PhÇn II SIMULINK TRONG MATLAB I KHÁI NIỆM VỀ SIMULINK: Simulink phần mềm mở rộng MATLAB (1 Toolbox Matlab) dùng để mô hình hoá, mô phân tích hệ thống động Thông thường dùng để thiết kế hệ thống điều khiển, thiết kế DSP, hệ thống thông tin ứng dụng mô khác Simulink thuật ngữ mô dễ nhớ ghép hai từ Simulation Link Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính,hệ phi tuyến, mô hình miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hệ gồm liên tục gián đoạn Để mô hình hoá, Simulink cung cấp cho bạn giao diện đồ họa để sử dụng xây dựng mô hình sử dụng thao tác "nhấn kéo" chuột Với giao diện đồ họa ta xây mô hình khảo sát mô hình cách trực quan Đây khác xa phần mềm trước mà người sử dụng phải đưa vào phương vi phân phương trình sai phân ngôn ngữ lập trình Điểm nhấn mạnh quan trọng việc mô trình việc thành lập mô hình Để sử dụng tốt chương trình này, người sử dụng phải có kiến thức điều khiển, xây dựïng mô hình toán học theo quan điểm lý thuyết điều khiển từ thành lập nên mô hình toán II TÌM HIỂU VỀ SIMULINK VÀ CÁC BLOCKS LIBRARY: II.1 CÁCH KHỞI TẠO SIMULINK VÀ VẼ SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG: II.1.1 Khởi tạo SIMULINK: §Ĩ vµo Simulink Matlab, dïng biĨu tỵng trªn c«ng hc ta tõ cưa sỉ lƯnh cđa Matlab ®¸nh dßng lƯnh: >> simulink ↵ Khi khởi động Simulink xong ta hình cửa sổ Simulink Cửa sổ hoạt động liên kết với cửa sổ lệnh MATLAB Ta thấy cửa sổ Simulink có nhiều khối chức (blocks library), có nhiều khối chức cụ thể Hình 2.1 : Cách vào toolbox SIMULINK MATLAB Từ cửa sổ lệnh ta thấy khối thư viện: Khối nguồn (Sources), khối đầu đo (Sinks), khối phi tuyến (nonlinear), khối tuyến tính (Continuous), khối đầu nối (Signal Routing)………… Hình 2.2 : Màn hình cửa sổ thư viện SIMULINK Thư viện Simulink bao gồm khối chuẩn trên, người sử dụng thay đổi hay tạo khối cho riêng Simulink giống phần mềm mô thiết kế mạch điện tử : MicroSim Eval, EWB, Circuit Maker… Để vẽ sơ đồ mô xây dựng mô nào.Việc xây dựng mô hình thao tác để xây dựng mô hình Ta thử thiết kế mô ví dụ sau (Hình 2.7) để biết việc vẽ mô sơ đồ: Để vẽ mô hình ta phải làm thao tác sau: 1.Từ cửa sổ Matlab đánh lệnh simulink Cửa sổ thư viện khối xuất 2.Từ cửa sổ thư viện ta nhấp chuột vào File/New/Model nhấn Ctrl+ N Màn hình cửa sổ mô hình Untitled mở (Hình2.2).Từ ta bắt đầu xây dựng mô hình Chọn block thư viện thích hợp: Hình 2.3 : Mô hình phân tích sóng hình sin H×nh 2.4: Chọn vẽ Model (Scheme) Trong sơ đồ chọn khối từ thư viện: + Thư viện nguồn tín hiệu (Sources): Chọn Sin wave + Thư viện khối nhận tín hiệu (Sinks): Chọn Scope + Thư viện hàm tuyến tính (Continuous): Chọn Integrator + Thư