Giáo trình Matlab v5.2 - Phần 2: Ứng dụng về xử lý tín hiệu số

2 - ứng dụng 
195
Simulink đã đ−ợc tích hợp nên ta có thể mô phỏng, phân tích vμ sửa chữa mô hình 
trong cả hai môi tr−ờng tại bất kỳ điểm nμo. 
 Để xem xét một ch−ơng trình cách tốt nhất lμ ta xem xét một vμi ví dụ. 
2. Bμi toán thứ nhất 
2.1 Đặt bμi toán cho mô hình 
Một ví dụ đáng chú ý của Simulink lμ mô hình nhiệt động học của một ngôi 
nhμ. 
Để chạy mô hình nμy ta thực hiện các b−ớc d−ới đây: 
1. Chạy MATLAB. 
2. Để chạy mô hình ta đánh "Thermo" trong cửa sổ lệnh của MATLAB. Lệnh 
nμy sẽ chạy Simulink vμ tạo ra một cửa sổ chứa mô hình sau (Hình 2.2.1) 
Hình 2.1 Sơ đồ mô hình mô tả bằng Simulink 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
196
Khi bạn xem mô hình,Simulink sẽ đ−a ra hai khối hiển thị có tên "Indoor vs 
Outdoor Temp" vμ " Heat cost". 
3.Để bắt đầu mô phỏng, vμo menu Simulation vμ chọn lệnh Start ( Hoặc ấn 
phím Start trên thanh công cụ của cửa sổ Simulink). Khi chạy mô phỏng, 
nhiệt độ trong vμ ngoμi nhμ sẽ hiển thi trong khối Scope "Indoor vs Outdoor Temp" vμ 
số tiền nhiệt phải trả sẽ xuất hiện trong khối Scope " Heat Cost". 
4. Để dừng mô phỏng, chọn lệnh Stop trong menu Simulation ( Hoặc ấn phím 
Pause trên thanh công cụ ). 
5.Khi bạn đã kết thúc việc chạy mô hình nμy, đóng mô hình bằng lệnh Close từ 
Menu File. 
2.2 Mô tả mô hình bμi toán 
Mô hình mô phỏng nhiệt động của ngôi nhμ lμ một mô hình đơn giản. Máy 
điều nhiệt đ−ợc đặt tại 700 F vμ bị tác động bởi nhiệt độ bên ngoμi biến đổi theo luật 
hình sin có biên độ lμ 150 xung quanh nhiệt độ 500. Đây lμ sự mô phỏng sự thay đổi 
nhiệt độ hμng ngμy. 
Mô hình sử dụng các hệ con để đơn giản hoá sơ đồ mô hìnhvμ tạo ra hệ thống 
có thể sử dụng đ−ợc. Hệ con lμ một nhóm các khối mμ đ−ợc đại diện bởi hệ con. Mô 
hình náy có 5 hệ con: máy điều nhiệt, nhμ vμ 3 hệ biến đổi nhiệt độ ( hai hệ biến đổi từ 
0F sang 0C vμ một biến đổi từ 0C sang 0F). 
Nhiệt độ bên trong vμ ngoμi nhμ đ−ợc cấp tới hệ con "House",vμ nó sẽ luôn cập 
nhật nhiệt độ trong nhμ.Nhấp kép vμo khối 'House" để xem các khối cơ bản của hệ phụ 
nμy. 
Hình 2.2 Mô hình nhiệt động của ngôi nhμ 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
197
Mô hình hệ con ổn định nhiệt lμ hoạt động của máy ổn nhiệt, nó quyết định khi 
nμo hệ thống nhiệt bật hay tắt. Nháy kép vμo khối để xem các khối cơ bản của hệ nμy. 
Hình 2.3 Mô hình máy ổn nhiệt 
Cả nhiệt độ bên trong vμ bên ngoμi nhμ đ−ợc biến đổi từ 0F sang 0C bởi một hệ 
con chung. 
Hình 2.4 Mô hình hệ biến đổi từ độ F sang độ C 
Khi nhiệt đ−ợc bật,tiền nhiệt phải trả sẽ đ−ợc tính toán vμ hiển thị trên khối 
"Heat Cost", nhiệt độ bên trong nhμ đ−ợc hiển thị trên khối "Indoor Temp". 
2.3Thử lại một số quá trình 
Có một số quá trình mμ ta cần thử lại để xem mô hình đáp ứng nh− thế nμo đối 
với các thông số khác nhau. 
• Một khối hiển thị bao gồm vùng hiển thị tín hiệu vμ điều khiển mμ nó cho 
phép ta lựa chọn khoảng tín hiệu hiển thị, phóng to từng phần tín hiệu vμ 
thực hiện các công việc khác. Trục hoμnh biểu diễn thời gian vμ trục tung 
biểu diễn giá trị của tín hiệu. 
