BÀI GIẢNG MÔ PHỎNG VÀ MÔ HÌNH HÓA

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG BỘ MÔN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH BÀI GIẢNG MƠ PHỎNG VÀ MƠ HÌNH HĨA THÁI NGUN – 2011 MỤC LỤC MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU KIẾN THỨC MÔ PHỎNG 1.1 Một số định nghĩa 1.2 Mô hình hóa hệ thống 1.2.1 Vai trị phương pháp mơ hình hóa hệ thống 1.2.2 Phân loại mơ hình hóa hệ thống 1.3 Phương pháp mô 1.3.1 Sơ đồ khối 1.3.2 Bản chất phương pháp mô 10 1.3.3 Các bước nghiên cứu mô 13 1.3.4 Một số môi trường mô thường gặp 15 CHƯƠNG II 16 MÔI TRƯỜNG MATLAB VÀ CÁCH LẬP TRÌNH 16 2.1 Giới thiệu môi trường làm việc Matlab 16 2.2 Các hàm toán 16 2.3 Tính tốn với vector ma trận 17 2.3.1 Khai báo vector ma trận 17 2.3.2 Tính tốn với vector ma trận 20 2.4 Các phép so sánh phép toán Logic 23 2.5 Biến, cấu trúc trường 24 2.5.1 Biến 24 2.5.2 Cấu trúc 25 2.5.3 Trường 28 2.6 Quản lý biến 29 2.7 Rẽ nhánh vòng lặp 31 2.7.1 Lệnh rẽ nhánh if switch 31 2.7.2 Vòng lặp for while 31 2.7.3 Gián đoạn continue break 32 2.8 Các scripts hàm Matlab 34 2.8.1 Các scripts Matlab 34 2.8.2 Các hàm Matlab 35 2.9 Nhập xuất liệu 36 CHƯƠNG III 37 ĐỒ HỌA TRONG MATLAB 37 3.1 Cơ sở đồ hoạ Matlab 37 3.2 Đồ hoạ chiều 39 3.3 Đồ hoạ chiều 42 3.3.1 Các lệnh Plots 42 3.3.2 Phối cảnh đồ hoạ 3-D 44 3.3.3 Nhập, xuất in đồ hoạ 44 CHƯƠNG IV 46 CƠ SỞ SIMULINK 46 4.1 Khởi động Simulink 46 4.2 Các thao tác với Simulink 48 4.3 Tín hiệu loại liệu 50 4.3.1 Làm việc với tín hiệu 50 4.3.2 Làm việc với loại số liệu 51 4.4 Thư viện Sources Sinks 52 4.4.1 Thư viện Sources 52 4.4.2 Thư viện Sinks 58 4.5 Thư viện Math 60 4.6 Khai báo tham số phương pháp tích phân chuẩn bị cho mơ 63 4.6.1 Khởi động ngừng mô 66 4.6.2 Xử lý lỗi 68 4.6.3 Tập hợp tham số Script cửa Matlab 68 4.6.4 In mơ hình Simulink 69 4.7 Hệ thống (Sub system) 70 4.7.1 Tạo hệ thống 70 4.7.2 Thư viện signals Subsystem 71 4.7.3 Kích hoạt có điều kiện hệ thồng 74 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU KIẾN THỨC MÔ PHỎNG 1.1 Một số định nghĩa - Đối tượng (object) tất vật, kiện mà hoạt động người có liên quan tới - Hệ thống (System) tập hợp đối tượng (con người, máy móc), kiện mà chúng có mối quan hệ định - Trạng thái hệ thống (State of system) tập hợp tham số, biến số dùng để mô tả hệ thống thời điểm điều kiện định - Mơ hình ( Model) sơ đồ phản ánh đối tượng, người dùng sơ đồ để nghiên cứu, thực nghiệm nhằm tìm quy luật hoạt động đối tượng hay nói cách khác mơ hình đối tượng thay đối tượng gốc để nghiên cứu đối tượng gốc - Mơ hình hóa (Modeling) thay đối tượng gốc mơ hình nhằm thu nhận thơng tin quan trọng đối tượng cách tiến hành thực nghiệm mơ hình Lý thuyết xây dựng mơ hình nghiên cứu mơ hình để hiểu biết đối tượng gốc gọi lý thuyết mơ hình hóa Nếu q trình xảy mơ hình đồng (theo tiêu định trước) với trình xảy đối tượng gốc người ta nói mơ hình đồng với đối tượng Lúc người ta tiến hành thực nghiệm mơ hình để thu nhận thơng tin đối tượng - Mơ (Simulation, Imitation) phương pháp mơ hình hóa dựa việc xây dựng mơ hình số (Numerical model) dùng phương pháp số (Numerical method) để tìm lời giải Chính máy tính số công cụ hữu hiệu để thực việc mô hệ thống Lý thuyết thực nghiệm chứng minh rằng, xây dựng mơ hình gần với đối tượng mà thơi, q trình mơ hình hóa phải chấp nhận số giả thiết nhằm giảm bớt độ phức tạp mơ hình, để mơ hình ứng dụng thuận tiện thực tế Mặc dù vậy, mơ hình hóa ln ln phương pháp hữu hiệu để người nghiên cứu đối tượng, nhận