tìm hiểu về matlad simulink

Đề Tài :TÌM HIỂU VỀ MATLAD SIMULINK Lời Mở Đầu Điều Khiển tự động đóng vai trò quan trọng phát triển khoa học kỹ thuật Lĩnh vực hữu khắp nơi từ hệ thống phi tuyền không gian, hệ thống điều khiển tên lữa, máy bay không người lái, người máy tay, máy trình sản xuất đại đời sống hàng ngày Sự phát triển gần cảu lý thuyết điều khiển đại nhiều lĩnh vực điều khiển tối ưu hệ thống ngẫu nhiên tiền định Hiện máy vi tính ngày rẻ, gon khả xử lý lại mạnh nên dùng phần tử hệ thống điều khiển MATLAB chương trình phần mềm lớn lĩnh vực tính tốn số Matlab chữ viết tắt từ MATrix LABoratory, thể định hướng chương trình bao gồm số hamnf toán chức nhập/ xuất khả lập trình với cú pháp thơng dụng mà nhờ ta dựng nên Scripts MATLAB có nhiều phiên Simuink phần mềm mởi rộng Matlab (1 Toolbox Matlab) dùng để mơ hình hóa, mơ 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 đượ ghép hai từ Simulation Link, Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tinh, phi tuyến, mơ hình miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hệ gồm liên tục gián đoạn Phần I Cơ Sở Về Matlab MATLAB chương trình phần mềm lớn lĩnh vực tốn số Tên chương trình chữ viết tắt từ MATrix LABoratory, thể định hướng chương trình phép tính vector ma trận Phần cốt lõi chương trình bao gồm số hàm toán, chức nhập xuất cung khả điều khiển chu trình mà nhờ dựng Scripts Trong phần bao gồm Toolbox liên quan tới điều khiển - tự động hóa như: Control System Toolbox, Signal Processing Toolbox, Optimization Toolbox, Stateflow Blockset, Power System Blockset, Real – Time Workshop SIMULINK SIMULINK toolbox có vai trò đặc biệt quan trọng: Vai trò cơng cụ mạnh phụ vụ mơ hình hóa mơ hệ thống Kỹ Thuật - Vật ý sở sơ đồ cấu trúc dạng khối Cùng với SIMULINK, statefew Blockset tạo cho ta khả mơ hình hóa mô autormat trạng thái hữu hạn 1) Những Bước với Matlab MATLAB (Matrix Laboratory) phần mềm khoa học thiết kế để cung cấp việc tính tốn số hiển thị đồ họa ngơn ngữ lập trình cấp cao MATLAB cung cấp tính tương tác tuyệt vời cho phép người sử dụng thao tác liệu linh hoạt dạng mảng ma trận để tính tốn quan sát Các liệu vào MATLAB nhập từ "Command line" từ "mfiles", tập lệnh cho trước MATLAB MATLAB cung cấp cho người dùng toolbox tiêu chuẩn tùy chọn Người dùng tạo hộp cơng cụ riêng gồm "mfiles" viết cho ứng dụng cụ thể Chúng ta sử dụng tập tin trợ giúp MATLAB cho chức lệnh liên quan với toolbox có sẵn (dùng lệnh help) Ví dụ: Command Window: >> help plot Sau khởi động Matlab, mơi trường tích họp với cửa số hinh dưới: Sau khởi động matlab ta thu hình MATLAB, mơi trường tích hợp với cửa sổ hình Để có man hình đó, ta chọn menu: View, Desktop Layout, Five Panel Cửa sổ lệnh Command Windows : Đây cửa sổ Matlab Tại ta thực toàn việc nhập liệu xuất kết tính tốn Dấu nhấp nháy>> báo hiệu chương trình sẵn sàng hoạt động: Mỗi lần nhập liệu kết thúc động tác nhấn phím ENTER Nguyễn tắc “nhân, chia thực trước cộng, trừ” thứ tự ưu tiên dấu ngoặc bình thường Số có giá trị lớn thường nhập với hàm e mũ (có thể viết E) Có thể kết thúc chương trình đóng hình Matlab, gọi lệnh quit, exit, nhấn tổ hợp phím Ctrl+q Cửa sổ soạn thảo Editor : Nhờ chương trình soạn thảo Matlab ta viết, mới, hay xử lý sửa đổi Scripts hàm Bên cạnh chức soạn thảo, có chức thơng thường khác mà mơi trường soạn thảo chương trình cần phải có, phục vụ xử lý bước nội dung chương trình, hay để phát lỗi Cửa sổ khứ Comm History : Tất lệnh sử dụng Command Windows lưu giữ hiển thị