Bài thí nghiệm 3 môn Cơ sở tự động - Khảo sát đặc tính động học hệ thống

-> Configuration, chọn mục Solver để cài đặt các thông 
số về thời gian mô phỏng (Simulation time) và phương pháp mô phỏng 
(Solver Options) như ở Hình 6. 
 Vào menu Tool -> Real-Time Workshop -> Build Model (hoặc nhấn chuột trái 
vào biểu tượng Incremental Build) để biên dịch mô hình. 
 Sau khi mô hình biên dịch thành công, vào menu Simulation -> Connect To 
Target (hoặc nhấn chuột trái vào biểu tượng Connect To Target) để kết nối mô 
hình Simulink tới phần cứng. 
Page 6 of 14 
 Vào menu Simulation -> Run (hoặc biểu tượng Run) để tiến hành chạy mô 
hình. 
Hình 5. Mô hình Simulink kết nối phần cứng 
Hình 6. Cài đặt các thông số mô phỏng 
Connect To Target Incremental Build Run 
Page 7 of 14 
IV. CHUẨN BỊ TRƯỚC THÍ NGHIỆM 
4.1. Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 1 
Để thực hiện tốt thí nghiệm trên lớp, sinh viên cần chuẩn bị trước phần lý thuyết và 
thực hiện mô phỏng trên máy tính. 
Giả sử mô hình động cơ có hàm truyền như ở công thức (5) với: 
 K  số thứ tự nhóm,  10  
Yêu cầu là thực hiện các bước sau để nhận dạng các tham số K và  này: 
a) Tạo file mô hình simulink như ở Hình 7 
b) Cài đặt biên độ sóng sine bằng 10, tần số 0.01 rad/s. 
c) Chạy mô phỏng. 
d) Mở scope để xem đáp ứng, xác định tỉ số biên độ giữa tín hiệu ngõ ra và tín hiệu đặt 
/c rA A , xác định độ trễ pha  giữa hai tín hiệu bằng cách đo thời gian t 
e) Ghi lại các kết quả vào Bảng 1. Lưu ý: biên độ tín hiệu phải được tính bằng cách chia 
khoảng cách giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cho 2 vì giá trị trung bình 0 có thể 
không xác định chính xác trên scope 
f) Lặp lại bước b) đến e) với các tần số còn lại như trong Bảng 1, biên độ vẫn giữ 
nguyên bằng 10. 
Hướng dẫn: 
Trước hết, tạo file Simulink như Hình 7, giả sử chọn 5K  
Cài đặt thông số cho khối Sine Wave biên độ bằng 10 và tần số bằng 0.01rad/s. 
Cài đặt thông số mô phỏng như ở Hình 6 nhưng Stop time = 2000, và Sample time = 
0.005 
Chạy mô phỏng, mở Scope để xem đáp ứng ngõ ra và tín hiệu ngõ vào như Hình 8. 
Hình 7. Sơ đồ Simulink mô phỏng mô hình động cơ DC 
Page 8 of 14 
Phóng to theo trục Y để tìm biên độ của đáp ứng ngõ ra như ở Hình 9. Từ hình vẽ ta 
có biên độ bằng 35.4, do đó: / 35.4 /10 3.54 11 c rA A dB   , ghi giá trị này vào Bảng 
1. 
Phóng to theo trục X để tìm độ lệch pha của 2 tín hiệu như Hình 10. Từ hình vẽ ta có 
độ lệch pha: 08 46t s       , ghi giá trị này vào Bảng 1. 
Hình 8. Đáp ứng ngõ ra và tín hiệu ngõ vào của động cơ DC 
Hình 9. Zoom trục Y để tìm biên độ ngõ ra 
Page 9 of 14 
Thực hiện tương tự cho các tần số còn lại trong Bảng 1. Lưu ý: ứng với mỗi tần số 
chọn lại tham số Stop time cho phù hợp. Thông thường chọn Stop time bằng 4 lần chu kỳ 
của tín hiệu sin. 
Vẽ đáp ứng tần số biên độ và pha vào Hình 11 và so sánh kết quả thu được với lệnh 
vẽ bode(G) trong Matlab. 
Lần chạy Tần số (rad/s) /c rA A /c rA A (dB) ( )t s  (độ) 
1 0.01 3.54 11 -8 -46 
2 0.025 
3 0.05 
4 0.075 
5 0.10 
6 0.25 
7 0.50 
8 0.75 
9 1.00 
Hình 10. Zoom trục X để tìm độ lệch pha 
Bảng 1. Dữ liệu mô phỏng cho đáp ứng tần số của tốc độ động cơ DC 
Page 10 of 14 
4.2. Khảo sát đặc tính tần số của hệ thống bậc 2 
Lặp lại các bước mô phỏng như ở mục 4.1. nhưng thêm vào mô hình động cơ DC một 
khâu tích phân lý tưởng như Hình 12, ghi kết quả vào Bảng 2 và vẽ đáp ứng tần số vào Hình 
13. Lưu ý: vì giá trị biên độ của vị trí động cơ không đối xứng qua giá trị 0 nên để tính độ 
lệch pha giữa 2 tín hiệu ta phải dựa vào giá trị đỉnh của 2 tín hiệu ngõ vào và ngõ ra. 
Lần chạy Tần số (rad/s) /c rA A /c rA A (dB) ( )t s  (độ) 
1 0.01 
2 0.025 
3 0.05 
Hình 11. Vẽ đáp ứng tần số của hệ thống bậc 1 
Hình 12. Sơ đồ Simulink mô phỏng mô hình động cơ DC 
Bảng 1. Dữ liệu mô phỏng cho đáp ứng tần số của vị trí động cơ DC 
Page 11 of 14 
4 0.075 
5 0.10 
6 0.25 
7 0.50 
8 0.75 
9 1.00 
V. THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM 
5.1. Đáp ứng tần số của tốc độ động cơ DC 
Trong phần thí nghiệm này ta sẽ khảo sát đáp ứng tần số cho mô hình bậc nhất động cơ 
DC với ngõ vào là điện áp, ngõ ra là tốc độ động cơ. 
