng trong th− viện này. 
a. Sum 
Tín hiệu ra của khối Sum là tổng của các tín hiệu đầu vào (Ví dụ nh− tín hiệu đầu vào là các 
tín hiệu hình Sin thì tín hiệu đầu ra cũng là các tín hiệu hình Sin). Khối Sum cũng có thể tính tổng 
từng phần tử( ví dụ tín hiệu vào gồm hai tín hiệu: Sin(x) 
và [5 9 3] thì tín hiệu ra sẽ có dạng [Sin(x)+5 Sin(x)+9 Sin(x)+3]) 
 80
 b. Product và Dot Product 
Khi Product thc hin phép nhân từng phần tử hay nhân ma trận cũng nh− phép chia 
giữa các tín hiệu vào (dạng 1-D hay 2- D) của khối ví dụ: nếu một khối Product có tham 
số Number of Inputs = */*, với ba tín hiệu vào là 5, sinx và 
[4 4 5 6] khi ấy tín hiệu đầu ra có dạng [20/Sinx 20/sinx 25/Sinx 30/Sinx]. 
Khối Dot Product tính tích vô h−ớng của các Vector đầu vào. Giá trị đầu ra của khối 
t−ơng đ−ơng với lệnh Matlab y = Sum(conj(u1)*u2). 
 c. Math Function và Trigonometric Function 
Cả hai khối này đều có thể xử lí tín hiệu 2-D. Khối Math Function có một l−ợng lớn 
các hàm toán đã đ−ợc chuẩn bị sẵn cho phép ta lựa chọn theo nhu cầu sử dụng. Còn 
khối Trigonometric Function có tất cả các hàm l−ợng giác quan trọng. 
 d. Gain và Slider Gain 
Khối Gain có tác dụng khuyếch đại tín hiệu đầu vào (định dạng 1-D hay 2-D) bằng 
biểu thức khai báo tại ô Gain. Biểu thức đó chỉ có thể là một biến hay một số biến. 
Biến đó phải tồn tại trong môi tr−ờng Matlab Workspace thì khi ấy Simulink mới tính 
toán đ−ợc với biến. 
Khối Slider Gain cho phép thay đổi hệ số khuyếch đại vô h−ớng trong quá trình mô phỏng. 
4. Th− viện Constinuous 
 a.Integrator 
 Khối Integrator lấy tích phân tín hiệu đầu vào của khối. Giá trị ban đầu đ−ợc khai báo 
hoặc trực tiếp tại hộp thoại Block Parameters hoặc thông qua chọn giá trị Internal tại ô Initial 
condition Source để sau đó điền giá trị ban đầu vào dòng viết của ô Initial condition. Đầu ra của 
khối Integrator có thể đ−ợc một tín hiệu bên ngoài lập về một giá trị ban đầu biến trạng thái của 
khối. Biến trạng thái của khối thực chất đồng nhất về giá trị với biến đầu ra nh−ng với Simulink 
tính hai biến đó (biến ra và biến trạng thái) tại những thời điểm ít nhiều có khác nhau. Nếu mô 
hình Simulink chứa các biến trạng thái chênh lệch nhau về kích cỡ giá trị, khi ấy nên khai báo 
tham số Absolute Tolerance riêng rẽ thêm cho từng khối Integrator của mô hình, mặc dù đã khai 
báo Absolute Tolerance chung tại hộp thoại Simulation Parameters. Việc khai báo thêm sẽ buộc 
Simulink bảo đảm đúng giá trị sai số yêu cầu đối với từng khối. 
 81
 b. Derivative 
 Khối này cho phép ta tính đạo hàm tín hiệu đầu vào. Tín hiệu tìm đ−ợc ở đầu ra có 
dạng Δu/Δt với Δ là biến thiên của đại l−ợng cần tính kể từ b−ớc tích phân liền tr−ớc đó. Giá trị 
của ra ban đầu là 0 
c. Transfer Fcn và Zero-Pole 
 Khối Transfer Fcn cho phép có thể mô hình hóa hàm truyền đạt của một hệ tuyến tính. 
Tham số của khối là các hệ số của đa thức tử số và mẫu số, khai báo theo thứ tự số mũ của s 
giảm dần. Bậc của mẫu số phải lớn hoặc bằng bậc của tử số. Ví dụ: nếu nhập cho tử số [5 7 3 1] 
và mẫu số [6 8 3 2 1] khối sẽ tạo ra hàm truyền đạt: 
 W(s) =
( )
( ) 12386
1375
234
23
++++
+++=
ssss
sss
su
sy
 Khối Zero Pole sẽ tạo nên từ các tham số Zeros, Poles và Gain một hàm truyền đạt d−ới 
dạng hệ số hóa theo điểm không, điểm cực. 
