Luận án Tim hiểu Simulink

ng phạm vi của vector thời gian của ngõ ra thì nó được xem như From Workspace. Nói cách khác, hàm này là phần mở rộng bởi một dạng sóng cơ bản có chu kì lặp. Tín hiệu được phát ra với chu kì tuần hồn có biên độ bằng vector.
	6. Step input:
	Phát ra dạng sóng có tính chất hàm bước:
	Những thông số : Thời gian chuyển đổi (Steptime), giá trị đầu, giá trị cuối.
	Thời gian chuyển đổi có thể âm và điều kiện đầu có thể lớn hơn giá trị cuối 1 đơn vị.
	7. Chirp Signal:
	Phát ra một tín hiệu mà tần số tăng tuyến tính theo thời gian .
	Những thông số : Tần số ban đầu (Hz), thời gian đích cần đặt (s),tần số tại thời 
	gian đích.
	Khối này được dùng trong việc phân tích phổ của hệ không tuyến tính. Tần số đặt 
	ban đầu có thể lớn hơn tại tần số đặt cuối cùng. Nhưng sau thời gian đích đã đặt tần 
 số bắt đầu tăng lên.
	8. Pulse Generator :
	Phát ra một chuổi xung tuần tự với khoảng thời gian ổn định.
	Những thông số : Chu kì xung, độ rộng xung (hệ số chu kì), biên độ xung, thời gian bắt đầu phát xung.
	9.Random Number:
	Bộ phát số ngẫu nhiên (ý nghiã Zero) phân bố chuẩn (Phân bố Gauss).
	Những thông số: Giá trị trung bình, khoảng biến đổi, giá trị bắt đầu phát sinh (seed), thời gian lấy mẫu.
	Điểm khác biệt cuả khối này sự khác nhau của giá trị "seed". Giá trị này có thể là một vector.
	Trong hệ rời rạc (phụ thuộc vào thời gian) liên quan đến vấn đề số nó thường được dùng hơn khối Band –Limited White Noise.
	10.From Workspace:
	 Đọc dữ liệu từ ma trận MATLAB.
	Những thông số: bảng ma trận .
	Ma trận này phải chứa ít nhất hai cột, cột đầu tiên phải là vector thời gian (nó	phải là giá trị tăng đơn điệu).
 	Nếu giá trị ngõ ra cần thời gian tại giữa hai giá trị đã chọn thì ngõ ra phải là nội suy tuyến tính giữa hai giá trị thời gian yêu cầu đặt trong ngoặc.
	11. From File:
	Đọc dữ liệu từ một file.
	Những thông số : Tên file.
	Dữ liệu phải giống như một ma trận. Mỗi cột phải phải có giá trị của n ngõ vào tại thời điểm cho trước (yếu tố đầu tiên của cột). Sau đó, hàng thứ nhất là một vector thời gian (so với From Workspace hàng và cột ngược nhau).
12. Digital Clock:
	Cung cấp thời gian cho hệ rời rạc.
	Những thông số: thời gian mẫu.
	Khối này không giống khối Clock .
	13. Band –Limited White Noise:
	Phát ra một dãy tín hiệu ồn trắng.
	Những thông số : Phổ năng lượng, thời gian mẫu, giátrị "seed".
	III.2 .SINKS:
	1. Scope:
	Hiển thị dạng tín hiệu trong suốt thời gian mô phỏng (giống như Oscilloscope)
Những thông số : Phạm vi trục ngang (thời gian) và 
 trục dọc.
Trục ngang có thể cuộn ở mỗi phạm vi.
Nhấp chuột vào đây để thay đổi thuộc tính của 
Scope( trục ngang và dọc)
	Màn hình của Scope và bản thuộc tính của nó
	2. To Workspace:
	Lưu trữ dữ liệu dưới dạng một ma trận.
	Những thông số:Tên ma trận, số mẫu tối đa(maximum) để xuất ra.
	Mỗi một cột ma trận đại diện cho mỗi giá trị khác nhau dữ liệu được truyền đến MATLAB cho đến khi kết thúc mô phỏng.
	Nêú sự mô phỏng cần số bước lớn hơn giá trị maximum một đơn vị thì khối này chỉ lưu giá trị n cuối cùng ,với n là giá trị lấy mẫu maximum đã quy định.