biết trình, quy luật tự nhiên Đặc biệt, ngày với trợ giúp đắc lực khoa học kỹ thuật, khoa học máy tính cơng nghệ thơng tin, người ta phát triển phương pháp mơ hình hóa cho phép xây dựng mơ hình ngày gần với đối tượng nghiên cứu, đồng thời việc thu nhận, lựa chọn, xử lý thơng tin mơ hình thuận tiện, nhanh chóng xác Chính vậy, mơ hình hóa phương pháp nghiên cứu khoa học mà tất người làm khoa học, đặc biệt kỹ sư phải nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn hoạt động 1.2 Mơ hình hóa hệ thống 1.2.1 Vai trị phương pháp mơ hình hóa hệ thống a) Khi nghiên cứu hệ thống thực gặp nhiều khó khăn nhiều nguyên nhân gây sau: - Giá thành nghiên cứu hệ thống thực đắt Ví dụ: Nghiên cứu kết cấu tối ưu, độ bền, khả chống dao động ô tô, tàu thủy, máy bay,… người ta phải tác động vào đối tượng nghiên cứu lực đủ lớn đến mức phá hủy đối tượng để từ đánh giá tiêu kỹ thuật đề Như vậy, giá thành nghiên cứu đắt Bằng cách mơ hình hóa máy tính ta dễ dàng xác định kết cấu tối ưu thiết bị nói - Nghiên cứu hệ thống thực địi hỏi thời gian q dài Ví dụ: Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy, đánh giá tuổi thọ trung bình hệ thống kỹ thuật (thơng thường tuổi thọ trung bình hệ thống kỹ thuật khoảng 30 ÷ 40 năm), nghiên cứu q trình phát triển dân số khoảng thời gian 20 ÷ 50 năm,… Nếu chờ đợi quãng thời gian dài có kết nghiên cứu khơng cịn tính thời Bằng cách mô hệ thống cho “hệ thống” vận hành tương đương với khoảng thời gian nghiên cứu người ta đánh giá tiêu kỹ thuật cần thiết hệ thống - Nghiên cứu hệ thực ảnh hưởng đến sản xuất gây nguy hiểm cho người thiết bị Ví dụ: Nghiên cứu q trình cháy lị nhà máy nhiệt điện, lò luyện clanhke nhà máy xi măng… người ta phải thay đổi chế độ cấp nhiên liệu (than, dầu), tăng giảm sản lượng gió cấp, thay đổi áp suất lị,… Việc làm thí nghiệm cản trở việc sản xuất bình thường, nhiều trường hợp xảy cháy, nổ gây nguy hiểm cho người thiết bị Bằng cách mô hệ thống, người ta cho hệ thống “vận hành” với thông số, chế độ vận hành khác để tìm lời giải tối ưu - Trong số trường hợp không cho phép làm thực nghiệm hệ thống thực Ví dụ: Nghiên cứu hệ thống làm việc môi trường độc hại, nguy hiểm, hầm sâu, đáy biển, nghiên cứu thể người,… Trong trường hợp dùng phương pháp mô giải pháp để nghiên cứu hệ thống b) Phương pháp mơ hình hóa cho phép đánh giá độ nhạy hệ thống thay đổi tham số cấu trúc hệ thống đánh giá phản ứng hệ thống thay đổi tín hiệu điều khiển Những số liệu dùng để thiết kế hệ thống lựa chọn thông số tối ưu để vận hành hệ thống c) Phương pháp mơ hình hóa cho phép nghiên cứu hệ thống chưa có hệ thống thực Trong trường hợp này, chưa có hệ thống thực việc nghiên cứu mơ hình giải pháp để đánh giá tiêu kỹ thuật hệ thống, lựa chọn cấu trúc thông số tối ưu hệ thống… đồng thời mơ hình dùng để đào tạo huấn luyện Trong trường hợp dùng phương pháp mơ mơ hình hóa giải pháp để nghiên cứu hệ thống 1.2.2 Phân loại mơ hình hóa hệ thống Có thể vào nhiều dấu hiệu khác để phân loại mơ hình Hình 1.1 biểu diễn cách phân loại mơ hình điển hình Theo cách mơ hình chia thành hai nhóm: mơ hình vật lý mơ hình tốn học hay cịn gọi mơ hình trừu tượng - Mơ hình vật lý mơ hình cấu tạo phần tử vật lý Các thuộc tính đối tượng phản ánh định luật vật lý xảy mơ hình Nhóm mơ hình vật lý chia thành mơ hình thu nhỏ mơ hình tương tự Mơ hình vật lý thu nhỏ có cấu tạo giống đối tượng thực có kích thước nhỏ cho phù hợp với điều kiện phịng thí nghiệm Ví dụ, người ta chế tạo lò nhà máy nhiệt điện có