mô phỏng mô hình máy biến áp 3 pha trên matlab

Trong sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin, việc ứng dụng tinhọc vào tự động hoá ngày càng được chú trọng hơn trong công tác đào tạo cũngnhư trong công tác nghiên cứu khoa h

Trong sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin, việc ứng dụng tinhọc vào tự động hoá ngày càng được chú trọng hơn trong công tác đào tạo cũngnhư trong công tác nghiên cứu khoa học

Mô hình hoá và mô phỏng bằng máy tính đang là một kỹ thuật áp dụng chotất cả các ngành khoa học kỹ thuật và kinh tế Nếu trước kia việc thiết lập một môhình, triển khai một dự toán, tính toán thống kê và trình bày số liệu, đòi hỏi có kiếnthức về toán ứng dụng nhiều, giải các phương trình vi phân, tích phân thì nay với sựtrợ giúp của máy tính và nhất là các ngôn ngữ lập trình bậc cao đặc biệt (nhưMatlab, Mapple, Mathematica…) Các kiến thức toán này đã có sẵn trong các hàm

và lệnh của các ngôn ngữ, tạo điều kiện cho người dùng tiếp cận trực tiếp và tậptrung vào vấn đề mình nghiên cứu mà không phải dành quá nhiều thời gian cho kỹthuật lập trình hay công cụ toán lý thuyết

Đây là một đề tài thực hiện việc mô phỏng dựa trên cơ sở phần mềm Matlabphiên bản 6.5 có chứa các thư viện mở rộng Simulink 5.0 Sau một thời gian được

sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Phan Văn Hiền, em đã hoàn thành đồ án tốtnghiệp của mình Do kiến thức còn nhiều khuyết điểm nên quá trình thực hiệnkhông thiếu những sai sót Em rất mong quý thầy cô giúp đỡ để đề tài này hoànthành và phát triển tốt hơn

CHƯƠNG I.GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MATLAB 6

I GIỚI THIỆU CƠ SỞ MATLAB: 6

I 1 Giới thiệu chương trình MATLAB: 6

I 2 Các phím chức năng đặt biệt (chuyên dùng) và các lệnh dùng cho hệ thống: 9

I 3 Biến trong Matlab : 9

I 4 Các lệnh thông dụng trong đồ họa Matlab: 10

II TIỆN ÍCH TRỢ GIÚP TRONG MATLAB (HELP): 12

CHƯƠNGII SƠ LƯỢC VỀ SIMULINK 5.0 13

I KHÁI NIỆM VỀ SIMULINK : 13

II TÌM HIỂU VỀ SIMULINK VÀ CÁC KHỐI BLOCKS LIBARY: 13

II 1.Cách khởi tạo SIMULINK và vẽ sơ đồ mô phỏng : 13

II 2 Hộp thoại Simulation parameters: 17

CHƯƠNG III.CÁC KHỐI CHỨC NĂNG TRONG THƯ VIỆN SIMULINK 21

I THƯ VIỆN SOURCES: 21

I 1 Constant 22

I 2 Step và Ramp 22

I 3 Signal Generator và Pulse Generator 22

I 4 Repeating Sequence 22

I 5 Sine Wave 23

I 6 From Workspace 23

I 7 From File 23

I 8 Clock : 23

I 9 Digital Clock: 23

II THƯ VIỆN SINKS: 24

II 1 Scope 24

II.2 To Workspace: 25

II 3.To File 26

II 4 XY Graph 26

II 5 Stop Simulation: 26

III THƯ VIỆN MATH OPERATIONS 26

III 1 Sum 27

III 2 Product và Dot Product 28

III 3 Math Function và Trigonometric Funtion 28

III 4 Gain, Slider Gain, Matrix Gain 28

III 5 Logical Operator và Relational Operater 28

III 6 Algebraic Constraint 29

III 7 Abs 29

III 8 Combinatorial Logic 29

IV THƯ VIỆN CONTINUOUS 29

IV 1 Integrator 30

IV 2 Derivative 30

V THƯ VIỆN DISCOTINUITIES 31

V 1 Backlash 31

V 2 Dead Zone 32

V 3 Coulomb & Viscous Friction 32

V 4 Relay 32

VI THƯ VIỆN DISCRETE: 32

VI 1 Unit Delay 33

VI 2 Discrete- Time Integrator 33

VI 3 Discrete Filter 33

VI 4 Discrete Tranfer Funtion 34

VI 5 Discrete Zero-pole 34

VI 6 Discrete State Space 34

VI 7 Zero-Order Hold 34

VI 8 Memory 34

VII.THƯ VIỆN SIGNAL ROUTING 34

VII 1 Mux và Demux 35

VII 2.Bus Selector và Selector 35

VII 3 Bus Creator 36

VIII THƯ VIỆN LOOK UP TABLES 36

VIII 1 Look Up Table 36

VIII 2 Look Up Table(n-D) 37

IX THƯ VIỆN USER-DEFINED FUNCTIONS 37

IX 1 Function 37

IX 2 Matlab Function 38

IX 3 S-Function 38

IX 4 S-Function Buider 38

X HỆ THỐNG CON SUBSYSTEMS 38

CHƯƠNG IV DÙNG SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG MÁY BIẾN ÁP BA PHA 39

I GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MÁY BIẾN ÁP: 39

II.MÁY BIẾN ÁP LÝ TƯỞNG: 40

III MÔ HÌNH MÁY BIẾN ÁP HAI CUÔN DÂY 42

III.1 Phương trình từ thông liên kết: 42

III.2 Phương trình suất điện động: 44

III.3 Mạch điện thay thế máy biến áp: 45

III.4.Các phương trình cơ bản trong một pha của máy biến áp ba pha 46

IV.SỰ KẾT NỐI BA PHA CỦA MÁY BIẾN ÁP BA PHA 49

IV.1.Sơ lược về máy biến áp ba pha hai cuộn dây 49

IV.2.Các phương pháp đấu dây của máy biến áp ba pha hai cuôn dây 49

IV.3.Phương pháp đấu dây theo kiểu đấu sao/sao(Y/Y) 50

IV.4.Phương pháp đấu dây theo kiểu đấu tam giác /sao (/Y) 51

V.SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG MÁY BIẾN ÁP BA PHA ĐẤU DÂY THEO KIỂU TAM GIÁC/SAO 53

V.1.Sơ đồ mô phỏng máy biến áp ba pha đấu dây theo kiểu: Tam giác/sao (/Y) 53

V.2.Các thông số cơ bản ở đầu vào của mô phỏng 55

V.3.Tỉ số biến đổi dòng và áp 56

VI.KHI TẢI Ở BA PHA CỦA MÁY BIẾN ÁP BA PHA ĐỐI XỨNG: 57

VI.1.Chương trình mô phỏng máy biến áp: 57

VI.2.Kết quả thu được sau khi mô phỏng: 60

VII.XÉT TRƯỜNG HỢP KHI TẢI CỦA BA PHA MÁY BIẾN ÁP Ở TRẠNG THÁI KHÔNG ĐỐI XỨNG: 62

VII.1.Trường hợp khi ta thay đổi tải ở một trong các pha của máy biến áp: 62

VII.2 Khi ta thay đổi tải ở một trong các pha của máy biến và tăng gi trị của điện trở nối đất: 65

CHƯƠNG I.GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MATLAB

I GIỚI THIỆU CƠ SỞ MATLAB:

I 1 Giới thiệu chương trình MATLAB:

Chương trình Matlab là một chương trình viết cho máy tính PC nhằm hỗ trợcho các tính toán khoa học và kĩ thuật với các phần tử cơ bản là ma trận trên máytính cá nhân do công ty "The MATHWORKS" viết ra

Thuật ngữ MATLAB có được là do hai từ MATRIX và LABORATORY

ghép lại Chương trình này hiện đang được sử dụng nhiều trong nghiên cứu các vấn

đề tính toán của các bài toán kĩ thuật như: Lý thuyết điều khiển tự động, kĩ thuậtthống kê xác suất, xử lý số các tín hiệu, phân tích dữ liệu, dự báo chuổi quan sát,

v v…

Matlab được điều khiển bởi các tập lệnh, tác động qua bàn phím Nó cũng cho phép một khả năng lập trình với cú pháp thông dịch lệnh – còn gọi là script file.Các lệnh hay bộ lệnh của Matlab lên đến số hàng trăm và ngày càng được mở rộng bởi các phần TOOLS BOX ( thư viện trợ giúp) hay thông qua các hàm ứng dụng

được xây dựng từ người sử dụng Matlab có hơn 25 TOOLS BOX để trợ giúp cho

việc khảo sát những vấn đề có liên quan trên TOOL BOX SIMULINK là phần mở rộng của Matlab, sử dụng để mô phỏng các hệ thống động học một cách nhanh chóng và tiện lợi

Matlab 3.5 trở xuống hoạt động trong môi trường MS-DOS Các thế hệ mới

hoạt động trong môi trường Window

Chương trình Matlab có thể chạy liên kết với các chương trình ngôn ngữ cấpcao như C, C++, Fortran, … Việc cài đặt Matlab thật dễ dàng và ta cần chú ý việcdùng thêm vào các thư viện trợ giúp hay muốn liên kết phần mềm này với một vàingôn ngữ cấp cao

Còn các Version Matlab khác thì làm việc với hệ điều hành UNIX

Hình 1 1 Khởi động Matlab từ môi trường WINDOWS

Hình 1 2 Giao diện biểu tượng của Matlab (Version 6 5)

Việc khởi động Matlab trên mỗi hệ thống khác nhau Trong môi trườngWINDOWS hay MACINTOSH, chương trình thường được khởi động thông quaviệc nhắp chuột trên các icon hay còn gọi là biểu tượng Còn với môi trường UNIX,MS-DOS, việc khởi động thông qua dòng lệnh:

:\ Matlab 

Giao diện của Matlab sử dụng hai cửa sổ: cửa sổ lệnh (command window) vàcửa sổ đồ thị (Figure window)

Hình 1 3 : Giao diện cửa sổ lệnh của Matlab khi khởi động xong

Cửa sổ lệnh dùng để đưa lệnh và dữ liệu vào đồng thời in ra kết quả

Cửa sổ đồ thị trợ giúp cho việc truy xuất đồ họa để thể hiện những lệnh hay kết quảđầu ra dưới dạng đồ họa

Hình 1 4 : Giao diện cửa sổ đồ thị của Matlab

Việc ngắt chương trình đang thực hiện hoặc các chương trình không đúng

theo yêu cầu đều được thông qua phím nóng Ctrl + C

Để thoát khỏi chương trình Matlab ta có thể dùng lệnh

>> exit  hoặc >> quit  (  : nhấn ENTER)hoặc từ menu thả xuống hoặc nhấn vào trên góc phải màn hình của cửa sổchính Matlab

Matlab được điều khiển bằng những câu lệnh được kết hợp theo một trật tựnhất định và gọi đó là chương trình Chương trình chứa nhiều câu lệnh và nhữnghàm chức năng để giải những bài toán lớn hơn