viện đầu nối ( Signal Routing): Chọn Mux Để chọn thư viện Simulink ta nhấp kép (Double Click) vào khối (icon) Simulink hiển thò cửa sổ chứa tất khối thư viện Trong thư viện nguồn tín hiệu chứa tất khối nguồn tín hiệu Thư viện nguồn tín hiệu trình bày hình 2.5 Người sử dụng thêm vào sơ đồ cách ghép khối từ thư viện hay từ mô hình khác Trong ví dụ ta chọn khối phát sóng hình sin Đặt trỏ chuột lên khối ấn giữ phím trái chuột, kéo khối tới cửa sổ vẽ sơ đồ Untitled Khi di chuyển khối ta thấy khối tên di chuyển với trỏ chuột Hình 2.5 : Cửa sổ thư viện Phầàn Nguồn tín hiệu (SOURCES) Hình 2.6 : Khối tên di chuyển khối Khi trỏ chuột di chuyển tới nơi bạn cần đặt khối sơ đồ cách nhả phím chuột, copy khối hình mô Khi ta không vừa ý chỗ đặt ta di chuyển khối cách Theo cách chép khối lại vào hình mô để tiếp tục xây dựng sơ đồ Muốn copy tiếp khối Sin một sơ đồ, ta làm cách giữ phím Ctrl + phím trái chuột di chuyển tới điểm cần đặt khối, lúc khối copy Với tất khối chép vào cửa sổ hình mô hiển thò hình Nếu xem kó khối, thấy dấu > bên phải khối dâú đầu nối dành cho ngõ tín hiệu, dấu > bên trái dấu đầu nối dành cho ngõ vào Tín hiệu từ đầu khối tới đầu vào khối khác theo đường nối giữ hai khối Khi khối nối biểu tượng > Hình 2.7 Cửa sổ sơ đồ với khối copy OUTPUT PORT INPUT PORT Hình 2.8 Đầu vào - khối Từ hình 1.11 ta thấy khối Mux có ba cổng vào ta cần có hai cổng nên ta phải thay đổi thông số Mux, cách nhấp kép lên khối Mux thay đổi giá trò thông số "Number of Input" (hình 2.9).Sau nhấn phím Apply cửa cửa sổ Mux Simulink điều chỉnh số cổng vào theo giá trò nhập Hình 2.9 Cửa sổ thông số khối Mux Bây ta nối khối lại với Đầu tiên nối đầu khối phát Sin tín hiệu tới đầu vào khối Mux Công việc thực nối khối, nói chung không theo thứ tự bắt buộc Công việc thực nối sơ đồ giống phần mềm thiết kế điện tử đặt trỏ chuột đầu nối (ra) khối (con trỏ chuột biến thành dấu cộng), giữ trỏ chuột kéo tới đầu nối (vào) khối khác Trong trình nối, đưòng nối có hình nét đứt trỏ thay đổi thành dấu cộng kép lại gần khôí cần nối Hình 2.10 Cửa sổ mô hình trước nối dây Hình 2.11 Cửa sổ mô hình nối dây Ta nối cách nhả phím chuột trỏ bên khối Khi đường nối nối vào cổng gần vò trí trỏ Hình 2.12 Hình khôí Sin nối vào khối Mux Phần lớn đường nối từ đầu khối tới đầu vào khối khác Có đường nối từ đường tới đầu vào khối ta gọi đường rẽ nhánh Việc vẽ đường rẽ nhánh có khác biệt so với vẽ đường nối Để vẽ rẽ nhánh ta thực việc sau: Đặt trỏ vào điểm cần vẽ đường rẽ nhánh Hình 2.13 Con trỏ đặt vào điểm cần rẽ nhánh Ên phím Ctrl + giữ phím trái chuột ,kéo trỏ chuột tới đầu vào khối Nhả phím chuột, Simulink vẽ đường từ điểm bắt