	Thông số thứ hai cuả hàng trong maximum là tuỳ ý (timestep: buớc thời gian), Matlab chỉ lưu giá trị n chung. Thường thường vector thời gian không cần khoảng cách đều; thông số thứ ba của maximum cũng tuỳ ý nhưng có đặc điểm là phải phù hợp với thời gian lấy mẫu với dữ liệu được thu thập.
	Ví dụ nếu bạn cài đặt thông số cho maximum
	[ 100, 3, 0.4]
	Ngõ ra của ma trận gồm 100 hàng (số cột tương ứng với chiều của khối vào) mà giá trị mỗi lần tích trữ T =3* 0.4 giây (s) có nghĩ là tại To =0 ,T1=1*3*0.4 =1.2, T2 =2*3*0.4 =2.4 , T3 =3*3*0.4 = 3.6Tk = k *3*0.4 (s).
3. To File:
	Lưu trữ dữ liệu dưới dạng file.
	Những thông số :
	Tên file ,tên matrận.
	Dữ liệu ở đây là một ma trận, hàng
	đầu tiên là một vetor thời gian, những 
cột khác là biến ngõ ra (so với To Workspace hàng và cột đảo nhau)
 Hàng đầu tiên luôn là vector thời gian (không cần thiết phải nối đến Clock để hiện ra)
	4.XY graph:
	Hai đồ thị của hai tín hiệu sẽ được vẽ trên cửa sổ đồ họa của Matlab .
	Những thông số : biên duới và biên trên của trục
	5. Stop Simulation:
	Ngừng cuộc mô phỏng ngay lậy tức khi ngõ vào bằng không.
	Khi nhiều tín hiệu vào là đa biến nếu có một thành phần ngõ vào bằng không thì cuộc mô phỏng sẽ ngừng ngay lập tức.
6. Graph:
	Vẽ số liệu trên cửa sổ đồ họa.
	Những thông số : phạm vi trục thời gian, biên dưới và biên trên của trục ngang, màu sắc của mỗi đường.
	Nếu thời gian mô phỏng vuợt quá thời gian đặt thì đồ thị sẽ bắt đầu được vẽ từ cạnh trái của Graph.
	III.3. DISCRETE:
Unit Delay :
Ngõ vào bị trễ bởi một chu kì lấy mẫu .
	Những thông số : Giá trị đầu (giá trị giả định trong chu kì mô phỏng đầu tiên khi ngõ ra không xác định được), thời gian lấy mẫu.
	2 .Discrete Zero –Pole:
	Thực hiện một hàm truyền rời rạc (theo thời gian) ở dạng Cực và Zero.
	Những thông số : Các zero, Các cực, độ lợi, thời gian lấy mẫu.
	3. Discrete State- Space:
	Thực hiện một hệ rời rạc dưới dạng hệ phuơng trình trạng thái.
	Những thông số : Hệ ma trận, điều kiện đầu, thời gian lấy mẫu.
	4. Discrete Filter:
	 Thực hiện lọc IIR và lọc FIR.
	Những thông số : Hệ số tử và mẫu của bộ lọc, thời gian lấy mẫu.
	5.Discrete Tranfer Fcn:
	Thực hiện chức năng một hàm truyền rời rạc.
	Những thông số : hệ số tử và mẩu của hàm truyền, thời gian lấy mẫu.
6. Zero – Order Hold: (khâu giữ bậc 
 không)
	Thực hiện một hàm giữ và lấy mẫu.
	Những thông số : thời gian lấy mẫu
 Khâu này cho biết được cấu trúc của tín hiệu. Tín hiệu được lấy mẫu và giữ cho đến khi tín hiệu kế tiếp được lấy mẫu.
7. First – Order Hold: (khâu giữ bậc 
 một)
	Những thông số :thời gian lấy mẫu
	Ngõ ra bị trễ một khoảng thời gian khi ngõ ra được đưa vào giữa hai lần lấy mẫu kế tiếp.
	8. Discrete- Time Integrator:
	Thực hiện hàm tích phân gián đoạn.
	Những thông số : Điều kiện đầu, Giới 
hạn cận dưới và trên, thời gian lấy mẫu.
	 Nó thực hiện một phép biến đổi hàm truyền Z :
	Ở đây Ts là giá trị thời gian lấy mẫu.