Có thể lặp lại lệnh cũ nháy chuột kép vào lệnh Cũng cắt, xóa nhóm lệnh lệnh riêng rẽ Cửa sổ môi trường công tác Workspace Browser : Tất biến, hàm tồn môi trường công tác hiển thị cửa sỏ với đầy đủ thông tin như: tên, loại biến/hàm, kích cỡ tính theo Bytes loại liệu Ngồi cất vào nhớ liệu đó, hoăc sử dụng chức Aryay Ediotors (soạn thảo mảng) để thay đổi biến Cửa sổ Launch Pad : Cửa sổ cho phép người sử dụng truy cập nhanh công cụ Matlab, phần Help (trợ giúp) Online Dcuments (tài liệu trực tuyến), Mở Demos (chương trình trình diễn) Cửa sổ thư mục Curent Directory Browser : Nhờ cửa sổ này, người sử dụng nhanh chóng nhận biết, chuyển đổi thư mục môi trường công tac, mở File, tạo thành thư mục Trên túy ví dụ khả tạo hình cơng tác Nhờ menu View, người sử dụng thay đổi linh hoạt hình Matlab cho phù hợp với thói quan cà nhu cầu sử dụng thân Tiện ích trợ giúp (Help) MATLAB Tiện ích trợ giúp MATLAB vô phong phú Tùy theo cầu, gọi Help[command] để xem nội dung hỗ trợ lệnh command trực tiếp Command Windows sử dụng công cụ truy cập Help PHẦN II Khái Quát Về SIMULINK Simulink công cụ Matlab dùng để mô hình, mơ phân tích hệ thống động với môi trường giao diện sử dụng đồ họa Việc xây dựng mơ hình đơn giản hóa hoạt động nhấp chuột kéo thả Simulink bao gồm thư viện khối với hộp công cụ tồn diện cho việc phân tích tuyến tính phi tuyến Simulink phần quan trọng Matlab dễ dàng chuyển đổi qua lại q trình phân tích, người dùng tận dụng ưu hai mơi q trình phân tích, người dùng tận dụng ưu hai mơi SIMULINK phần chương trình mở rộng Matlab nhằm mục đích mơ hình hóa, mơ khảo sát hệ thống động học Giao diện đồ họa hình Simulink cho phép thể hệ thống dạng sơ đồ tín hiệu với khối chức quen Simulink cung cấp cho người sử dụng thư viện phong phú, có sẵn với số lượng lớn khối chức cho hệ tuyến tinh, phi tuyến gián đoạn, Hơn thế, người sử dụng tạo nên khối riêng SIMULINK phần mềm mơ hệ thống động học môi trường Matlab Đặc điểm Simulink lập trình dạng sơ đồ cấu trúc hệ thống Nghĩa là, để mô hệ thống mơ tả dạng phương trình vi phân, phương trình trang thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc cần chuyển sang chương trình Simuink dạng khối khác theo cấu trúc khảo sát Với cách lập trình vậy, người nghiên cứu hệ thống thấy trực quan dễ hiểu Trong mơi trường Simulink tận dụng khả tính tốn, phân tích liệu, đồ họa Matlab, sử dụng khả Toollbox khác Toollbox sử lý tín hiệu số, logic mở điều khiển mở, nhận dạng, điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu,… Việc Simulink kết hợp với Toollbox tạo công cụ mạnh để khảo sát động học hệ tuyến tính phi tuyến môi trường thống 1 Khởi động Simulink: Khởi động vào Matlab, sau có hai cách vào cửa sổ Simulink Cách 1: Vào trực tiếp Simulink cách nhấp chuột vào biểu tượng menu Matlab Cách 2: Gõ lệnh Simulink/Enter Đặc điểm Simulink Simulink phân biệt (không phụ thuộc vào thư viện con) hai loại khối chức năng: khối ảo (virtual) khối thực (notvirtual) Các khối thực đóng vai trò định chay mơ mơ hình Simulink Việc thêm hay bớt khối thực thay đổi đặc tính động học hệ thống mo hinh Simulink mơ tả Có thể nêu nhiều ví dụ khối thực như: Khối tích phân Intergrator hay khối hàm truyền đạt Tranfer Fcn thư viện Continuous, khối Sum hay khối Product thư viện Math Ngược lại, khối ảo khơng có khả thay đổi đặc tính hệ thống, chúng có nhiệm vụ thay đổi diện mạo đồ họa mơ hình Simulink Đó khối Mux, Demucx hay Enable thuộc thư viện Signal System, Một số chức mang đặc tính ảo hay thực tùy thuộc theo vị trí hay thức sử dụng chúng mơ hình Simulink, mơ hình xếp vào loại ảo có điều kiện Các thao tác sử dụng Simulink Simulink gần sử dụng nhờ chuột Bằng cách nháy kép phím chuột trái vào số thư viện thuộc cửa sổ thư viện Library ta thu cửa sổ có chứa khối thuộc thư viện Hoặc thu kết tương tự cách nháy kép chuột trái nhánh thư viện ta xây dựng lưu đồ tín hiệu mong muốn Để tạo định dạng (Fromat) soạn thảo ta có khả sau đây: Copy (sao chép): cách gắp thả “Drag & Drop” nhờ phím chuột phải ta chép khối từ thư viện (cũng từ thư viện khác) Move (di chuyển): ta dễ dàng di chuyển khối phạm vi cửa sổ khối nhờ phím chuột trái Đánh dấu: cách nháy phím chuột trái vào khối ta đánh dấu, lựa chọn khối, kéo chuột đánh dấu nhiều khối lúc Delete (xóa): xóa khối đường nối bị đánh dấu gọi lệnh menu Edit/Clear Bằng menu Edit/Undu tổ hợp phím Ctrl + Z ta cứu vãn lại động tác xóa vừa thực Hệ thống con: cách đánh dấu nhiều khối có quan hệ chức năng, sau gom chúng lại thơng qua menu Edit/ Creat Subsystem, ta tạo hệ thơng Nối hai khối: dùng phím chuột trái nháy vào đầu khối, sau dó di mũi tên chuột tới đầu vào cần nối Sau thả ngón tay khỏi phím chuột, đường nối tự động tạo Có thể rẽ nhánh tín hiệu cách nháy phím chuột phải vào đường nối có sẵn kéo đường nối xuất hiệu tới đầu vào cần nối Di chuyển đường nối: để lưu đò tín hiệu thống dễ theo dõi, nhiều ta phải di chuyển, bố trí lại đương nối Khi nháy chọn chuột trái ta di chuyển tùy ý điểm góc di chuyển song song đoạn thẳng đường nối Chỉ thị kích cỡ dạng liệu tín hiệu: lệnh chọn qua menu format/Signal dimensions hiển thị kích cỡ tín hiệu, tín hiệu qua đường nối Lệnh menu Format/Port data types thị thêm loại liệu tín hiệu qua đường nối Định dạng cho đường nối: Sau nháy phím chuột phải vào đường nối, cửa sổ định dạng đường (của đường dẫn tới đường nối đó) mở Tại ta có lẹnh cho phép cắt bỏ, copy delete đường nối Hộp đối thoại(Dialog Box) đặc tính khối (Block Properties): hoăc theo menu cửa sổ mô Edit/Block Properites, chọn mục Block Properties cửa sổ định dạng khối, ta thu hộp đối thoại cho phép đặt vài tham số tổng quát đặc tính khối Hộp đối thoại đặc tính tín hiệu (Sinnal properties): tới hộp thoại Singnal properties đường nối cách nháy chuột đánh dấu cửa sổ mô phỏng, sau theo menu Edit/Signal properties, chọn mục signal properties từ cửa sổ định dạng đường Trong hộp đối thoại ta đặt tên cho đường nối nhập đoạn văn môt tả Tuy nhiên, để đạt tên cho đường nối có cách khác đơn gian hơn: nháy kép phím chuột trái vào đường nối ta tự động tới chế độ nhập văn 4) Thư viện Simulink Thư viện Sources Trong thư viện bao gồm cá nguồn phát tín hiệu, khối cho phép nhập số liệu từ File, hay từ Matlab Workspace Sau ta điểm qua ý nghĩa khối Constant: Khối tạo nên số (không phụ thuộc thời gian) thực phức Hằng số vecter hay ma trận… Ta khai báo tham số constsnt value vecter hàng hay cột với kích cỡ [nx1] hay [1xn] dạng ma trận Step Ramp: Nhờ hai khối ta tạo nên tín hiệu dạng bậc thang hay dạng dốc tuyeents tính dùng để kích thích mơ hình Simulink Trong hộp thoại Block Parameters khối Step ta khai báo giá trị đầu giá trị cuối thời điểm bắt đầu tín hiệu bước nhảy Đối với Ramp ta khai báo độ dốc, thời điểm mà gí trị xuất phát tín hiệu đầu (Chú ý: Hai khối Step Ramp không tạo tín hiệu mà tạo tập tín hiệu xử lý dạng vector ma trận.) Signal Generator Pulse Generator Nhờ Signal Generator ta tạo dạng tín hiệu kích thích khác nhau, Cung cấp cho hạng sóng khác (giống máy phát sóng) Sóng Sin Sóng Vng (square) Sóng cưa (sawtood) Sóng ngẫu nhiên (ramdom Với Pulse Generator tạo chuỗi xung hình chữ nhật Biên độ tần số khai báo tùy ý Đới với Pulse Generator ta có khả chọn tỉ lệ cho bề rộng xung (tính phần tram cho chu kì) Repeating Sequence Khối cho phép ta tạo nên tín hiệu tuần hồn tùy ý Tham số Time Values phải vecter thời gian với giá trị đơn điệu tăng Vecter biến Output values phải có kích cỡ (chiều dài) phù hợp với chiều dài tham số Time values Giá trị lớn cecter thời gian định chu kì lặp lại vecter biến Sine Wave Khối sử dụng để tạo tín hiệu hình Sin cho hai loại mơ hình: liên tục (tham số Samle time = 0) gián đoạn (tham số sample time =1) From Workspace Khối From Workspace có nhiệm vụ lấy số liệu từ cửa sổ Matlab Workspace để cung cấp cho mơ hình Simulink Các số liệu lấy vào phải có dạng biểu thức Matlab, khai báo dòng Data From File Bằng khối From File ta cso thể lấy số liệu từ MAT-File có sẵn MAT-File kết lần mô trước đó, tạo nên cất nhờ khối To file sơ đồ Simulink Thư Viện Sinks Thư viện bao gồm khối xuất chuẩn Simulink Ngồi khả hiển thị đơn giản số, có khối dao động kí để biểu diễn tín hiệu phụ thuộc thời gian hay biểu diễn hai tín hiệu hệ tọa độ XY Scope Nhờ khối Scope ta hiển thị tín hiệu q tình mơ Khi nhấn vào nút Properties, hộp thoại Scope Properties (đặc điểm Scope) mở Chọn General ta đặt chế độ cho trục Khi đặt Numer ò axes>1, cửa sổ Scope có nhiều đồ thị giống tương tự lệnh Subplot Matlab Nếu điền số cụ thể vào ô time range, đồ thị biểu diễn tới thời điểm giá trị số xác định XY Graph Khối biểu diễn hai tín hiệu đầu vào hệ toa độ XY dạng đồ họa Matlab đầu vào thứ (bên trên) Ứng với trục X đầu thứ hai ứng với trục Y To Workspace Khối To Workspace gửi số liệu đầu vào khối tới môi trường Matlab Workspace dạng mảng (Array), Stracture hay Stracture with time lấy chuỗi kí tự khai variable nam để đặt tên cho tập số liệu ghi To File Khối giúp ta cắt tập số liệu (mảng hay ma trận) đầu vào khối với vector thời gian dang Mat-File Array định dạng giống định dạng mà khối From File cần, số liêu To File cất From File đọc trực tiếp mà khơng cần phải xử lí Ví dụ: hai tín hiệu tình Sin tín hiệu hình cưa hiển thị độc lập, đồng thời hệ toa độ XY, thiết lập hình bên Thư viện Math Thư viện có số khối có chức ghép tốn học tín hiệu khác nhau, có khỗi đơn giản nhằm cộng hay nhân tín hiệu có hàm phức tạp lượng giác logic… Sau ta xét chức số khối quan trọng thư viện Sum Tín hiệu khối Sum tổng tín hiệu đầu vào (Ví dụ tín hiệu đầu vào tín hiệu hình Sin tín hiệu đầu tín hiệu hình Sin) Khối Sung tính tổng phần tử (ví dụ tín hiệu vào gồm hai tín hiệu: Sin(x) [5 3] tín hiệu có dạng [Sin(x)+5 Sin(x)+9 Sin(x)+3]) Product Dot Product Khi Product thực phép nhân phần tử hay nhân ma trận phép chia tín hiệu vào (dạng 1-D hay 2-D) khối ví dụ: khối Product có tham số Number of Inputs=*/*, với ba tín hiệu vào 5, sinx [4 6] tín hiệu đầu có dạng [20/Sinx 20/Sinx 25/Sinx 30/Sinx] Khối Dot Product tính tích vơ hướng Vector đầu vào Giá trị đầu khối tương đương với lệnh Matlab y= Sum(cọn(u1)*u2) Math Function Trigonometric Function Cả hai khối xử lí tín hiệu 2-D Khối Math Function có lượng lớn hàm toán chuẩn bị sẵn cho phép ta lựa chọn theo cầu sử dụng Còn khối Trigonometric Function có tất hàm lượng giác quan trọng Gain Slider Gain Khối Gain có tác dụng khuyeesch đại tín hiệu đầu vào (định dạng 1-D hay 2-D) biểu thức khai báo Gain Biểu thức biến hay số biến Biến phải tồn mơi