kích thước nhỏ đặt phịng thí nghiệm để nghiên cứu chế độ thủy văn đập thủy điện Ưu điểm loại mơ hình q trình vật lý xảy mơ hình giống đối tượng thực, đo lường quan sát đại lượng vật lý cách trực quan với độ xác cao Nhược điểm mơ hình vật lý thu nhỏ giá thành đắt, sử dụng thực cần thiết - Mơ hình vật lý tương tự cấu tạo phần tử vật lý không giống với đối tượng thực trình xảy mơ hình tương đương với q trình xảy đối tượng thực Ví dụ, nghiên cứu q trình dao động lắc đơn mơ hình tương tự mạch dao động R-L-C trình dao động điều hịa mạch R-L-C hồn tồn tương tự q trình dao động điều hịa lắc đơn, người ta nghiên cứu đường dây tải điện mơ hình tương tự mạng bốn cực R-L-C Ưu điểm loại mơ hình giá thành rẻ, cho phép nghiên cứu số đặc tính chủ yếu đối tượng thực - Mơ hình tốn học thuộc loại mơ hình trừu tượng Các thuộc tính phản ánh biểu thức, phương trình tốn học Mơ hình tốn học chia thành mơ hình giải tích mơ hình số Mơ hình giải tích xây dựng biểu thức giải tích Ưu điểm loại mơ hình cho ta kết rõ ràng, tổng quát Nhược điểm mơ hình giải tích thường phải chấp nhận số giả thiết đơn giản hóa để biểu diễn đối tượng thực biểu thức giải tích, loại mơ hình chủ yếu dùng cho hệ tiền định tuyến tính - Mơ hình số xây dựng theo phương pháp số tức chương trình chạy máy tính số Ngày nay, nhờ phát triển kỹ thuật máy tính cơng nghệ thơng tin, người ta xây dựng mơ hình số mơ trình hoạt động đối tượng thực Những mơ hình loại gọi mơ hình mơ Ưu điểm mơ hình mơ mơ tả yếu tố ngẫu nhiên tính phi tuyến đối tượng thực, mơ hình gần với đối tượng thực Ngày này, mơ hình mơ ứng dụng rộng rãi Có thể vào đặc tính khác để phân loại mơ hình như: mơ hình tĩnh mơ hình động, mơ hình tiền định mơ hình ngẫu nhiên, mơ hình tuyến tính mơ hình phi tuyến, mơ hình có thơng số tập trung, mơ hình có thơng số dải, mơ hình liên tục, mơ hình gián đoạn, … Mơ hình phải đạt hai tính chất sau: Tính đồng nhất: mơ hình phải đồng với đối tượng mà phản ánh theo tiêu chuẩn định trước Tính thực dụng: Có khả sử dụng mơ hình để nghiên cứu đối tượng Rõ ràng, để tăng tính đồng mơ hình phải đưa vào nhiều yếu tố phản ánh đầy đủ mặt đối tượng Nhưng nhiều mô hình trở nên phức tạp cồng kềnh khơng thể dùng để tính tốn nghĩa tính chất thực dụng mơ hình Nếu q trọng tính thực dụng, xây dựng mơ hình q đơn giản sai lệch mơ hình đối tượng thực lớn, điều dẫn đến kết nghiên cứu khơng xác Vì vậy, tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu mà người ta lựa chọn tính đồng tính thực dụng mơ hình cách thích hợp 1.3 Phương pháp mơ 1.3.1 Sơ đồ khối Các mơ hình sơ đồ khối gồm hai đối tượng, đường dây tín hiệu khối Chức đường dây tín hiệu truyền dẫn tín hiệu, giá trị, từ điểm gốc ban đầu (thường khối) tới điểm kết thúc (thường khối khác) Hướng dòng tín hiệu xác định mũi tên đường tín hiệu Một hướng xác định cho đường tín hiệu, tồn tín hiệu truyền nhánh khác phải theo hướng riêng Mỗi khối thành phần xử lý để tác động tới tín hiệu tham số đầu vào để tạo tín hiệu đầu Bởi khối chức phi tuyến tuyến tính nên tập hợp khối chức riêng thực tế khơng giới hạn khơng có giống nhà cung cấp ngôn ngữ khối chức Tuy nhiên, sơ đồ ba khối phải thiết lập để ngơn ngữ sơ đồ khối có điểm chung Các khối nút cộng, khối khuếch đại tích phân Một hệ thống kết hợp chặt chẽ ba khối mơ tả Hình 1.2 Y R + _ + E K X Y D Y Nút cộng Bộ khuếch đại Bộ tích phân Hình 1.2: Ví dụ hệ thống khối 1.3.2 Bản chất phương pháp mô Phương pháp mô định nghĩa sau: “Mơ q trình xây dựng mơ hình tốn học hệ thống