Các bước thí nghiệm: 
a) Mở file motor_speed_response.mdl 
b) Cài đặt biên độ sóng sine bằng 7.2, tần số 0.4 rad/s. 
c) Biên dịch chương trình và chạy (xem hướng dẫn ở mục 3.2) 
d) Mở scope để xem đáp ứng, xác định tỉ số biên độ giữa tín hiệu ngõ ra và tín hiệu đặt 
/c rA A , xác định độ trễ pha  giữa hai tín hiệu bằng cách đo thời gian t 
e) Ghi lại các kết quả vào Bảng 3. Lưu ý: biên độ tín hiệu phải được tính bằng cách chia 
khoảng cách giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cho 2 vì giá trị trung bình 0 có thể 
không xác định chính xác trên scope 
Hình 13. Vẽ đáp ứng tần số của hệ thống bậc 2 
Page 12 of 14 
f) Lặp lại bước d) và e) với các tần số còn lại như trong Bảng 3, biên độ vẫn giữ nguyên 
bằng 7.2. 
Lần chạy Tần số (rad/s) /c rA A /c rA A (dB) ( )t s  (độ) 
1 0.4 
2 0.6 
3 0.8 
4 1 
5 2 
6 4 
7 6 
8 8 
9 10 
10 20 
5.2. Đáp ứng tần số của vị trí động cơ DC 
Trong phần thí nghiệm này ta sẽ khảo sát đáp ứng tần số cho mô hình bậc hai động cơ DC 
với ngõ vào là điện áp, ngõ ra là vị trí động cơ. 
Mở file motor_pos_response.mdl. Lặp lại các bước thí nghiệm như trong 5.1 và ghi lại 
kết quả vào Bảng 4. 
Lưu ý: vì giá trị biên độ của vị trí động cơ không đối xứng qua giá trị 0 nên để tính độ 
lệch pha giữa 2 tín hiệu ta phải dựa vào giá trị đỉnh của 2 tín hiệu ngõ vào và ngõ ra. Ta có 
thể chỉnh khối Gain SCALE (bình thường bằng 1) trong mô hình simulink để việc so sánh 2 
đỉnh tín hiệu dễ dàng hơn. Nhưng khi thay đổi SCALE thì sau khi tính tỉ số biên độ phải nhớ 
chia cho SCALE vì ta thay đổi hệ số này chỉ để quan sát đồ thị trên Scope cho dễ dàng hơn. 
Lần chạy Tần số (rad/s) /c rA A /c rA A (dB) ( )t s  (độ) 
1 0.4 
2 0.6 
3 0.8 
4 1 
5 2 
6 4 
7 6 
Bảng 3. Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tần số của tốc độ động cơ DC 
Bảng 4. Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tần số của vị trí động cơ DC 
Page 13 of 14 
8 8 
9 10 
10 20 
5.3. Khảo sát đáp ứng nấc tốc độ động cơ DC 
Trong phần thí nghiệm này ta sẽ xác định đáp ứng nấc tốc độ động cơ DC, từ đó xác định 
độ lợi K và thời hằng  (thời gian tại đó đáp ứng hệ thống bằng 63% giá trị xác lập). 
Các bước thí nghiệm: 
a) Mở file motor_step_response.mdl 
b) Thay ngõ vào bằng khối Step với giá trị đặt (final value) 7.2. 
c) Biên dịch chương trình và chạy 
d) Mở Scope để xem đáp ứng, xác định thời hằng và độ lợi DC. 
e) Lặp lại các bước b) đến d) cho các giá trị còn lại ở Bảng 5. 
Lần chạy Điện áp 
động cơ (V) 
Tốc độ xác lập 
(vòng/phút) 
K  
1 7.2 
2 9.6 
3 12 
4 14.4 
5 16.8 
Giá trị trung bình 
Bảng 5. Dữ liệu thí nghiệm cho đáp ứng tốc độ động 
cơ DC theo thời gian với điện áp đầu vào khác nhau 
Page 14 of 14 
Báo cáo thí nhiệm 
Họ và tên: Nhóm: Ngày: 
1. Từ bảng số liệu ở Bảng 3 và Bảng 4, vẽ biểu đồ đáp ứng tần số tìm được (Bode biên độ 
và Bode pha) trong 2 trường hợp, xác định độ lợi DC và hằng số thời gian của hệ thống 
trong 2 trường hợp 5.1 và 5.2 ? 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................ 
2. Độ dốc (dB/dec) trong biểu đồ biên độ xấp xỉ bằng bao nhiêu? Nó có phù hợp với độ dốc 
của hệ thống bậc nhất đối với trường hợp 5.1 và hệ thống bậc hai đối với trường hợp 5.2 
hay không? 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................ 
3. Từ biểu đồ pha ở trường hợp 5.1, hãy xác định tần số tại đó đáp ứng hệ thống trễ pha so 
với tín hiệu đặt một góc 450? Giải thích về mối liên hệ của tần số này với hằng số thời 
gian của hệ thống? 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................ 
4. Dự đoán về độ lợi của hệ thống khi tín hiệu đặt có tần số rất cao? Độ trễ pha đối với tần 
số này? 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................ 
5. So sánh hằng số thời gian và độ lợi DC trong 2 trường hợp 5.1 và 5.3 ? 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................ 
............................................................................................................................................................