 III.4. LINEAR:
	Đây là nhóm tuyến tính trong miền thời gian và Laplace.
	1. Sum:
	Ngõ ra tổng (hiệu) các ngõ vào.
	Những thông số : Các dấu của ngõ vào.
	Số dấu sẽ cho biết số ngõ vào của khối
 Nếu tất cả các tín hiệu vào là đa biến ( cùng chiều) thì ngõ ra là tổng. Nếu ngõ vào bao gồm hai đại luợng đa biến và vô hướng thì tổng các thành phần đa biến là lượng vô hướng
	2.Gain:
	Nhân tín hiệu vào với một hằng số.
	Nhũng thông số : Giá trị độ lợi
	Nếu thông số được dùng trong Gain ở dạng vector thì nội dung để hiển thị phải ở trong ngoặc đơn.
3.Derivative:
	Tín hiệu vào được lấy vi phân theo thời gian.
 	Ở mỗi đoạn lấy vi phân được tính trên cơ sở của tỉ số vi phân đối với giá trị đoạn trước. Kết quả có thể sai nếu đoạn lấy vi phân có thời gian quá lớn.
4. Tranfer Fcn:
	Thực hiện chức năng một hàm truyền.
	Những thông số : Hệ số tử và mẫu của hàm truyền
5. Integrator:
	Tín hiệu vào được lấy tích phân.
	Những thông số : Điều kiện đầu.
	6. State-Space :
 Thực hiện một hệ tuyến tính không thay đổi theo thời gian . 
 Những thông số : hệ ma trận, điều kiện đầu
	7. Zero-pole:
	Thực hiện hàm truyền dưới dạng cực và zero.
	Những thông số : Các Zero, các cực, độ lợi
	8. Matrix Gain:
	Ngõ vào là một vector thì ngõ ra là một ma trận.
	Những thông số : Độ lợi ma trận.
 Chiều của vector vào phải bằng số cột của ma trận. Độ dài của vector ra phải bằng độ lợi của hàng ma trận.
	9. Inner (dot) product:
	Tính tích vô hướng của vector.
	10. Slider Gain:
	Tương tác độ lợi.
	Những thông số : Giá trị gain.
	 Nếu có tín hiệu là đa biến thì nó được khuếch đại bởi hệ số đó.
	III.5 .NONLINEAR:
Abs:
Tính giá trị tuyệt đối của ngõ vào.
	2.Product
	Ngõ vào được nhân với nhau (giống SUM).
	Những thông số : Số ngõ vào
	3.Fcn 
Tính tốn biểu thức.
 Ngõ vào phải là một hàm u(I), giá trị phải là đại lượng vô hướng .
 	Khối này khả năng thực hiện cho SISO (single input single output) và MISO (multi input single output).
4.Dead Zone
	Ngõ ra có giá trị là Zero khi ngõ vào nằm trong vùng chết (tắt). Ngồi ra ngõ ra sẽ bằng ngõ vào khi ngõ vào không nằm trong đoạn Dead Zone.
Những thông số : Giá trị đầu và cuối của đoạn Dead Zone.
 Đặc biệt hơn, nếu cận trên và cận dưới của Dead Zone là D+z và D-z,thì ngõ ra sẽ là:
	 u- D-z nếu u< D-z 	
 y= 0 nếu D-z £u£ø D+z 
	u- D+z 	 nếu u >D+z 
	6. Backlash : (khâu khe hở)
	Mô hình xử lý hệ thống có thời gian dự trữ.
Những thông số : Độ rộng Dead Zone, giá trị đầu của ngõ ra và vào.
	Ngõ ra là hằng số khi ngõ vào nằm trong đoạn Dead Zone.
6. Saturation :
	Tính tốn một khâu bão hòa, nghĩa là giới hạn biên độ của ngõ ra.
	Những thông số : Giá trị trên và dưới của ngõ ra.
7.Switch
 	Ngõ ra sẽ là giá trị của ngõ vào đầu tiên cho đến khi một giá trị thứ hai lớn hơn giá trị ngưỡng thì ngõ ra mang giátrị ngõ vào thứ hai, sau đó ngõ ra lại bằng giá trị thứ ba.
 Những thông số : giá trị ngưỡng.
8. Look-Up Table
	Thi hành mẫu đồ thị tuyến tính của ngõ vào.