đầu tới cổng vào khối Tuy nhiên nối dây từ đầu vào (đầu ra) khối tới đường nối chính, mà không cần giữ phím Ctrl Tuy nhiên việc nối dây bất tiện mối nối hình thành không theo ý muốn không nối Hình 2.14.Một đoạn dây không ý Kết thúc việc nối dây, mô hình hiển thò hình 2.15 Tuy nhiên trình nối dây có đưòng nối dây không ý ta muốn, ta bỏ sử a chữa lại cách nhấp chuột vào đoạn dây đó, sau ta nhấn phín Delete di chuyển đoạn dây để sửa lại Hình 2.15 Một đoạn dây chọn Hình 16 Cửa sổ mô hình vẽ xong Bây ta mở khối Scope để hiển thò tín hiệu chạy mô 10s Đầu tiên ta phải đặt thông số mô lệnh Parameter menu Simulation Đặt thời gian mô (Stop time) 10.0 Sau nhấn vào Apply để Simulink áp dụng thông số ta đặt đóng hộp hội thoại cách nhấn vào Close H×nh 2.17 Cưa sỉ ®Ỉt th«ng sè m« pháng Chọn Start menu Simulation để chạy mô ta Double Click vào khối Scope để xem dạng sóng tín hiệu Muốn dừng mô chọn Stop hay Pause từ menu Simulation Hình 2.18 Cửa sổ hiển thò tín hiệu sơ đồ Để lưu sơ đồ ta chọn Save từ menu File, nhập tên file File chứa mô hình vẽ II.2 CÁC BLOCKS LIBRARY: Sau BLOCK LIBRARY Simulink Giúp cho có cách nhìn khái quát thư viện Simulink Hình 2.19: Thư viện Phần Rời Rạc (DISCRETE) Th viƯn Sinks h×nh 2.20 gåm c¸c khèi xt chn cđa Simulink Bªn c¹nh kh¶ n¨ng hiĨn thÞ ®¬n gi¶n b»ng sè, cßn cã khèi dao ®éng bÊt kú ®Ĩ biĨu diƠn c¸c tÝn hiƯu phơ thc thêi gian Hình 2.20 : Thư viện Đồ thò (SINKS) Hình 2.21 : : Thư viện Phần Tuyến tính (Continuous) Hình 2.22: Thư viện Phần phi tuyến (Discontinuties) Hình 2.23: Thư viện Phần Đầu nối (Signal Routing) Vµ mét sè th viƯn kh¸c III THUỘC TÍNH CỦA MỘT BLOCK VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TRONG SIMULINK Như biết phần tử để xây dựng nên sơ đồ Simulink Block Một Block quy đònh hai thuộc tính: Văn phong cấu trúc Thuộc tính văn phong mô tả Style: Style Drop Shadows Orientation Title Font… Foreground Color Background Color Screen Color Bao gồm : • Drop Shadows : Bật tắt bóng Block • Orientation : Đònh hướng chọn Block Sự đònh hướng chọn phím nóng Ctrl +R để xoay 900 Ctrl + F để xoay 1800 • Title : Đặt tên cho Block Displayed Hidden Top/Left Bottom/Right Hiện tên Block Ẩn tên Block Tên Block nằm đỉnh block hay bên trái Tên Block nằm dươí block hay bên phải • Font :Đònh dạng Font cho Block • Color : màu nền, khung màu chữ cho Block Thuộc tính cấu trúc mô tả hộp hội thoại Block Mở cách Double Click chuột vào biểu tượng Block Trong hộp hội thoại có thành phần sau: • Tên khối (block name) • Mô tả ngắn gọn đặt điểm khối (Brief explanation) • Những mảng thông số (parameters) khối cần thông số • Giải thích đặc điểm khối (Help