Các câu lệnh trong Matlab rất mạnh và có những vấn đề chỉ cần một câu lệnh là đủ giải quyết bài toán Mô phỏng trong Matlab sẽ cho ta hình ảnh tọa độ

không gian hai chiều (2D) và ba chiều (3D)

I 2 Các phím chức năng đặt biệt (chuyên dùng) và các lệnh dùng cho

Gọi lại lệnh đã đánh vào trước đó

Chuyển con trỏ sang phải một kí tự

Chuyển con trỏ sang trái một kí tự

Chuyển con trỏ sang phải một từ

Chuyển con trỏ sang trái một từ

Chuyển con trỏ về đầu dòng

Xoá cho đến dòng cuối cùng Các lệnh hệ thống :

Các lệnh trên cũng như sau này được viết từ cửa sổ lệnh của Matlab

I 3 Biến trong Matlab :

Tên các biến trong Matlab có thể dài 32 kí tự bao gồm các chữ cái cùng cácchữ số cũng như một vài kí tự đặc biệt khác nhưng luôn phải bắt đầu bằng chữ cái.Tên các hàm đã được đặt cũng có thể được sử dụng làm tên của biến với điều kiệnhàm này sẽ không được sử dụng trong suốt quá trình tồn tại của biến cho đến khi cólệnh clear xoá các biến trong bộ nhớ hay clear + tên của biến

Bình thường Matlab có sự phân biệt các biến tạo bởi chữ cái thường và chữcái hoa Các lệnh trong Matlab nói chung thường sử dụng chữ cái thường Việcphân biệt đó có thể đươc bỏ qua nếu chúng ta thực hiện lệnh

>> casensen off % bỏ thuộc tính phân biệt chữ hoa và chữ thường

Việc kiểm tra sự tồn tại của các biến trong bộ nhớ thông bộ qua lệnh

who

whos

who global

exist(namesrt)

Hiển thị danh sách các biến đã được định nghĩa

Hiển thị các biến đã được định nghĩa cùng kích thước của chúng

và thông báo chúng có phải là số phức không

Hiển thị các biến cục bộ

Hiển thị các biến phụ thuộc vào cách các biến được định nghĩatrong chuỗi namestr Hàm sẽ trả lại giá trị sau:

Nếu namestr là tên của một biến

Nếu namestr là tên của một file m

Nếu namestr là tên của một Mex fileNếu namestr là tên của hàm dịch bởi Simulink Nếu namestr là tên của hàm được định nghĩa trước bởi Matlab

Độ lớn hay chiều dài của biến vector cũng như ma trận có thể được xác địnhthông qua một số hàm có sẵn của Matlab

Trả giá trị độ lớn của ma trận A vào vector xác định bởi haibiến m và n

Đưa ra số hàng của ma trận A nếu p=1 và số cột của A nếup 2

Đưa ra vector mô tả độ lớn của vector x Nếu x là vectorhàng m phần tử thì giá trị đầu của vector là m và giá trị thứhai là 1 Trường hợp x là vector cột n thì giá trị thứ nhất sẽ là

1 và thứ hai là n

Trả giá trị chiều dài của vector x

Trả giá trị chiều dài cuả ma trận A Giá trị thu được sẽ là mnếu m > n và ngược lại sẽ là n nếu n > m

I 4 Các lệnh thông dụng trong đồ họa Matlab:

Matlab rất mạnh trong việc xử lý đồ họa, cho hình ảnh minh họa một cách sinh động và trực quan trong không gian 2D và 3D mà không cần đến nhiều dòng lệnh plot (x, y) Vẽ đồ thị trong tọa độ (x, y)

plot (x, y, z) Vẽ đồ thị theo tọa độ ( x, y, z)

Title Đưa các tiêu đề vào trong hình vẽ

Xlabel Đưa các nhãn theo chiều x của đồ thị

Ylabel Đưa các nhãn theo chiều y của đồ thị

Zlabel Đưa các nhãn theo chiều z của đồ thị

Grid Hiển thị lưới trên đồ thị

plot (y) Vẽ đồ thị theo y bỏ qua chỉ số theo y

Nếu y là số phức (complex) thì đồ thị được vẽ là phần thực vàphần ảo của y

plot (x, y, S) Vẽ theo x, y ; S: là các chỉ số về màu sắc và kiểu đường theo

biến str của các đường trên đồ thị được liệt kê ở dưới

plot(x,y,z…,

S)

Vẽ theo x, y, z…; S: là các chỉ số về màu sắc và kiểu đường

theo biến str của các đường được liệt kê ở dưới

polar (x, y) Vẽ đồ thị theo hệ trục tọa độ cực

Các chỉ số về màu sắc:

Giá trị cuả biến Str trong hàm plot về màu sắc hay kiều dáng của đường

được liệt kê theo bảng dưới đây

I 5 Các dạng file sử dụng trong Matlab :

I 5 1 Script file (M-files):

Các chương trình do người sử dụng soạn thảo ra được lưu trữ trong các file

có phần mở rộng là * m File dạng này còn được gọi là script file File được dướidạng kí tự ASCII và có thể sử dụng trong các chương trình soạn thảo nói chung đểtạo nó

Ta có thể chạy các file giống như các lệnh, thủ tục của Matlab Tức là gõ tênfile không cần có phần mở rộng sau đó Enter Khi sử dụng nội dung của file khôngđược hiển thị trên màn hình

Trong Simulink sơ đồ mô phỏng cũng được lưu dưới dạng * m (trong cácversion 5 x trở lên thì được lưu dưới dạng * mdl) nhưng được gọi là S-function