	Những thông số : Giá trị vector của ngõ ra và vào
	9. 2-D Look-Up Table.
	Thi hành mẫu đồ thị tuyến tính trong tọa độ hai chiều.
	Những thông số: Giá trị của chỉ số X và Y và quan hệ với giá trị ngõ ra.
10. Rate Limiter
	Giới hạn tốc độ thay đổi của tính hiệu ngõ vào.
	Những thông số: Giá trị tối đa của sự thay đổi.
11. Relay
	Mô phỏng một rơ le.
	Những thông số : Giá trị ngưỡng của ngõ ra ở trạng thái ON và OFF.
	Sự chuyển đổi của ngõ ra giữa hai giá trị đặc biệt. Khi rơle ở vị trí ON, nó giữ nguyên khi giá trị ngõ vào hạ xuống thấp hơn ngưỡng OFF, ngược lại thì rơle ở vị trí OFF.
12. MATLAB Fcn
	Cho phép gọi một hàm MATLAB trong sơ đồ SIMULINK.
	Những thông số : Tên hàm, chiều của ngõ
ngõ ra (-1 mang nghĩa là ngõ ra cùng chiều với ngõ vào).
	SIMULINK không có khả năng kiểm tra chiều của hàm MATLAB đó là đặc điểm riêng của khối.
	13.Quantizer 
	Mô phỏng bộ lượng tử.
	Những thông số : Khoảng thời gian lượng tử
	14. Coulombic Friction
	Mô phỏng ma sát Coulomb.
	Những thông số :Giá trị offset ban đầu, tỉ số ma sát thẳng.
	Lực ma sát có giá trị là zero ở tại thời điểm đặt giá trị offset.
15.Logical Operator
	Ngõ ra mang giá trị 1 nếu tốn tử logic ngõ vào mang giá trị đúng, ngược lại mang giá trị 0.
	Những thông số : Tốn tử logic, số cổng vào
	Ngõ ra mang giá trị 1 nếu hệ thức cơ bản có giá trị là đúng,ngược lại mang giá trị 0.
	Những thông số : Tốn tử quan hệ.
	16. Combinatorial Logic
	Thực thi một bảng tổ hợp logic.
	Những thông số : Bảng sự thật.
	Chỉ có phần ngõ ra của bảng sự thật được ghi vào. Ngõ vào phải được hiểu ngầm.
17. Transport Delay
	Ngõ vào bị trễ bởi một thời gian cho trước.
	Những thông số: Thời gian trễ, điều kiện đầu (được giả định khi ngõ ra không xác định).
	18. Variable Transport Delay
	Giới thiệu một biến thời gian trễ: Ngõ vào thứ hai trễ một khoảng thời gian so với ngõ vào thứ nhất
Những thông số : Thời gian trễ, số mẫu được lưu trữ.
20.Memory
	Tín hiệu ngõ vào được lâý tích phân từng phần và được lưu giữ
Những thông số : Điều kiện đầu.
	Khối này được áp dụng cho việc giải các vòng lượng giác.
21. Sign
	Thực thi một hàm dấu.
	Đó là những thư viện cơ bản , ngồi ra còn các thư viện khác như :thư viện đầu nối vv việc tìm hiểu hết các chức năng của chúng cũng rất nhiều khó khăn và cũng không có thời gian để nói ra hết .
	Ngồi những thư viện đã có người sử dụng có thể tạo cho mình một thư viện riêng bằng cách ghép nối các khối lại với nhau tạo thành một nhóm (group) hay viết riêng một chương trình (rất khó) (gọi là S-function) để chạy mô phỏng trong SIMULINK. Đây là công việc giống như tạo các linh kiện mới, macro trong các phần mềm vẽ mạch điện tử.
CHƯƠNG IV 
 ỨNG DỤNG 
	I. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
	Lý thuyết Điều khiển tự động là phần chủ yếu của lý thuyết điều khiển. Lý thuyết điều khiển tự động là kiến thức cơ sở của các ngành kỹ thuật tự động trong lĩnh vực điện tử, điện động lực, cơ khí, hàng hải, quốc phòng.