• Khối hằng số có tên lμ "Setpoint" đặt nhiệt độ yêu cầu trong nhμ. Mở khối 
nμy ra vμ đặt giá trị tới 800 F khi đang chay mô phỏng. Xem nhiệt độ bên 
trong nhμ vμ tiền nhiệt thay đổi. Cũng nh− vậy ta cũng có thể thay đổi nhiệt 
độ bên ngoμi vμ xem ảnh h−ởng của nó đối với mô hình. 
• Điều chỉnh độ biến đổi nhiệt độ hằng ngμy bởi việc mở khối phát sóng sin 
có tên "Daily Temp Variation" vμ thay đổi thông số biên độ. 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
198
2.4 Hiệu quả của việc mô phỏng quá trình. 
Ví dụ nμy lμm sáng tỏ một vμi công việc đã đ−ợc sử dụng để xây dựng mô 
hình. 
• Chạy mô phỏng bao gồm đặt các thông số vμ bắt đầu mô phỏng với lệnh 
Start. 
• Bạn có thể gói gọn toμn bộ các khối có liên quan trong một khối đơn gọi lμ 
hệ con. 
• Bạn có thể tạo ra biểu t−ợng của mình vμ thiết kế một hộp đối thoại cho 
một khối công việc sử dụng "masking".Trong mô hình nhiệt tất cả các hệ 
con đ−ợc tạo ra biểu t−ợng sử dụng "Masking". 
• Khối hiển thị hiển thị ra đồ hoạ nh− một máy hiện sóng thực sự. Khối hiển 
thị hiển thị tín hiệu vμo của nó. 
2.5 Các ví dụ có thể sử dụng khác của Simulink 
Các ví dụ khác lμm sáng tỏ khái niệm về mô hình có thể đ−ợc sử dụng. Bạn có 
thể xem các ví dụ nμy từ cửa sổ th− viện của Simulink. 
1. Đánh "simulink" trong cửa sổ lệnh của Matlab. Cửa sổ th− viện các khối sẽ 
xuất hiện. 
Hình 2.5 Cửa sổ các th− viện của Simulink 
2. Nhấp kép vμo biểu t−ợng " Demos". Cửa sổ "Matlab demos" sẽ xuất hiện. 
Cửa sổ nμy có một vμi ví dụ đáng quan tâm mμ nó lμm sáng tỏ đặc điểm sử 
dụng của Simulink. 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
199
3. Ph−ơng pháp Xây dựng mô hình 
Ví dụ nμy sẽ trình bầy cho ta cách xây dựng một mô hình nh− thết nμo, cách sử 
dụng các lệnh vμ các thao tác bạn sẽ sử dụng để xây dựng mô hình của mình. Ta sẽ 
xây dựng mô hình tích phân sóng sin vμ hiển thị kết quả cùng với sóng sin. Sơ đồ khối 
của mô hình nh− sau: 
Hình 2.6 Mô hình tích phân sóng hình sin 
Đánh lệnh "simulink" từ cửa số lệnh của Matlab để hiển thị cửa sổ th− viện 
Simulink vμ nếu không có cửa sổ mô hình nμo đ−ợc mở thì một cửa sổ mô hình mới 
đ−ợc tạo ra. Cửa sổ th− viện của Simulink nh− sau: 
Hình 2.7 Cửa sổ th− việncủa Simulink 
Trong mô hình nμy bạn lấy các khối sau từ các th− viện: 
- Th− viện các nguồn tín hiệu (Khối phát sóng sin). 
- Th− viện các khối nhận tín hiệu(Khối hiển thị). 
- Th− viện các hμm tuyến tính (Khối tích phân). 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
200
- Th− viên các đầu nối ( Khối chuyển mạch). 
Mở th− viện các nguồn tín hiệu để vμo khối sóng sin. Để mở một th− viện ta 
nháy kép vμo nó. Simulink sẽ hiển thị một cửa sổ chứa tất cả các khối của th− viện đó. 
Trong th− viện nguồn tín hiệu tất cả các khối đều lμ nguồn tín hiệu. Th− viện nguồn tín 
hiệu đ−ợc thể hiện nh− hình 2.8 
Hình 2.8 Cửa sổ th− viện nguồn tín hiệu 
Bạn thêm khối vμo mô hình của bạn bằng cách chép nó từ th− viện hay từ mô 
hình khác. Trong bμi tập nμy bạn cần chép khối phát sóng hình sin. Đặt con trỏ trên 
khối ấn vμ giữ phím chuột, kéo khối tới cửa sổ mô hình. 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
201
Hình 2.9 Copy khối sin vμo mô hình 
Khi bạn di chuyển khối bạn có thể thấy khối vμ tên của nó di chuyển cùng với 
con trỏ. 
Hình 2.10 Khối vμ tên khối di chuyển cùng con trỏ 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
202
Khi con trỏ tới nơi bạn cần đặt khối trong mô hình bạn nhả phím chuột, một 
bản copy của khối phát hình đã ở trong mô hình của bạn. 
Hình 2.11 Cửa sổ mô hình khi bạn đã copy khối sóng sin 
Theo cách nμy chép những khối còn lại vμo mô hình của bạn. Bạn có thể di 
chuyển khối trong mô hình sử dụng kỹ thuật nh− khi bạn chép khối, hoặc có thể di 
chuyển khối trong khoảng nhỏ bằng cách chọn khối vμ ấn các phím mũi tên. 
Với tất cả các khối đã chép cửa sổ mô hình nh− sau: 
Hình 2.12 Cửa sổ mô hình với các khối đã copy 
Nếu bạn xem kỹ từng khối, bạn thấy dấu > ở bên phải khối sin vμ dấu ở bên trái 
khối MUX. Dấu ở đầu ra một khối lμ cổng ra, ở đầu vμo một khối lμ cổng vμo. Tín 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
203
hiệu đi từ đầu ra một khối tới đμu vμo khối khác theo một đ−ờng nối. Khi một cổng đã 
đ−ợc nối thì biểu t−ợng của cổng cũng mất đi. 
Hình 2.13 Đầu vμo vμ ra của một khối 
Bạn thấy rằng khối MUX có ba cổng vμo nh−ng chỉ có 2 tín hiệu vμo. Để thay 
đổi số cổng vμo bạn mở khối MUX bằng cách nháy kép trên khối vμ thay đổi giá trị 
thông số " Number of Input" tới 2. Sau đó ấn phím Close, Simulink sẽ điều chỉnh số 
cổng vμo. 
Hình 2.14 Cửa sổ thông số khối MUX 
Hiện nay ta có thể nối các khối. Nối đầu ra khối phát sinh tới đầu vμo trên của 
khối MUX. Đặt con trỏ tới đầu ra của khối sin, lúc đó con trỏ sẽ thay đổi thμnh một 
chữ thập nhỏ. 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
204
Hình 2.15 Cửa sổ mô hình tr−ớc khi nối dây 
Giữ vμ kéo chuột tới đầu vμo của khối MUX. Chú ý đ−ờng lμ nét đứt khi phím 
chuột vẫn giữ vμ con trỏ sẽ thay đổi thμnh chữ thập kép khi nó lại gần khối MUX. 
Hình 2.16 Cửa sổ mô hình khi đang nối dây 
Ta nhả phím chuột ra vμ các khối đã đ−ợc nối. Bạn có thể nối bằng cách nhả 
phím chuột khi con trỏ ở bên trong khối. Khi đó đ−ờng nối sẽ nối vμo cổng gần vị trí 
con trỏ nhất. 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
205
Hình 2.17 Hình sin nối vμo đầu trên khối MUX 
Phần lớn các đ−ờng nối từ đầu ra của khối tới đầu vμo của khối khác. Có đ−ờng 
nối từ một đ−ờng tới đầu vμo của một khối gọi lμ đ−ờng rẽ nhánh. 
Vẽ đ−ờng rẽ nhánh có sự khác biệt nhỏ so với vẽ đ−ờng. Để nối đ−ờng đã có ta 
thực hiện theo các b−ớc sau: 
1. Đặt vị trí con trỏ ở trên đ−ờng cần rẽ nhánh. 
Hình 2.18 Con trỏ đặt vμo điểm cần rẽ nhánh 
2. ấn vμ giữ phím Ctrl, ấn vμ giữ phím chuột kéo con trỏ tới đầu vμo của 
khối. 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
206
Hình 2.19 Nối các khối 
3. Nhả phím chuột, Simulink sẽ vẽ một đ−ờng từ điểm bắt đầu tới cổng vμo 
của khối. 
Hình 2.20 Đ−ờng nối dây rẽ nhánh 
Kết thúc việc nối dây, mô hình nh− sau: 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
207
Hình 2.21 Cửa sổ mô hình khi ta đã vẽ xong 
Bây giờ ta mở khối Scope để hiển thị tín hiệu ra vμ chạy mô phỏng trong 10s. 
Đầu tiên ta phải đặt thông số mô phỏng bằng lệnh Parameter trong menu Simulation, 
hộp hội thoại xuất hiện. Chú ý Stoptime đặt lμ 10.0s. 
Hình 2.22 Hộp đối thoại Parameter của Simulink 
ToolBox Simulink 
Phần 2 - ứng dụng 
208
Để đóng hộp đối thoại Simulink Parameter ta ấn phím Close. Simulink sẽ áp 
dụng các thông số ta đặt vμ đóng cửa sổ hội thoại. 
Chọn Start trong menu Simulation vμ xem sự thay đổi của đầu vμo khối hiển 
thị. 
Hình 2.23 Cửa sổ hiển thị tín hiệu ra khối Scope 
Để l−u mô hình nay sử dụng lệnh Save trong menu File vμ nhập tên vμ vị trí 
của file. File nμy chứa các mô tả của mô hình. 
Để kết thúc Simulink vμ Matlab chọn lệnh exit Matlab trong menu File hoặc 
ta đánh lệnh Quit trong cửa sổ lệnh Matlab. Nếu bạn muốn thoát khỏi Simulink mμ 
không thoát khỏi Matlab đóng tất cả các cửa sổ của Simulink.