button) Những mô tả cấu trúc thuộc tính blocks Simulink mô tả ë phÇn sau Block name Brief explanation For further information Parameter Hình 2.25: Thuộc tính cấu trúc Block III.2 Các phương pháp giải toán mô Simulink : Trong Simulink việc giải toán mô có nhiều phương pháp giải khác Sau cách giải áp dụng Simulink • Phương pháp Euler : phưng pháp cổ điển với biến bước Phương pháp khả thi cho hệ thống có bước nhỏ Do toán có liên quan đến việc tính toán nhiều không xác Phương pháp nên dùng cho việc kiểm tra kết • Phương pháp Runge-Kutta Runge-Kutta 5: Đây phương pháp thông dụng áp dụng cho loại toán đạt tiêu chất lượng so với phương pháp đặc biệt khác Phương pháp thích hợp cho cho hệ liên tục hệ phi tuyến Không làm việc với hệ có ma sát • Phương pháp Adams :là phương pháp tự chỉnh áp dụng cho hệ ma sát • Phương pháp Gear : phương pháp tự chỉnh áp dụng cho hệ có ma sát Phương pháp không làm việc tốt hệ bò rối loạn ngõ vào thay đổi liên tục • Phương pháp Adams / Gear : Chọn hai phương phápAdams Gear • Phương pháp LinSim : phương pháp dùng cho hệ tuyến tính Nếu hệ mang tính chất tuyến tính có vài khối phi tuyến hệ làm việc tốt IV øng dơng Simulink tÝnh to¸n Ph¬ng tr×nh dao ®éng cđa « t« Víi gi¶ thiÕt khèi l−ỵng cđa hƯ thèng treo ®−ỵc chia ®Ịu cho phÇn khèi l−ỵng ®−ỵc treo vμ phÇn khèi l−ỵng kh«ng ®−ỵc treo, m« h×nh ®éng lùc häc cđa hƯ thèng treo ®¬n chØ gåm phÇn tư ®μn håi (Cs) vμ phÇn tư gi¶m chÊn (Ks) thĨ hiƯn trªn h×nh 2.26 Ph−¬ng tr×nh ®éng lùc häc cđa hƯ thèng: Trong ®ã: Zs, Zs’- ®é dÞch chun, tèc ®é dÞch chun cđa ®iĨm liªn kÕt víi khèi l−ỵng ®−ỵc treo; Zu, Zu’- ®é dÞch chun, tèc ®é dÞch chun cđa ®iĨm liªn H×nh 2.26 m« h×nh hƯ thèng treo ®¬n kÕt víi khèi l−ỵng kh«ng ®−ỵc treo; S¬ ®å khèi m« pháng hƯ thèng b»ng phÇn mỊn Matlab/Simulink + Ph¬ng tr×nh vi ph©n m« t¶ hƯ thèng h×nh 2.27: F(qt)= -m = -mZ” Fc= - c.Z Fk = - kZ’ F(t) F(t) F(t) Z m -m.Z”- kZ’ –cZ + F(t) =0 ⇒ Z” = Fc S¬ ®å m« pháng hƯ thèng b»ng Simulink nh sau: xe ®Ĩ kh¶o s¸t dao ®éng cđa khèi l−ỵng ®−ỵc treo vμ Fk Fqt C k H×nh 2.27 m« h×nh hƯ thèng treo ®¬n M« h×nh dao ®éng 1/4 xe M« h×nh 1/4 ®−ỵc dïng kh«ng ®−ỵc treo trªn mét trơc chóng dao ®éng ®éc lËp, m« h×nh vËt lý dao ®éng 1/4 xe thĨ hiƯn trªn h×nh 2.28 Cã thĨ chia m« h×nh dao ®éng 1/4 xe thμnh c¸c phÇn tư: b¸nh xe; khèi l−ỵng kh«ng ®−ỵc treo; hƯ thèng treo vμ phÇn tư khèi l−ỵng ®−ỵc treo PhÇn tư b¸nh xe cã hai kÝch thÝch ®Çu vμo lμ dÞch chun cđa khèi l−ỵng kh«ng ®−ỵc treo vμ chiỊu cao mÊp m« biªn d¹ng ®−êng §Çu lμ lùc t−¬ng t¸c víi khèi l−ỵng kh«ng ®−ỵc treo vμ còng lμ lùc t−¬ng t¸c víi ®−êng H×nh 2.28 M« h×nh dao ®éng Ph−¬ng tr×nh ®éng lùc häc cđa hƯ thèng: -ms - Ks(Z’s - Z’u) -Cs(Zs - Zu) = (1) -mu + Ks(Z’s - Z’u) + Cs(Zs - Zu) - Kt(Z’u - q’) - Ct(Zu - q) = (2) Tõ (1) ⇒ Tõ (2 ) ⇒ = = §Ĩ gi¶i hƯ ph¬ng tr×nh vi ph©n dïng Simulink cã c¸c c¸ch sau: a C¸ch 1: Dïng kÕt nèi trùc tiÕp 1/4 xe KÕt qu¶ m« pháng b C¸ch 2: Dïng hƯ thèng Subsystem T¸ch hƯ ph¬ng tr×nh thµnh hai hƯ th«ng Subsystem Sư dơng ph¬ng Subsystem cho tr×nh 1: Sư dơng Subsystem1 cho ph¬ng tr×nh 2: c C¸ch 3: Tõ hai ph¬ng tr×nh (1) vµ (2) ta cã thĨ t¸ch thµnh ph¬ng tr×nh nhá: -ms – F1= F1 = Ks(Z’s – Z’u) + Cs(Zs - Zu) -mu + F1– F2 = F2 = Kt(Z’u – q’) + Ct(Zu - q) T¬ng øng víi s¬ ®å sau: (2) (1) Zs F1 Zs ms Cs ks Zu F1 F1 (4) F2 F1 (3) Zu mu F2 Ct kt F2 3 Hệ thống treo bị động (passive suspensions) H×nh 2.29 Mơ hình hệ thống treo bị động ms- Khối lượng phần treo Zs - Dịch chuyển dọc khối lượng treo kr - Độ cứng phần tử đàn hồi cầu sau kf - Độ cứng phần tử đàn hồi cầu trước br -Hệ số cản giảm chấn cầu sau bf - Hệ số cản giảm chấn cầu trước bur - Hệ số cản giảm chấn lốp cấu sau; buf - Hệ số cản giảm chấn lốp cầu trước mur - Khối lượng phần khơng treo cầu sau muf - Khối lượng phần khơng treo cầu trước Zu - dịch chuyển dọc khối lượng khơng treo q- mấp mơ biên dạng mặt đường V – vận tốc chuyển động ơtơ ; J - mơmen qn tính ms lf - khoảng cách từ trọng tâm đến điểm gi hệ thống treo trước lr – khoảng cách từ trọng tâm đến điểm gi hệ thống treo sau φ - góc quay khối lượng treo a Phương trình dao động khối lượng treo: Dịch chuyển thẳng đứng Zsr, Zsf vị trí A B xác định sau: (do góc Φ nhỏ nên ta có: tan Φ≈ Φ) Hình 2.30: Mơ hình phương trình dao động hệ thống treo bị động Chuyển động thẳng đứng khối lượng treo: Chuyển động quay: b Phương trình dao động khối lượng khơng treo cầu trước: c Phương trình dao động khối lượng khơng treo cầu sau: Ta có: [...]...Vµ mét sè th viƯn kh¸c III THUỘC TÍNH CỦA MỘT BLOCK VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TRONG SIMULINK Như chúng ta đã biết phần tử để xây dựng nên một sơ đồ trong Simulink đó chính là Block Một Block được quy đònh bởi hai thuộc tính: Văn phong và cấu trúc Thuộc tính về văn phong được mô tả trong bản Style: Style Drop Shadows Orientation Title Font… Foreground... Block name Brief explanation For further information Parameter Hình 2.25: Thuộc tính cấu trúc của một Block III.2 Các phương pháp giải bài toán mô phỏng trong Simulink : Trong Simulink việc giải các bài toán mô phỏng có nhiều phương pháp giải khác nhau Sau đây là các cách giải được áp dụng trong Simulink • Phương pháp Euler : là phưng pháp cổ điển với biến là bước Phương pháp này khả thi cho bất cứ hệ... mô tả trong hộp hội thoại của Block Mở nó