thực sau tiến hành tính tốn thực nghiệm mơ hình để mơ tả, giải thích dự đoán hành vi hệ thống thực” Theo định nghĩa này, có ba điểm mà mơ phải đạt Thứ phải có mơ hình tốn học tốt tức mơ hình có tính đồng cao với hệ thực địng thời mơ hình mô tả rõ ràng thuận tiện cho người sử dụng Thứ hai mơ hình cần phải có khả làm thực nghiệm mơ hình tức có khả thực chương trình máy tính để xác định thông tin hệ thực Cuối khả dự đoán hành vi hệ thực tức mơ tả phát triển hệ thực theo thời gian Phương pháp mô đề xuất vào năm 80 kỷ 20, từ đến phương pháp mơ nghiên cứu, hồn thiện, ứng dụng thành cơng vào nhiều lĩnh vực khác lĩnh vực khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội, kinh tế, y tế,… Sau trình bày số lĩnh vực mà phương pháp mô ứng dụng phát huy ưu - Phân tích thiết kế hệ thống sản xuất, lập kế hoạch sản xuất - Đánh giá phẩn cứng, phần mềm hệ thống máy tính - Quản lý xác định sách trữ mua sắm vật tư hệ thống kho vật tư, nguyên liệu 10 Thuật toán Variable-step làm việc với bước tích phân linh hoạt Việc giải phương trình vi phân bắt đầu với bước tích phân khai báo Initial step size Nếu vừa bắt đầu, đạo hàm biến trạng thái lớn, Solver chọn giá trị bé giá trị ghi Intial step size Trong q trình mơ phỏng, Simulink cố gắng giải phương trình vi phân bước cho phép lớn ghi Max step size Kích cỡ Max step size tính sau: Do có khả thích nghi bước tích phân, thuật tốn Slover với Variablestep giám sát biến thiên biến trạng thái từ thời điểm vừa qua tới thời điểm Thêm vào đó, thuật tốn nhận biết vị trí khơng liên tục hàm đột biến dạng bước nhảy b) Giám sát sai số Để thích nghi bước tích phân với động học biến trạng thái, bước tích phân, Simulink lại tính độ biến thiên biến trạng thái từ thời điểm vừa qua tới thời điểm Độ biến thiên gọi sai số cục local error ei (i = … : số biến trạng thái hệ Cứ bước tích phân, thuật tốn Solver (dạng Variable-step) lại kiểm tra xem local error biến trạng thái có thoả mãn điều kiện acceptable error (sai số chấp nhận) xác định tham số Relative tolerance Absolute tolerance hộp thoại Simulation Parameters (viết tắt eltol abstol) Điều kiện acceptable error mô tả công thức sau: ei max ( reltol.|xi|,abstol) acceptable error Nếu số biến trạng thái khơng thoả mãn điều kiện trên, bước tích phân tự động giảm q trình tính bước lặp lại Việc acceptable error xác định sở lựa chọn tối đa có nguyên sau: 64 Giá trị khai báo tai Relative tolerance ứng với biến thiên cho phép tính % giá trị tức thời biến trạng thái xi Nếu acceptable error định Relative tolerance, |xi| bé relation tolerance trở nên bé, đồng nghĩa với việc: Biến trạng thái khơng phép biến thiên Điều khơng xảy acceptable error chọn theo công thức Nếu ta khai báo cho Absolute tolerance giá trị auto, Simulink bắt đầu 10-6 Sau abstol đặt reltol.max(|xi|) Nhờ cách chọn bước linh hoạt vậy, Simulink cho phép biến trạng thái c) Zero crossing detection Khái niệm zero crossing Simulink hiểu tính khơng liên tục diễn biến trạng thái điểm khơng thơng thường Các tín hiệu khơng liên tục thường số khối định gây Abs, Backslash, Dead Zone, Saturation hay Switch Mỗi khối hàm loại có kèm theo biến zero crossing, phụ thuộc vào biến trạng thái không liên tục đổi dấu gặp điểm không liên tục Cứ sau bước tích phân, Simulink lại kiểm tra biến zero crossing qua nhận biết: Trong bước có xảy zero crossing hay khơng Nếu có Simulink tính xác tối đa thời điểm xuất phương pháp nội suy giá trị vừa qua giá trị biến zero crossing Khi biết xác, Simulink