Một số lệnh hệ thống tương tác với * m files thường gặp

echo Lệnh cho phép xem các lệnh có trong * m files khi chúng được thực hiện.type Lệnh cho phép xem nội dung, ngầm định file ở dạng M-file

what Lệnh này cho biết tất cả các file M –file và Mat-file có trong vùng làm việc

hiện hành hay không

Đối với các Simulink phức hợp, ta không nên trực tiếp khai báo cho từng

khối cụ thể, ma ta nên tập hợp chúng lại trong một script File(m-file) Bằng cách ấy,

mọi công việc khai báo hay thay đổi thông số đều có thể được thực hiện rất rỏ ràng

và khó nhầm lẫn

Để làm được như vậy, thay vì viết giá trị cụ thể ta viết tên của các biến Các

biến đó sẽ được gán các giá trị cụ thể sau này trong khuôn khổ script file Trước khi bắt đầu mô phỏng, ta gọi script file để nạp các biến vào WorkSpace của MATLAB.

Nhờ vậy, trong quá trình mô phỏng, Simulink có thể truy cập và sử dụng các biến

đã nạp

ASCII- files có thể được tạo bởi các chương trình soạn thảo nói chung haycác chương trình soạn thảo bằng ngôn ngữ máy Nó có thể được tạo ra bởi chươngtrình Matlab bằng cách sử dụng câu lệnh sau đây:

>> save <tên file> dat <tên ma trận> /ascii;

II TIỆN ÍCH TRỢ GIÚP TRONG MATLAB (HELP):

Tiện ích trợ gip trong Matlab l rất phong ph tuỳ theo nhu cầu, hoặc gọi help

để xem nội dung hổ trợ của lệnh trực tiếp trn command windows, hoặc sử dụngcơng cụ truy cập help (hình 1 5)

Hình 1 5 Cửa sổ truy cập help của Matlab.

CHƯƠNGII SƠ LƯỢC VỀ SIMULINK 5.0

I KHÁI NIỆM VỀ SIMULINK :

Simulink là một phần mềm mở rộng của Matlab (1 Toolbox của Matlab)dùng để mô hình hoá, mô phỏng và phân tích một hệ thống động Thông thường

dùng để thiết kế hệ thống điều khiển, thiết kế DSP, hệ thống thông tin và các ứngdụng mô phỏng khác

Simulink là thuật ngữ mô phỏng dễ nhớ được ghép bởi hai từ Simulation vàLink Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trongmiền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn

Để mô hình hoá, Simulink cung cấp cho bạn một giao diện đồ họa để sửdụng và xây dựng mô hình sử dụng thao tác "nhấn và kéo" chuột Với giao diện đồhọa ta có thể xây mô hình và khảo sát mô hình một cách trực quan hơn Đây là sựkhác xa các phần mềm trước đó mà người sử dụng phải đưa vào các phương vi phân

và các phương trình sai phân bằng một ngôn ngữ lập trình

Điểm nhấn mạnh quan trọng trong việc mô phỏng một quá trình là việc thànhlập được mô hình Để sử dụng tốt chương trình này, người sử dụng phải có kiếnthức cơ bản về điều khiển, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm của lý thuyếtđiều khiển và từ đó thành lập nên mô hình của bài toán

II TÌM HIỂU VỀ SIMULINK VÀ CÁC KHỐI BLOCKS LIBARY:

II 1.Cách khởi tạo SIMULINK và vẽ sơ đồ mô phỏng :

Để vào Simulink trong Matlab, ta từ cửa sổ lệnh của Matlab đánh dòng lệnh:

>> Simulink Hoặc kích chuột vào biểu tượng Simulink trên thanh menu

Khi khởi động Simulink xong ta được màn hình cửa sổ Simulink Cửa sổ này hoạtđộng liên kết với cửa sổ lệnh MATLAB Ta thấy Simulink có rất nhiều khôi chứcnăng riêng biệt

Từ cửa sổ lệnh ta thấy được các khối thư viện: Khối SOURCES, khối SINKS, khối DISCONTINUITIES, khối CONTINUOUS, khối SIGNAL ROUTING…

Hình 2 6 : Màn hình cửa sổ thư viện Simulink

Thư viện của Simulink bao gồm các khối chuẩn trên, người sử dụng cũng cóthể thay đổi hay tạo ra các khối cho riêng mình Simulink cũng giống như các phầnmềm mô phỏng thiết kế mạch điện tử như : MicroSim Eval, EWB, Circuit Maker…

Để vẽ sơ đồ mô phỏng cũng như xây dựng mô hình như thế nào Việc xâydựng mô hình và các thao tác để xây dựng mô hình Ta thử thiết kế mô phỏng ví dụ

sau (Hình 2 7) để biết được việc vẽ và mô phỏng sơ đồ:

Để vẽ được mô hình này bạn phải làm các thao tác sau:

1 Từ cửa sổ Matlab đánh lệnh Simulink Cửa sổ thư viện các khối sẽ xuất

hiện

2 Từ cửa sổ thư viện ta nhấp chuột vào File/New/Model hoặc nhấn Ctrl+

N Màn hình cửa sổ mô hình mới Untitled được mở ra Từ đó ta bắt đầu xây

dựng mô hình

3 Chọn các khối ở các thư viện thích hợp:

Để chọn một thư viện trong Simulink ta nhấp kép (Double Click) chuột vàokhối (icon) đó Simulink sẽ hiển thị một cửa sổ chứa tất cả các khối của thư viện đó.Trong thư viện nguồn tín hiệu chứa tất các khối đều là nguồn tín hiệu Thư việnnguồn tín hiệu được trình bày như hình 2.6