bằng cách Double Click chuột vào biểu tượng Block Trong hộp hội thoại có những thành phần sau: • Tên khối (block name) • Mô tả ngắn gọn về đặt điểm của khối (Brief explanation) • Những mảng thông số (parameters) nếu khối đó cần những thông số • Giải thích về đặc điểm của khối (Help button) Những mô tả về những cấu trúc thuộc tính của các blocks trong Simulink. .. treo bị động ms- Khối lượng phần được treo Zs - Dịch chuyển dọc khối lượng được treo kr - Độ cứng phần tử đàn hồi cầu sau kf - Độ cứng phần tử đàn hồi cầu trước br -Hệ số cản giảm chấn cầu sau bf - Hệ số cản giảm chấn cầu trước bur - Hệ số cản giảm chấn lốp cấu sau; buf - Hệ số cản giảm chấn của lốp cầu trước mur - Khối lượng phần khơng được treo cầu sau muf - Khối lượng phần khơng được treo cầu trước... 2.26 m« h×nh hƯ thèng treo ®¬n kÕt víi khèi l−ỵng kh«ng ®−ỵc treo; S¬ ®å khèi m« pháng hƯ thèng b»ng phÇn mỊn Matlab /Simulink + Ph¬ng tr×nh vi ph©n m« t¶ hƯ thèng h×nh 2.27: F(qt)= -m = -mZ” Fc= - c.Z Fk = - kZ’ F(t) F(t) F(t) Z m 0 -m.Z”- kZ’ –cZ + F(t) =0 ⇒ Z” = Fc S¬ ®å m« pháng hƯ thèng b»ng Simulink nh sau: 2 xe ®Ĩ kh¶o s¸t dao ®éng cđa khèi l−ỵng ®−ỵc treo vμ Fk Fqt C k H×nh 2.27 m« h×nh hƯ thèng... cũng làm việc tốt IV øng dơng Simulink trong tÝnh to¸n 1 Ph¬ng tr×nh dao ®éng cđa « t« Víi gi¶ thiÕt khèi l−ỵng cđa hƯ thèng treo ®−ỵc chia ®Ịu cho phÇn khèi l−ỵng ®−ỵc treo vμ phÇn khèi l−ỵng kh«ng ®−ỵc treo, m« h×nh ®éng lùc häc cđa hƯ thèng treo ®¬n chØ gåm phÇn tư ®μn håi (Cs) vμ phÇn tư gi¶m chÊn (Ks) thĨ hiƯn trªn h×nh 2.26 Ph−¬ng tr×nh ®éng lùc häc cđa hƯ thèng: Trong ®ã: Zs, Zs’- ®é dÞch chun,... tr×nh ®éng lùc häc cđa hƯ thèng: -ms - Ks(Z’s - Z’u) -Cs(Zs - Zu) = (1) -mu + Ks(Z’s - Z’u) + Cs(Zs - Zu) - Kt(Z’u - q’) - Ct(Zu - q) = 0 (2) Tõ (1) ⇒ Tõ (2 ) ⇒ = = §Ĩ gi¶i hƯ ph¬ng tr×nh vi ph©n dïng Simulink cã c¸c c¸ch sau: a C¸ch 1: Dïng kÕt nèi trùc tiÕp 1/4 xe 0 KÕt qu¶ m« pháng b C¸ch 2: Dïng hƯ thèng con Subsystem T¸ch hƯ ph¬ng tr×nh thµnh hai hƯ th«ng Subsystem Sư dơng ph¬ng Subsystem cho tr×nh ... blocks Simulink mô tả ë phÇn sau Block name Brief explanation For further information Parameter Hình 2.25: Thuộc tính cấu trúc Block III.2 Các phương pháp giải toán mô Simulink : Trong Simulink. .. nhập tên file File chứa mô hình vẽ II.2 CÁC BLOCKS LIBRARY: Sau BLOCK LIBRARY Simulink Giúp cho có cách nhìn khái quát thư viện Simulink Hình 2.19: Thư viện Phần Rời Rạc (DISCRETE) Th viƯn Sinks... Thư viện Phần phi tuyến (Discontinuties) Hình 2.23: Thư viện Phần Đầu nối (Signal Routing) Vµ mét sè th viƯn kh¸c III THUỘC TÍNH CỦA MỘT BLOCK VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TRONG SIMULINK