bắt đầu tính tiếp từ cận phải Vì vậy, chọn sai số q thơ có nguy bỏ sót điểm khơng Nếu có nghi vấn bỏ sót điểm khơng, cần phải giảm sai số khai báo để đảm bảo Solver với Variable-step chọn bước tính đủ nhỏ Solver với Fixed-step hoạt động với bước cố định việc giám sát – phát điểm không liên tục khơng thể Song biết xác số lượng bước tích phân, ta ước lượng xác thời gian tính mơ hình mơ Điều đặc biệt có ý nghĩa ta dự kiến cài đặt mơ hình (sau mơ thành cơng) cấu hình Hardware d) Workspace I/O 65 Nhờ khai báo thích hợp trang Workspace I/O ta gửi số liệu vào, đọc số liệu từ môi trường Matlab Workspace mà không cần sử dụng khối To Workspace, From Workspace mơ hình Simulink Ngồi rat a khai báo giá trị ban đầu cho biến trạng thái Input: tên tập số liệu cần đọc từ Workspace, tập số liệu định dạng Array, Structure Structure with time Initial State: tên biến giữ giá trị ban đầu, biến có định dạng Array hay Structure Việc tận dụng khả khai báo biến giữ giá trị ban đầu quan trọng ta cần sử dụng giá trị trạng thái lần mô trước đó, cịn nằm Workspace nhờ kích hoạt ô Save to Workspace khai báo Final state Biến mơ hình Simulink cất cách điền tên biến vào ô Output, sau kích hoạt Output Tương tự State để cất biến trạng thái vào Workspace e) Advance (khai báo nâng cao) Sauk hi nhấn nút Configure ô Inline parameters, ta thu cửa sổ để khai báo cấu trúc tham số mơ hình Việc kích hoạt Inline parameters phủ định khả thay đổi tham số khối q trình mơ Duy tham số liệt kê danh sách Global (tunable) parameters thay đổi Vì tham số không thay đổi bị coi số, thời gian giảm đáng kể 4.6.1 Khởi động ngừng mơ Q trình mơ mơ hình Simulink khởi động qua menu Simulation/Start Trong mơ phỏng, chọn Simulation/Pause để tạm ngừng, hay Simulink/Stop để ngừng hẳn q trình mơ Thêm vào ta cịn điều khiển q trình mơ dịng lệnh viết cửa sổ lệnh Matlab Điều đặc biệt có ý nghĩa ta muốn tự 66 động hố tồn chu trình mơ phỏng, khơng muốn khởi động, ngừng hay xử lý, … tay Đó lệnh set_param sim • Lệnh set_param gọi sau: set_param(‘sys’,’SimulinkCommand’,’cmd’) Trong lệnh trên, mơ hình mơ có tên sys khởi động cmd = start, hay ngừng lại cmd = stop Sau khoảng thời gian nghỉ pause, tar a lệnh tiếp tục mô continue Nếu chọn cmd = update, mơ hình cập nhật • Lệnh sim gọi sau: [t,x,y] = sim(‘model’) Nếu muốn chuyển giao tham số mô phỏng, ta gọi : [t,x,y] = sim(‘model’,timespan,options,ut) Bằng lệnh ta chủ động trình đặt tham số mô từ môi trường Matlab Vế trái lệnh gồm vector thời gian t, ma trận biến trạng thái x ma trận biến y mô hình Các tham số sim có ý nghĩa sau : model tên mơ hình Simulink, timespan viết dạng [tStart tFinal] định nghĩa thời điểm bắt đầu thời điểm ngừng chạy mô Tham số ut cho phép đọc tập số liệu có vào khối Inport, có tác dụng tương tự khai ô Input thuộc trang Workspace I/O hộp thoại Simulation Parameters Bằng option ta chuyển giao cho mơ hình tham số mơ quan trọng thuật tốn bước tích phân, sai số, điều kiện xuất số liệu,… Việc tạo cấu trúc tham số options thực lệnh : options = simset (property, value, …) Với lệnh trên, tham số đặt hộp thoại Simulation Parameters không bị thay đổi, mà bị vơ hiệu hố sim khởi động q trình mơ Bằng lệnh : 67 newopts = simset(oldopts, property, value, …) ta thay đổi tham số có oldopts tham số newopts Khi gọi simset khơng có khai báo kèm, tồn “properties” giá trị chúng xuất hình Với lệnh : struct = simset(‘model’) ta thu trọn vẹn tham số options khai báo nhờ lệnh simser hay nhờ hộp thoại