trường Matlab Workspace Simulink tính tốn với biến Khối Slider Gain cho phép thay đổi hệ số khuyeechs đại vơ hướng q trình mơ Thư viện Constinuous Integrator Khối Integrator lấy tích phân tín hiệu đầu vào khối Giá trị ban đầu khai báo trực tiếp hộp thoại Block Parameters thông qua chọn giá trị Internal ô Initial condition Source để sau điền giá trị ban đầu vào dòng viết ô Initial condition Đầu khối Intergrator tín hiệu biên ngồi lập giá trị ban đầu biến trạng thái khối Biến trạng thái khối thực chất đồng giá trị với biến đầu với similink tính hai biến (biến bieents trạng thái) thời điểm nhiều có khác Nếu mơ hình Simulink chữa biến trạng thái chênh lệch kích cỡ giá trị, nên khai báo tham số Absolute Tolerance chung hộp thoại Simulation Parameters Việc khai báo thêm buộ Simulink bảo đảm giá trị sai số yêu cầu khối Derivative Khối cho phép ta tính đạo hàm tín hiệu đầu vào Tín hiệu tìm đầu có dạng với biến thiên đại lượng cần tính kể từ bước tích phân liền trước Giá trị ban đầu Transfer Fcn Zero-Pole Khối Transfer Fcn cho phoeps mơ hình hóa hàm truyền đạt hệ tuyến tính Tham số khối hệ số đa thức tử số mẫu số, khai báo theo thứ tự số mũ s giảm dần Bậc mẫu số phải lớn bậc tử số Ví dụ: nhập cho tử số [5 1] mẫu số [6 1] khỗi tạo hàm truyền đạt: Khối Zero Pole tạo nên từ tham số Zeros, Poles Gain hàm truyền đạt dạng số hóa theo điểm khơng, điểm cực Transport Delay Variable Transport Delay Khối Transnport Delay làm trễ tín hiệu vào khoảng thời gian khai báo ô Time Delay trước xuất tới đầu Chỉ đến thời gian mô bắt đầu vượt thời gian trễ (so với lúc bắt đầu mô phỏng), khối Transport Delay xuất giá trị khai Initial Input tới đầu Bằng khối Variable Transport Delay điều khiển trễ tín hiệu cách linhk hoạt: tín hiệu chứa thời gian trễ đưan tới đầu vào thứ hai (đầu vào phía dưới) khối Tại ô Maxmum Delay ta phải khai giá trị trễ tối đa, có tác dụng giới hạn (chặn trên) giá trị tín hiệu điều khiển thời gian trễ Thư viện Tables Lookup Table Khối tạo tín hiệu từ tín hiệu sở hơng tin cất bảng (Vector ò input values x Vector ò output values) Nếu giá trị hiệu tín hiệu vào trùng với giá trị thuooijc Vector ò input values, giá trị tương ứng bảng thuộc Vector ò output values đưa tới đầu Nếu giá trị tín hiệu vào nằm hai giá trị thuộ Vector of output values, Simulink thực nôi suy hai giá trị tương ứng Vector of output values Nếu giá trị tín hiệu vào bé hơn/ lớn giá trị đầu tiên/ giá trị cuối Vector of input values, Simulink thực ngoại suy hai gí trị đầu tiên/ cuối Vector of coutput values Vector of input values Vector hang hay Vector cột Lookup Table (2-D)1 Khối cho phép tạo nên bảng tra hai chiều Bằng tham số Table ta khai báo ma trận cất tín hiệu đầu Muốn tìm giá trị đưa tới đầu ta cần biết Row để tìm hàng Column để tìm cột giá trị ma trận Tín hiệu đặt đầu vào phía so với Row tín hiệu đặt đầu vòa phái so với Column  ... Quát Về SIMULINK Simulink công cụ Matlab dùng để mơ hình, mơ phân tích hệ thống động với môi trường giao diện sử dụng đồ họa Việc xây dựng mơ hình đơn giản hóa hoạt động nhấp chuột kéo thả Simulink. .. cách vào cửa sổ Simulink Cách 1: Vào trực tiếp Simulink cách nhấp chuột vào biểu tượng menu Matlab Cách 2: Gõ lệnh Simulink/ Enter Đặc điểm Simulink Simulink phân biệt (không phụ thuộc vào thư viện... Việc Simulink kết hợp với Toollbox tạo công cụ mạnh để khảo sát động học hệ tuyến tính phi tuyến mơi trường thống 1 Khởi động Simulink: Khởi động vào Matlab, sau có hai cách vào cửa sổ Simulink