Người sử dụng thêm vào sơ đồ của mình bằng cách ghép khối đó từ thư việnhay từ mô hình bất kì nào khác Trong ví dụ này ta chọn khối phát sóng hình sin.Đặt con trỏ chuột lên khối ấn và giữ phím trái chuột, kéo khối tới cửa sổ vẽ sơ đồ

Untitled Hoặc kích phải chuột chọn Add vào Untitled Khi di chuyển khối ta có thểthấy khối và tên của nó di chuyển cùng với con trỏ chuột

Khi con trỏ chuột di chuyển tới nơi bạn cần đặt khối trong sơ đồ bằng cáchnhả phím chuột

Theo cách này chép những khối còn lại vào trong màn hình mô phỏng để tiếptục xây dựng sơ đồ

Muốn copy tiếp một khối nữa trong một sơ đồ, ta làm bằng cách giữ phímCtrl + phím trái chuột và di chuyển tới điểm cần đặt khối, lúc đó một khối đã đượccopy

Với tất cả các khối đã chép vào cửa sổ màn hình mô phỏng sẽ được hiển thị

như trên hình 2.7

Hình 2.7 Cửa sổ sơ đồ với các khối cần thiết.

Bây giờ ta có thể nối các khối lại với nhau Công việc thực hiện nối các khối,nói chung không theo thứ tự bắt buộc nào cả Công việc thực hiện nối các sơ đồcũng giống như các phần mềm thiết kế điện tử nào đó là đặt con trỏ chuột tại đầunối (ra) của khối này (con trỏ chuột biến thành dấu cộng), giữ trỏ chuột và kéo tớiđầu nối (vào) của khối khác Trong quá trình nối, đường nối có hình nét đứt và contrỏ sẽ thay đổi thành dấu cộng kép khi lại gần khôí cần nối

Bạn có thể nối bằng cách nhả phím chuột khi con trỏ ở bên trong khối Khi

đó đường nối sẽ nối vào cổng gần vị trí con trỏ nhất Phần lớn các đường nối đi từđầu ra của một khối tới đầu vào của một khối khác Có đường nối từ một đường nào

đó đi tới đầu vào của một khối ta gọi đó là đường rẽ nhánh

Việc vẽ đường rẽ nhánh có sự khác biệt so với vẽ đường nối chính Để vẽđược rẽ nhánh ta thực việc như sau:

1 Đặt con trỏ vào điểm cần vẽ đường rẽ nhánh

2 An phím Ctrl + giữ phím trái chuột, kéo con trỏ chuột tới đầu vào của

khối

3 Nhả phím chuột, Simulink sẽ vẽ một đường từ điểm bắt đầu tới cổng vào

của khối

Tuy nhiên chúng ta cũng có thể nối dây từ đầu vào (đầu ra) của một khối tới

đường nối chính, mà không cần giữ phím Ctrl

Kết thúc việc nối dây, mô hình được hiển thị như trên hình 2.8

Tuy nhiên trong quá trình nối dây có thể có những đường nối dây không như

ý ta muốn, ta có thể bỏ đi hoặc sửa chữa lại bằng cách nhấp chuột vào đoạn dây đó,

sau đó ta nhấn phín Delete hoặc di chuyển đoạn dây để sửa lại.

Hình 2 8 Cửa sổ mô hình đã được vẽ xong

Bây giờ ta mở khối Scope để hiển thị tín hiệu ra và chạy mô phỏng trong

10s Đầu tiên ta phải đặt thông số mô phỏng bằng lệnh simulationParameter trong

menu Simulation Đặt thời gian mô phỏng (Stop time) là 10.0 Sau đó nhấn vào

Apply để Simulink áp dụng các thông số do ta đặt và đóng hộp hội thoại bằng cách

nhấn vào Close

Chọn Start trong menu Simulation để chạy mô phỏng và ta Double Click

vào khối Scope để xem dạng sóng ra của tín hiệu

Muốn dừng mô phỏng thì chọn Stop hay Pause từ menu Simulation

Hình 2.9 Các cửa sổ hiển thị tín hiệu ra của sơ đồ.

Để lưu sơ đồ này ta chọn Save từ menu File, nhập tên file File này sẽ chứa

mô hình đã vẽ

II 2 Hộp thoại Simulation parameters:

Trước khi tiến hành mô phỏng ta phải có những thao tác chuẩn bị nhất định:

Đó là khai báo tham số và phương pháp mô phỏng Các thao tác chuẩn bịđược thực hiện ở hôp thoại này Tại đây, tất cả các tham số đều được mặc định sẵn.Tuy nhiên để thu được kết quả mô phỏng tốt nhất, phải chuẩn bị, đặt các tham sốphù hợp với mô hình Simulink cụ thể

Hộp thoại Simulation parameters có 4 trang:

II 2 1 Solver

Tại trang solver ta có thể khai báo thời điểm bắt đầu và kết thúc, thuật toán

tích phân và phương pháp xuất kết quả của mô phỏng

Simulink cung cấp cho ta một số thuật toán (Solver) khác nhau để giải bằng

số phương trình vi phân, đáp ứng một phổ khá rộng các bài toán đặt ra Đối với hệ

gián đoạn ta có thể chọn thuật toán Discrete với bước tích phân linh hoạt (variablestep) hay cố định (Fix- Step) Đối với hệ liên tục ta có các thuật toán variable-step khác nhau như ode45, ode23, ode 2, ode1 ngoài ra, SIMULINK còn

có các thuật toán Variable-Step dùng để mô phỏng hệ thống cứng (hệ có tồn tại tần

số cao hơn động học của hệ rất nhiều Ví dụ: các hệ thống cơ với trục kích cở lớn vàcứng nhưng có cộng hưởng)

Solver với thuật toán variable-step làm việc với bước tích phân linh hoạt Việc giải các phương trình vi phân được bắt đầu với bước khai báo tại Initial step size Nếu ngay khi mới bắt đầu đạo hàm của các biến trạng thái quá lớn, Solver sẽ chọn giá trị bé hơn giá trị ghi tại ô Initial step size Trong quá trình mô phỏng,

Simulink sẽ cố gắng giải phương trình vi phân bằng bước cho phép lớn nhất ghi tại

Max step size Kích cỡ Max step size có thể tính như sau:

50

startime Stoptime

Solver với Fixed-step hoạt động với bước cố định và việc giám sát, phát hiện

các điểm không liên tục là không thể

II 2 2 Workspace I/O.