Simulations Parameters Ví dụ lệnh : [t,x,y] = sim(‘model’, [],simset(simget(‘model’), … ‘slover’, ‘ode23’, ‘MaxStep’, 0.01) ; đưa thuật toán tích phân sơ đồ Simulink có tên model ode23 với bước lớn 0,01 giây Tại vị trí timespan ta viết [], nghĩa : giá trị Start time Stop time hộp thoại Simulation Parameters giữ nguyện 4.6.2 Xử lý lỗi Nếu xuất lỗi q trình mơ phỏng, Simulink ngừng mô mở hộp thoại thông báo lỗi Simulation Diagnostics Trong phần phía hộp thoại báo lỗi ta thấy có danh sách khối gây nên lỗi Khi chuyển vạch chọn tới khối nào, ta thấy phần hộp thoại mô tả kỹ lỗi khối Nếu nháy chuột trái vào nút Open, cửa sổ Block Parameters khối mở để tat hay đổi, sửa lại tham số khai báo Đơi nguồn gây lỗi sơ đồ cịn tơn bật 68hem mầu, giúp ta nhanh chóng xác định vị trí khối gây lỗi 4.6.3 Tập hợp tham số Script cửa Matlab Đối với sơ đồ Simulink phức hợp, ta không nên trực tiếp khai báo tham số cho khối cụ thể, mà nên tập hợp chúng lại script (m-File) Bằng 68 cách công việc khai báo hay thay đổi tham số thực cách rõ rang, tường minh khó nhầm lẫn Để làm vậy, thay viết giá trị cụ thể, ta cần viết tên biến Các biến gán giá trị cụ thể sau này, khuôn khổ script Trước bắt đầu mô hay sau thay đổi tham số, ta phải gọi script để nạp biến vào môi trường Workspace Matlab Nhờ vậy, q trình mơ Simulink truy cập sử dụng biến nạp Một khả để kích hoạt script chứa tham số mơ hình, việc sử dụng thủ tục Callback Khả cho phép ta tiết kiệm, khơng cần cơng gọi script dịng lệnh cửa sổ lệnh Một script, liên kết với tham số InitFcn sơ đồ Simulink nhờ lệnh set_param, lúc bắt đầu mô kích hoạt, ln trước đọc Block Parameters Ví dụ: Set_param(‘model’, ‘InitFcn’, ‘model_init’) liên kết script có tên model_ini.m với tham số InitFcn mơ hình Simulink có tên model.mdl Mối liên kết bị huỷ ta gọi: set_param(‘model’, ‘InitFcn’, ‘’) Thông tin: Thủ tục Callback gọi gọi vào lúc nào, lệnh sau định: set_param(0, ‘CallbackTracing’, ‘on’) Lệnh buộc Simulink phải liệt kê tồn thủ tục Callback cửa sổ Command chúng gọi Để biệt 69hem lệnh set_param Callback Routines ta gọi lệnh help set_param 4.6.4 In mơ hình Simulink Cũng giống đồ hoạ Matlab, ta xuất mơ hình Simulink dạng khác Bằng lệnh print –smodel ta xuất mơ hình có tên model máy 69 in Tuy nhiên, in qua menu File/Print ta có nhiều khả khai báo tham số in Ví dụ: Chỉ in tầng mơ hình định Trước in ta nên chuyển tham số Paper type khổ A4, vài máy in có vấn đề in theo khổ usletter Có thể làm điều từ cửa sổ Command Matlab Set(gcf, ‘PaperType’, ‘A4’) Việc in mơ hình Simulink thành File thực tương tự đồ hoạ Matlab: Print –smodel; Print –smodel –dmeta model; Print –smodel –deps model; 4.7 Hệ thống (Sub system) 4.7.1 Tạo hệ thống Có hai cách để tạo hệ thống con: • Cách 1: Dùng chuột đánh dấu tất khối mà ta muốn gom lại với Cần ý đánh dấu đường tín hiệu kèm theo Sau chọn Create Subsystem thuộc menu Edit Các khối bị đánh dấu Simulink thay khối Subsystem Khi nháy chuột kép vào khối mới, cửa sổ có tên khối mở Các tín hiệu vào / hệ tự động ghép với hệ thống mẹ khối Inport Outport • Cách 2: Dùng khối Subsystem có sẵn thư viện Signals & Systems Sau gắp khối sang mơ hình hệ thống mở, ta nháy chuột kép vào khối để mở cửa sổ khối gắp khối cần thiết để tạo thành hệ thống Việc ghép nối với hệ thống mẹ phải chủ động thực tay nhờ khối Inport Outport Đây cách ngược với cách 1: Ta tạo hệ thống (bắt đầu từ tầng thấp nhất), sau nối hệ thống để tạo thành hệ thống mẹ (tầng cấp trực tiếp) 70 4.7.2 Thư viện signals Subsystem Subsystem Khối Subsystem sử dụng để tạo hệ thống khn khổ mơ hình Simulink Việc ghép với mơ hình thuộc tầng ghép thực nhờ khối Inport Outport Số lượng đầu vào / khối Subsystem phụ thuộc số lượng khối Inport Outport Đầu vào / khối Subsystem đặt theo tên mặc định khối Inport Outport Nếu chọn Format / Hide Port Labels menu cửa sổ khối Subsystem, ta ngăn chặn cách đặt tên kể chủ động đặt cho Inport Outport tên phù hợp với ý nghĩa chúng Inport Outport Inport Outport khối đầu vào, đầu mơ hình mơ Tại hộp thoại Block Parameters ta điền vào Port number số thứ tự khối Simulink tự động đánh số khối Inport Outport cách độc lập với nhau, Khi ta bổ sung thêm khối Inport hay Outport, khối nhận số thứ tự Khi xố khối đó, khối cịn lại tự động đánh số Trong hộp thoại Block Parameters Inport, ta cịn có Port with dùng để khai báo bề rộng tín hiệu vào Khi ghép tín hiệu có bề rộng lớn bé bề rộng khai báo với Inport, Simulink báo lỗi Cần lưu tâm tới vài tham số quan trọng khác khối Outport Ví dụ, Outport when disabled cho hệ thống cần xử lý tín hiệu hệ thống mơ ngừng khơng chạy (xố khơng hay giữ nguyên giá trị cuối cùng) Initial Output cho biết giá trị cần lập cho đầu 71 Thông qua khối Inport Outport thuộc tầng (chứ thuộc hệ thống con), ta cất vào hay lấy số liệu khỏi môi trường Workspace Để làm điều ta phải kích hoạt Input Output trang Workspace I/O hộp thoại Simulation Parameters khai báo tên biến cần lấy số liệu vào, hay tên biến mà ta gửi số liệu tới Enable Trigger Hai phần tử Enable Trigger nhằm mục đích tạo cho hệ Subsystem khả khởi động có điều kiện Trong hệ thống sử dụng khối Enable Trigger Khi gán hai khối đó, khối Subsystem xuất thêm đầu vào điều khiển đặc biệt, nơi mà tín hiệu Enable hay Trigger đưa tới Các hệ có khối Enable gọi hệ cho phép Hệ kích hoạt bước tích phân có phát tín hiệu Enable với giá trị dương Tham số States when enabling cho biết cần đặt giá trị ban đầu cho biến trạng thái trước kích hoạt Tham số Show output port gán cho khối Enable thêm đầu ra, tạo điều kiện xử lý hay sử dụng tiếp tín hiệu Enable Các hệ có khối Trigger gọi hệ kích hoạt xung Việc kích hoạt xảy sườn dương (Trigger type: rising), hay sườn âm (Trigger type: falling), hay hai sườn (either) xung kích hoạt Nếu Trigger type chọn function-call, ta có hội chủ động tạo xung kích hoạt nhờ S-function ta tự viết Các khối Enable Trigger khối ảo có điều kiện Mux Demux 72 Khối Mux có tác dụng giống chập kênh, có tác dụng chập tín hiệu 1-D riêng rẽ thành vector tín hiệu Nếu số tín hiệu riêng rẽ 2-D, ta tập hợp tín hiệu riêng rẽ thành Bus tín hiệu Tại tham số Number of inputs ta khai báo tên, kích cỡ số lượng tín hiệu vào Ví dụ, viết [4 -1] nghĩa có tất đầu vào, đầu vào thứ có bề rộng 4, đầu vào thứ hai có bề rộng 3, cịn đầu vào thứ ba chưa xác định giá trị khai -1 Khối Demux có tác dụng ngược lại với Mux: Tách tín hiệu chập từ nhiều tín hiệu riêng rẽ trở lại thành tín hiệu riêng rẽ Khối Demux làm việc theo chế độ vector (Bus selection mode = off) theo chế độ chọn Bus (Bus selection mode = on) Ở chế độ vector, Demux chấp nhận tín hiệu 1-D đầu vào tách tín hiệu 1-D thành tín hiệu riêng rẽ khai báo Number of outputs Tham số Number of outputs khai báo dạng số nguyên >1 hay dạng vecter hàng, việc tách phần tử tín hiệu vào phân chia phần tử thành tín hiệu hồn tồn phụ thuộc vào bề rộng tín hiệu vào, số lượng bề rộng tín hiệu mà ta khai báo Khi chọn chế độ Bus selection, Demux chấp nhận Bus tín hiệu đầu vào khối Mux Demux luôn ảo Bus Selector Selector 73 Các tín hiệu khối Mux chập lại, tách khơng khối Demux Ta sử dụng khối Bus Selector để tái tạo lại tín hiệu từ Bus tín hiệu, đồng thời gom chúng lại thành tín hiệu riêng rẽ ban đầu Tại hộp thoại Block Parameters khối Bus Selector Signals in the bus ta thấy danh sách liệt kê tất tín hiệu nằm Bus Nhấn nút Select >> ta chọn tín hiệu mà ta cần tách khỏi Bus gom lại ban đầu Khối Selector cho ta khả lựa chọn linh hoạt Bus Selector: Khả tách khỏi Bus tín hiệu 1-D hay 2-D phần tử riêng lẻ sau gom chúng lại thành tín hiệu 1-D hay 2-D Hit Crossing Khối Hit Crossing có tác dụng phát thời điểm tín hiệu đầu vào qua giá trị khai Hit Crossing offset theo hướng khai Hit Crossing direction Nếu ta chọn Show output port, thời điểm Crossing đầu nhận giá trị 1, lại Nếu trang Advanced hộp thoại Simulation Parameters ta đặt Boolean logic signals = off, tín hiệu double, boolean IC Khối IC có tác dụng gán cho tín hiệu khối điều kiện ban đầu định 4.7.3 Kích hoạt có điều kiện hệ thồng 74 Các hệ thống có chứa khối Enable hay Trigger gọi hệ cho phép kích hoạt hay hệ kích hoạt xung Việc kích hoạt hệ hồn tồn tín hiệu điều khiển tương ứng xác định Như ví dụ cho thấy, gán khối Enable hay Trigger cho hệ con, hệ tự động có thêm đầu vào giành cho tín hiệu điều khiển Ví dụ giải thích rõ cách sử dụng khối Enable Hai tín hiệu hình sin có biên độ tần số đưa tới Subsystem Tín hiệu sin thứ đưa tới đầu vào Enable, tín hiệu sin thứ hai đưa tới đầu vào In1 hệ Bên hệ con, tín hiệu In1 nhân với tín hiệu khối Enable Tín hiệu đầu khối Product khối Enable chập kênh, đưa tới khối Scope cất vào Workspace định dạng Array để sau plot thành đồ thị 75 Sau chạy enable1.mdl, để thu đồ thị ta cần thực dòng lệnh sau: >> plot(tout,simout(:,1),'r-.',tout,simout(:,2),'g-'); >> legen('Signal Enable','Signal Enable x Sinus'); Ví dụ minh hoạ tác dụng khối Trigger Trong sơ đồ mơ phỏng: Hai tín hiệu hình sin có tần số khác đưa tới hệ Khối Sine Wave thứ hai đưa tượng trưng qua hệ Ba tín hiệu Trigger, tín hiệu Subsystem Sine Wave thứ hai đưa tới Scope Tượng tự ví dụ trên, ba tín hiệu plot để ta so sánh Tuy nhiên tham số khối Trigger đặt vào either, nghĩa là: Hệ kích hoạt hai sườn lên xuống xung kích hoạt 76 Sau chạy trigger1.mdl, tức khi: Kết mô cất vào Workspace, ta thực chum lệnh để thu đồ thị hình >> plot(tout,simout(:,1),'r-.',tout,simout(:,2),'g-'); >> legend('Trigger Signal','Out1 Signal','Sinus Signal'); 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Angermann, A.; Beuschel, M.; Rau, M.; Wohlfarth, U.: Simulation mit SIMULINK/MATLAB: Skriptum mit Ubungsaufgaben Stand: 29 November 2001, TU munchen: [2] Bishop, R H.: Modern control systems analysis and disign using MATLAB Addison - Wesley, 1993 [3] Nguyễn Phùng Quang MATLAB & SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động - Nhà xuất khoa học kỹ thuật 78 ... để tách lệnh, giá trị xuất hình Ví dụ: >> variable_1 = 25; variable_2 = 10; >> variable_1 variable_1 = 25 >> a = variable_1 + variable_2, A = variable_1/variable_2 a = 24 35 A = 2.5000 Một số tên... surf(x_value, y_value, z_value… [, color]) Nếu x_value, y_value, z_value ma trận có số hàng số cột giống nhau, điểm đồ hoạ vẽ nối liền thành mặt Nếu điểm có khoảng cách đặn phía hai trục x y, x_value... mạch dao động R-L-C trình dao động điều hịa mạch R-L-C hồn tồn tương tự q trình dao động điều hịa lắc đơn, người ta nghiên cứu đường dây tải điện mơ hình tương tự mạng bốn cực R-L-C Ưu điểm loại