 82
d. Transport Delay và Variable Transport Delay 
 Khối Trasnport Delay làm trễ tín hiệu vào khoảng thời gian ≥ 0 khai báo tại ô Time Delay 
tr−ớc khi xuất tới đầu ra. Chỉ đến khi thời gian mô phỏng bắt đầu v−ợt quá thời gian trễ (so với 
lúc bắt đầu mô phỏng), khối Transport Delay mới xuất giá trị khai tại Initial Input tới đầu ra. 
 Bằng khối Variable Transport Delay có thể điều khiển trễ tín hiệu một cách rất linh hoạt: 
tín hiệu chứa thời gian trễ đ−ợc đ−a tới đầu vào thứ hai (đầu vào phía d−ới) của khối. Tại ô 
Maxmum Delay ta phải khai một giá trị trễ tối đa, có tác dụng giới hạn (chặn trên) giá trị của tín 
hiệu điều khiển thời gian trễ. 
5. Th− viện Tables 
 a. Lookup Table 
 Khối này tạo tín hiệu ra từ tín hiệu vào trên cơ sở thông tin cất trong một bảng tra (Vector 
of input values x Vector of output values). Nếu giá trị hiện tại của tín hiệu vào trùng với một giá 
trị thuộc Vector of input values, giá trị t−ơng ứng trong bảng thuộc Vevtor of output values sẽ 
đ−ợc đ−a tới đầu ra. Nếu giá trị của tín hiệu vào nằm giữa hai giá trị thuộc Vector of output 
values, Simulink thực hiện nội suy hai giá trị t−ơng ứng của Vector of output values. Nếu giá trị 
của tín hiệu vào bé hơn / lớn hơn giá trị đầu tiên / giá trị cuối cùng của Vector of input values, 
 83
Simulink sẽ thực hiện ngoại suy hai gía trị đầu tiên / cuối cùng của Vector of output values. 
Vector of input values có thể là một Vector hàng hay một Vector cột. 
b. Lookup Table (2-D)1 
 Khối này cho phép tạo nên một bảng tra hai chiều. Bằng tham số Table ta khai báo một 
ma trận cất các tín hiệu đầu ra. Muốn tìm đ−ợc giá trị đ−a tới đầu ra ta cần biết Row để tìm hàng 
và Column để tìm cột của ô trong giá trị ma trận. Tín hiệu đặt ở đầu vào phía trên đ−ợc so với 
Row tín hiệu đặt ở đầu vào phía d−ới đ−ợc so với Column. 
II. áp dụng Simulink vào thiết kế và phân tích 
 Trong việc khảo sát những ứng dụng ta thử xây sơ đồ mô phỏng cho hệ dao động lò xo khối 
l−ợng sau: 
 m 
k 
f 
y
 84
 Hệ lò xo khối l−ợng trên đ−ợc mô tả bởi ph−ơng trình vi phân: 
 m: khối l−ợng; k: độ cứng lò xo 
 Từ đó ta có sơ đồ khối sau: 
Hình 1: Sơ đồ khối hệ dao động 
Sau đó ta thử xây dựng sơ đồ mô phỏng trong Simulink 
Hình 2. Sơ đồ khối mô phỏng hệ khối l−ợng lò xo 
 Hình 3. Dạng sóng ngõ ra của Scope 
 Từ sơ đồ thiết kế ta có thể thêm vào các khối để khảo sát hệ nh−: hệ số cứng 
(gain), thay đổi dạng sóng... 
 Trong các sách bài tập điều khiển tự động có các khối nh−ng không biết đ−ợc đáp ứng 
của hệ nh− thế nào. Việc dùng Simulink để khảo sát rất thuận tiệncho việc phân tích bài toán 
f yy&y&&
fkyym =+&&
∫ ∫
 85
 Hình 4. Sơ đồ khối của một hệ d−ới tác động của đáp ứng b−ớc 
Hình 5. Đáp ứng của sơ đồ ở hình 2.35 và 2.36 là sơ đồ của 
động cơ điện và đáp ứng vận tốc quay 
 Hình 6. Sơ đồ khối của động cơ điện 
 86
 Hình 7. Đáp ứng vận tốc quay 
 Trong điều khiển tự động thên vào khâu các P, PI, PID làm cho hệ thống hoạt động tốt và 
ổn định hơn. 
 Các sơ đồ điều khiển và mô phỏng 
Hình 8. Hệ thống điều khiển có khâu PI 
 Hình 9. Đáp ứng tại khâu bão hòa 
 87
 Hình 2.39. Đáp ứng ngõ ra. 
 Hình 10. Hệ thống mô phỏng của chuyển động rơi quả banh 
 Hình 11. Kết quả mô phỏng 
 88
 Hình 12. Sơ đồ mô phỏng một khâu bậc hai 
 Hình 13: Đáp ứng của khâu bậc hai d−ới ngõ vào là hàm dốc và b−ớc 
 Hình 14. Mô hình động cơ không đồng bộ 
 89
 Hình 2.45. Kết quả mô phỏng 
 Hình : Sơ đồ điểu khiển động cơ DC 
 Hình 15 : Đáp ứng của động cơ với khâu P 
 90