Nhờ khai báo tại Workspace I/O ta có thể gửi số liệu vào Hoặc đọc từ môi trường MATLAB Workspace mà không cần sử dụng các khối như ToWorkspace, From Workspace trong mô hình Simulink Ngoài ra, ta có thể khai báo giá trị ban

đầu cho các biến trạng thái ở đây

Hình 2 11 Trang WorkSpace I/O.

Nếu chọn ô Input, ta có thể khai báo tên các tập số liệu cần đọc từ Workspace Để đặt giá trị cho biến trạng thái, ta phải chọn ô initial State : tên của biến đang giữ giá trị ban đầu Trong ô Final State : khai báo để có giữ giá trị của lần

mô phỏng trước đó

Biến ra của mô hình Simulink được cất bằng cách điền tên biến ra vào phân

điền của ô output Sau khi đã kích hoạt output Ô state: cất giữ biến trạng thái đó vào Workspace Trong ô format dùng để định dạng dữ liệu cất vào

II 2 3 Diagnostics

Gồm hai ô khai báo dữ liệu: Consistency checking và Bounds checking Consistency checking chỉ cần khi sơ đồ Simulink có chứa các khối tự viết, đảm bảo tính năng giống các khối thông thường Bounds checking khống chế để không có số

liệu nào của khối bị ghi ra ngoài vùng nhớ dành riêng cho khối

Hình 2.12 Trang Diagnostics.

II 2 4 Advanced

Việc kích hoạt ô Inline Parameters sẽ phủ định khả năng thay đổi thông số

của các khối trong quá trình mô phỏng Duy nhất chỉ có các thômg số liệt kê trong

danh sách Global Parameters là vẫn có thể thay đổi được Vì các thông số không

thể thay đổi được bị coi là hằng số nên thời gian tính toán sẽ giảm đáng kể

Tại ô Optimization ta có thêm vài khả năng khai báo tác động đến khối lượng

tính toán

Hình 2.13 Trang Advanced.

I THƯ VIỆN SOURCES:

Khi nháy chuột kép vào kí hiệu Sources, cửa sổ của thư viện con với cáckhối chức năng sẽ mở ra Các khối chuẩn trong đó bao gồm các nguồn phát tín hiệu,các khối cho phép nhập số liệu từ một file, hay từ Matlab Workspace Sau đây ta lầnlượt điểm qua ý nghĩa của từng khối

Hình 3.1.Thư viện SOURCES.

as 1-D có được chọn hay không Nếu ô đó được chọn, ta

có thể khai báo tham số constant value là vector hànghay cột với kích cở dưới dạng ma trận Nếu ô đó khôngđược chọn, các vector hàng hay cột đó chỉ được sử dụngnhư vector với chiều dài n, tức là tín hiệu 1-D

I 3 Signal Generator và Pulse Generator

Bằng Signal Generator ta có thể tạo ra các tínhiệu kích thích khác nhau (ví dụ: hình sin, hình răngcưa), còn Pulse Generator tạo ra chuổi xung hình chửnhật Biên độ và tần số có thể khai báo tuỳ ý Đối vớiPulse Generator ta còn có khả năng chọn tỷ lệ cho bềrộng xung (tính bằng % cho cả chu kỳ) Đối với cả haikhối (giống như khối constant), ta có thể sử dụng tham

số tuỳ chọn Interpret vector parameters as 1-D để quyếtđịnh các tín hiệu có giá trị scalar hay vector hay ma trận

I 4 Repeating Sequence.

Khối này cho phép ta tạo nên tín hiệu tuần hoàntuỳ ý Tham số Time value phải là một vector thời gianvới các giá trị đơn điệu tăng Vector biến ra output valuephải có kích cở phù hợp với chiều dài của tham số TimeValue Giá trị lớn nhất của vector thời gian quyết địnhchu kì lặp lại (chu kì tuần hoàn) của vector biến ra

I 5 Sine Wave.

Khối Sine Wave được sử dụng để tạo tín hiệuhình sin cho cả hai loại mô hình: Liên tục và gián đoạn Những thông số: giá trị biên độ, tần số, pha, thời gianlấy mẫu (chỉ áp dụng cho hệ gián đoạn)

I 6 From Workspace.

Khối From Workspace đọc dữ liệu từ MatlabWorkspace để cung cấp cho mô hình Simulink Các sốliệu lấy vào phải có dạng của biểu thức Matlab, khai báotại dòng Data Ma trận này phải chứa ít nhất hai cột, cộtđầu tiên phải là vector thời gian (nó phải là giá trị tăngđơn điệu) Nếu giá trị ngõ ra cần thời gian tại giữa haigiá trị đã chọn thì ngõ ra phải là nội suy tuyến tính giữahai giá trị thời gian yêu cầu đặt trong ngoặc

I 7 From File.