	I.1 . Các phần tử cơ bản của hệ thống Điều khiển tự động:
	Hệ thống Điều khiển tự động là hệ thống được xây dựng từ 3 bộ phận chủ yếu:
Thiết bị điều khiển (C)
Đối tượng điều khiển (O)
Thiết bị đo luờng ( M)
X
e
y
U
Ä
-
C
Z
O
M
Hình 2.29. Sơ đồ hệ thống Điều khiển tự động.
	Trong đó :
	U : tín hiệu vào 
	y : tín hiệu ra
	X : tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng
	e : tín hiệu sai lệch
	Z : tín hiệu phản hồi.
	I.2 .Các nguyên tắc điều khiển cơ bản:
	 Trong điều khiển tự động có 3 nguyên tắc điều khiển cơ bản sau:
Nguyên tắc điều khiển sai lệch
Nguyên tắc điều khiển theo phương pháp bù nhiểu.
Hỗn hợp hai nguyên tắc trên.
	Ngồi 3 nguyên tắc trên còn có thêm các nguyên tắc
Nguyên tắc điều khiển theo chương trình
Nguyên tắc điều khiển thích nghi.
	I.3. Phân loại hệ thống điều khiển tự động
	Việc phân loại hệ thống điều khiển tự động theo nhiều nguyên tắc khác nhau. Nhưng ta có thể phân loại theo các hệ thống sau:
Hệ thống điều khiển tuyến tính
Hệ thống điều khiển phi tuyến
Hệ thống điều khiển liên tục
Hệ thống điều khiển rời rạc hay hệ thống xung –số
Hệ ngẩu nhiên
Hệ tối ưu
Hệ thống thích nghi (tự chỉnh)
	I.4. Nhiệm vụ của lý thuyết điều khiển tự động
	Nhiệm vụ cơ bản của lý thuyết điều khiển tự động là phân tích hệ thống và thiết kế hệ thống.
	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 lượng sau :
f
y
k
 m
	Hệ lò xo khối lượng trên được mô tả bởi phương trình vi phân:
	m: khối lượng ; k: độ cứng lò xo 
	Từ đó ta có sơ đồ khối sau :
f
y
 Hình 2.30. Sơ đồ khối hệ dao động
	Sau đó ta thử xây dựng sơ đồ mô phỏng trong SIMULINK	.
	Hình 2.31. Sơ đồ khối mô phỏng hệ khối lượng lò xo.
	 Hình 2.32. Dạng sóng ngõ ra của Scope
	Từ sơ đồ thiết kế ta có thể thêm vào các khối để khảo sát hệ như: hệ số cứng (gain), thay đổi dạng sóng
	Trong các sách bài tập điều khiển tự động có các khối nhưng không biết được đáp ứng của hệ như thế nào. Việc dùng SIMULINK để khảo sát rất thuận tiện cho việc phân tích bài tốn
	Hình 2.33. Sơ đồ khối của một hệ dưới tác động của đáp ứng bước 
	 Hình 2.34. Đáp ứng của Sơ đồ 
	Ởû hình 2.35 và 2.36 là sơ đồ khối của động cơ điện và đáp ứng vận tốc quay
Hình 2.35 . Sơ đồ khối của động cơ điện 
 Hìnnh 2.36 .Đáp ứng vận tốc quay
	Trong điều khiển tự động thêm vào khâu các P, PI, PID làm cho hệ thống hoạt động tốt và ổn điïnh hơn.
	Các sơ đồ điều khiển và mô phỏng.
	Hình 2.37 .Hệ thống điều khiển có khâu PI.
	Hình 2.38 .Đáp ứng tại khâu bão hồ.
	 Hình 2.39 .Đáp ứng ngõ ra.
	Hình 2.40 .Hệ thống mô phỏng của chuyển động rơi quả banh	
	Hình 2.41 .Kết quảø mô phỏng.
	Hình 2.41 .Mô hình động cơ DC di chuyển cánh tay Robot
	Hình 2.42: Sơ đồ mô phỏng một khâu bậc hai
 Hình 2.43: Đáp ứng của khâu bậc hai dưới ngõ vào là hàm dốc và bước
 Hình 2.44 . Mô hình động cơ không đồng bộ
	 Hình 2.45. Kết quả mô phỏng.
	 Hình 2.46. Sơ đồ điều khiển động cơ DC 
 	 Hình 2.47. Đáp ứng của động cơ với khâu P
	 Hình 2.48. Đáp ứng của động cơ với khâu PI