Khối From File đọc dữ liệu từ một file FILE có sẵn Mat-File có thể là kết qủa từ một lần môphỏng trước đó, đã được tạo nên và cách đi nhờ khối toFile trong sơ đồ Simulink Số liệu cất trong Mat-Filephải có định dạng một ma trận Mỗi cột phải phải có giátrị của n ngõ vào tại thời điểm cho trước (yếu tố đầu tiêncủa cột) Sau đó, hàng thứ nhất là một vector thời gian(so với From Workspace hàng và cột ngược nhau)

I 9 Digital Clock:

Khối Digital Clock cung cấp thời gian cho hệ rờirạc Xác định thông số của thời gian lấy mẫu Khônggiống khối Clock

II THƯ VIỆN SINKS:

Thư viện con Sink bao gồm các khối xuất chuẩn của Simulink Bên cạnh khảnăng hiển thị đơn giản bằng số, còn có các khối dao đông ký để biểu diển các tínhiệu phụ thuộc thời gian hay biểu diễn hai tín hiệu trên hệ toạ độ x-y ngoài ra còn

có khả năng xuất số liệu vào cửa sổ Matlab Workspace hay cất dưới dạng File

Hình 3.2.Thư viện SINKS.

II 1 Scope

Nhờ khối Scope ta có thể hiển thị các tín hiệu củaquá trình mô phỏng Nếu mở cưa sổ Scope sẵn từ trướckhi bắt đầu mô phỏng, ta có thể theo dõi trực tiếp diễn

biến của tín hiệu Ý nghĩa của các nút trên cửa sổ được

minh hoạ ở hình 3 3

Hình 3 3 Đồ thị khối scope.

1 Biểu tương của máy in dung để in tín hiệu cuả quá trình mô phỏng

2 Biểu tượng khai báo thông số của khối

3, 4, 5 Dùng để zoom tín hiệu hiển thị

6 Tự động giản đồ thị

7 Lưu tín hiệu hiện hành

8 Tìm lại tín hiệu trước đó

9 Kết nối hay không kết nối ( khoá tín hiệu vào) khối scope

II.2 To Workspace:

Khối To Workspace gửi số liệu ở đầu vào củakhối tới môi trường MATLAB Workspace dưới dạng

ma trận

Thông số: Tên ma trận, giá trị giới hạn 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

Nếu sự mô phỏng cần số bước lớn hơn giá trịlimit một đơn vị thì khối này chỉ lưu giá trị n cuối cùng,với n là giá trị lấy mẫu limit đã quy định

Thông số thứ hai cuả hàng trong limit là tuỳ ý(timestep: buớc thời gian), Matlab chỉ lưu giá trị nchung Thường vector thời gian không cần khoảng cáchđều; thông số thứ ba của limit cũng tuỳ ý nhưng có đặcđiểm là phải phù hợp với thời gian lấy mẫu với dữ liệuđược thu thập

Ví dụ nếu bạn cài đặt thông số cho limit data points to last: [100, 3, 0 4]

1234567

8

9

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 tạiTo =0, T1=130 4

=1 2, T2=230 4 =2 4, T3 =330 4 = 3 6…Tk = k 30.4 (s)

II 3.To File

Khối To File lưu trữ dữ liệu dưới dạng Mat-file

Số liệu mà To File cất có thể được From File đọc trựctiếp mà không cần xử lý hay chế biến gì

II 4 XY Graph.

Hai đồ thị của hai tín hiệu sẽ được vẽ trên cửa sổ

đồ họa của Matlab Đầu vào thứ nhất ứng với trục x, đầuvào thứ 2 ứng với trục y Trong hộp thoại Blockparameters ta có thể đặt giới hạn cho hai trục

II 5 Stop Simulation:

Khối Stop Simulation ngừng cuộc mô phỏngngay lậy tức khi ngõ vào bằng không Khi nhiều tín hiệuvào là đa biến nếu có một thành phần ngõ vào bằngkhông thì cuộc mô phỏng cũng sẽ ngừng ngay lập tức

II 6 Display.

Khối display đưa tín hiệu ra là giá trị thực hoặcphức tại thời điểm kết thúc mô phỏng

III THƯ VIỆN MATH OPERATIONS.

Thư viện con MATH OPERATIONS có một số khối với chức năng ghéptoán học các tín hiệu khác nhau Bên cạnh các khối đơn giản nhằm cộng hay nhântín hiệu, trong Math còn có nhiều hàm (toán, lượng giác và logic) được chuẩn bịsẵn Sau đây ta chỉ mô tả ngắn một số khối quan trọng nhất

vô hướng Tại ô List of signs ta có thể khai báo cực tính

và số lượng đầu vào bằng cách viết một chuỗi các kí hiệu+ và -

III 2 Product và Dot Product

Khối product thực hiện phép nhân từng phần tử hay nhân ma trận, cũng như phép chia các tín hiệu vào

(dạng 1-D hay 2-D) của khối, phụ thuộc vào giá trị của tham số Multiplication và number of inputs

III 3 Math Function và Trigonometric Funtion.

Khối Math Funtion có một lượng khá lớn các

hàm toán đã được chuẩn bị sẵn tại ô Funtion, cho phép talựa chọn theo nhu cầu sử dụng

Tương tự, khối Trigonometric Funtion có tất cảcác hàm lượng giác quan trọng Cả hai khối đều có thể

xử lý tín hiệu 2-D

III 4 Gain, Slider Gain, Matrix Gain.

Khối Gain có tác dụng khuyếch đại tín hiệu đầuvào bằng biểu thức khai báo tại ô Gain Biểu thức đó chỉ

có thể là một số hay một biến Nếu là biến, biến đó phảitồn tại trong môi trường Matlab Workspace, chỉ khi ấySimulink mới có thể tính toán với biến Phép nhân củabiến vào với Gain được thực hiện theo phương thức nhân

ma trận hay nhân từng phần tử

Khối Slider Gain cho phép người sử dụng thayđổi hệ số khuếch đại vô hướng trong quá trình môphỏng

Khối Matrix Gain cũng giống như khối Gain,điểm khác chỉ là: phải khai báo các tham số thích hợp đểthực hiện phép nhân giữa ma trận Gain với đầu vào

III 5 Logical Operator và Relational Operater.

Khối Logical Operator thực hiện kết hợp các biếnvào của khối theo hàm logic đã chon tại ô Operator Biến

ra sẽ nhận ra các giá trị 1 (True) hay 0 (False) Nếu cácbiến vào có định dạng vector (tính hiệu 1- D) hay ma

trận (tính hiệu 2- D), các phần tử của chúng sẽ được kếthợp theo hàm Logic đã chọn, và ở đầu ra sẽ xuất hiệnmột vector hay ma trận Khi các tín hiệu không thuộcloại Boolean (không có giá trị 0 hoặc 1, ví dụ : double)được đưa tới đầu vào của Logical Operator, cần phải chúý: Tham số Boolean logic signals (trang Advanced củahộp thoại Simulation Parameter) phải được chọn là off.Khi ấy, các tín hiệu khác không được coi là True, cònbằng 0 là False.

Khối Relation Operator thực hiện kết hợp hai tínhiệu đầu vào theo toán tử so sánh đã chọn tại ô operator.Biến ra sẽ nhận giá trị 1 (True) hay 0 (False)

III 6 Algebraic Constraint.

Khối Algebraic Constraint cưỡng tín hiệu đầu

vào của khối về 0 và xuất ơ đầu ra của khối giá trị củabiến z (là giá trị ứng với khi đầu vào là 0) Tuy nhiên,biến ra phải có tác động ngược lại đầu vào thông quamột vòng thích hợp

Tại ô giành cho tham số intial guess ta có thểkhai báo giá trị khởi đầu cho thuật toán giải vòng quẩnđại số Bằng cách lựa chọn khéo léo thông số này, ta cóthể cải thiện độ chính xác, thậm chí là cách làm duynhất trong vài trường hợp

III 7 Abs.

Khối Abs tính giá trị tuyệt đối của thông số ở cổng

vào

III 8 Combinatorial Logic.

Khối Combinatorial Logic thực thi một bảng tổhợp logic Thông số của khối này là bảng thật

IV THƯ VIỆN CONTINUOUS

Đây là nhóm các khối tuyến tính trong miền thời gian.

Hình 3.5.Thư viện CONTINUOUS.

IV 1 Integrator.

Khối Integrator lấy tích phân tính hiệu vào củakhối Giá trị ban đầu được khai báo hoặc trực tiếp tạihộp thoại Block parameters, hoặc thông qua chọn giá trịinternal tai ô initial condition source để sau đó điền giátrị ban đầu vào dòng viết của ô initial condition

IV 4 Transfer Function và Zero-pole.

Nhờ Transfer Fcn ta có thể mô hình hoá hàm truyềnđạt hệ tuyến tính Thông số của khối là các hệ của đathức tử số và mẫu số khai báo theo thứ tự số mũ của Sgiảm dần

Khối Zero-pole thực hiện hàm truyền dưới dạng cực

và zero

IV 5.Transport Delay và Variable Tran Sport Delay.

Khối Transfer Funtion làm cho tín hiệu vào bị trểmột thời gian cho trước Thông số của khối là thời giantrễ và điều kiện đầu

Khối Variable Tran Sport Delay giới thiệu mộtbiến thời gian trễ: Ngõ vào thứ hai trễ một khoảng thờigian so với ngõ vào thứ nhất Những thông số của khối làthời gian trễ, số mẫu được lưu trữ

V THƯ VIỆN DISCOTINUITIES.

Hình 3.6.Thư viện DISCOTINUITIES.

V 1 Backlash

Khối Backlash phỏng lại đặc tính của một hệthống có độ dơ Những thông số của khối: Độ rộngDead Zone, giá trị đầu của ngõ ra và vào Ngõ ra làhằng số khi ngõ vào nằm trong đoạn Dead Zone

V 2 Dead Zone.

Ngõ ra có giá trị là Zero khi ngõ vào nằm trongkhoảng liệt (tắt) Ngoài ra ngõ ra sẽ bằng ngõ vào khingõ vào không nằm trong đoạn Dead Zone Những thông

số của khối: Giá trị đầu và cuối của đoạn Dead Zone

V 3 Coulomb & Viscous Friction.

Khối Coulomb &Viscous Friction mô phỏng một

hệ có ma sát dính và ma sát trượt Những thông số củakhối là giá trị offset ban đầu, tỉ số ma sát thẳng Lực masát có giá trị là zero ở tại thời điểm đặt giá trị offset

V 5 Quantizer.

Khối Quantizer chuyển tín hiệu ở đầu vào thànhtín hiệu bậc thang mô phỏng bộ lượng tử Thông số củakhối là khoảng thời gian lượng tử

V 6 Rate Limiter và Saturation

Khối Rate Limiter giới hạn tốc độ thay đổi củatính hiệu ngõ vào Thông số của khối là giá trị tối đa của

sự thay đổi

Khối Saturation tính toán một khâu bão hòa,nghĩa là giới hạn biên độ của ngõ ra Thông số của khối

là giá trị trên và dưới của ngõ ra

VI THƯ VIỆN DISCRETE: