PID uĐối tượng điều khiển (t)
4.1.2. Thư viện khối chuẩn của Simulink
Môi trường lập trình Simulink được tạo nên từ các khối chuẩn trong các thư viên của Simulink. Các thư viện Simulink bao gồm các khối sau:
Hình 4.1. Thư viện khối chuẩn của Simulink.
Sau đây chúng ta sẽ đi tìm hiệu cụ thể tác dụng và cách làm việc của các khối hay dùng trong các thư viện.
a) Thư viện các khối Sources (Khối phát tín hiệu).
Thư viện này gồm các khối tạo nguồn tín hiệu khác nhau. Trong thư viện Sources có các khối như trong bảng dưới đây:
Khoa: Điện Lớp: DHTDHCK12Z
Tên khối Chức năng
Band-LimitedWhite Noise Đưa nhiễu trắng vào hệ Chirp- Signal Tạo sóng sin tần số bất kỳ
Clock Cấp thời gian thực
Constant Tạo đại lượng không đổi, tín hiệu đầu vào không đổi Digital Clock Cấp thời gian, với thời gian lấy mẫu
DiscretePulse Generator Khối phát tín hiệu dao động rời rạc From Workspace Đọc dữ liệu trong vùng nhớ đệm From file Đọc dữ liệu từ một file
Pule Generator Tạo các xung với các chu kỳ khác nhau
Ramp Phát tín hiệu đường y= ax +b
Random Number Tạo các số ngẫu nhiên phân bố chuẩn Repeating Sequence Tạo tín hiệu tuỳ ý lặp lại theo chu kỳ Signal Generator Tạo các dạng tín hiệu khác nhau Sine Wave Tạo tín hiệu hình sin
Step Tạo tín hiệu dạng hàm bậc thang đơn vị (hàm bước nhảy) UniformRandom Number Tạo các số ngẫu nhiên phân bố đều
• Constant:
Khối tạo nên hắng số. Hằng số đó có thể là véctơ hay matrận, hay tín hiệu đơn tùy ta khai báo ở constant. Muốn vậy nháy đúp vào khối ta sẽ mở ra cửa sổ Block Parameters và có thể nhập các tham số sau đó ấn OK.
Ở ô interpret vecto parameters nếu chọn ta có thể khai báo tham số là véctơ hàng hay véctơ cột, nếu không chọn véctơ hàng hay cột mà ta khai báo chỉ có thể dùng như véctơ với chiều dài n.
• Step và Ram:
Dùng để tạo tín hiệu bậc thang hay tín hiệu dốc dốc tuyến tính. Chúng ta có thể khai báo giá trị đầu/ giá trị cuối và cả thời điểm bắt đầu của bước nhẩy.
Trong hộp parameter ta nhập Step time: nhập thời gian bắt đầu của bước nhẩy. Initial value: Nhập giá trị ban đầu trước khi có bước nhẩy. Final value: giá trị cuối của bước nhẩy. Sample time: 0 khi mô phỏng cho hệ liên tục; 1 khi mô phỏng cho hệ gián đoạn.
•Signal Generator và Pulse Generator:
Signal Generator tạo các tín hiệu kích thích khác nhau ví dụ như sin, răng cưa còn Pulse Generator tạo xung chữ nhật với biên độ và tần số độ rộng xung có thể thay đổi.
Tạo tín hiệu hình sin cho cả hai loại liên tục(sample time = 0) và cho gián đoạn với (sample time = 1). cơ sở quan hệ y=Amplitude.sin(Fequency.time+phase).
•Repeating Sequency: tạo tín hiệu tuần hoàn tuỳ ý. b) Thư viện các khối Sinks.
Ở đây gồm các khối dùng để hiển thị hoặc ghi lại kết quả mô phỏng ở đầu ra một khối trong hệ thống được khảo sát. Trong thư viện Sinks có các khối sau:
Tên khối Chức năng
Display Hiển thị tín hiệu dưới dạng chữ số
Scope Khối quan sát
Stop simulation Ngừng quá trình mô phỏng khi lượng vào khác không To File Ghi dữ liệu vào File
To Workspace Ghi dữ liệu vào vùng làm việc
XY graph Hiển thị đồ thị XY của tín hiệu trên cử sổ đồ thị MATLAB • Scope:
Nhờ scope ta có thể hiển thị các tín hiệu của quá trình mô phỏng.
Khi có đồ thị hiện ra chúng ta có thể zoom để xem tín hiệu theo ý muốn, ngoài ra khi vào hộp thoại scope chúng ta thấy
Number of axes: tại đây ta nhập số trục toạ độ tương ứng với sô tín hiệu đầu vào.
Tick lables: nhãn cho trục sẽ hiện các giá trị tại các trục hay không
Time range: nếu điền một thời gian cụ thể đồ thị sẽ biểu diễn cho tới thời điểm giá trị của số xác định, nếu không đặt là auto
XYGaph: biểu diễn hai tín hiệu vào scalar trên toạ độ XY dưới dạng đồ thị của matlab ta có thể đặt giới hạn cho trục. Đầu vào thứ nhất tương ứng với trục x đầu vào thứ hai tương ứng với trục y.
Khoa: Điện Lớp: DHTDHCK12Z
.
b) Thư viện các khối Continuous.
Trong thư viện này có các khối của hệ thống liên tục tuyến tính, các khối biểu diễn các hàm tuyến tính chuẩn. Thư viện Linear gồm các khối sau:
Tên khối Chức năng
Derivative Tính vi phân theo thời gian của lượng vào (d/dt) Integrator Tích phân tín hiệu
Memory Bộ nhớ ghi lại dữ liệu
State- Space Biểu diễn hệ thống trong không gian trạng thái tuyến tính Transfer Fcn Hàm truyền đạt tuyến tính của các khâu hoặc hệ thống Transport Delay Giữ chậm lượng vào theo giá trị thời gian cho trước. VariableTransport Delay Giữ chậm lượng vào với khoảng thời gian biến đổi Zero- pole Hàm truyền theo Pole(điểm cực) và Zero(điểm không)
• Derivative:
Phép tính đạo hàm tín
hiệu đầu vào được thực hiện nhờ khối derivative. Tín hiệu ở đầu ra có dạng ∆u/∆t. Trong đó ∆ là biến thiên của đại lượng cần tính kể từ bước tính liền trước đó.
•Integrator:
Khối Integrator lấy tích phân tín hiệu đầu vào của khối. Giá trị ban đầu khai báo tại hộp thoại cảu khối tại ônInitial condition. NếuInitial condition được chọn là exterrnal thì trên biểu tượng của khối xuất hiện một đầu vào thứ hai giành cho giá trị ban đầu lấy nguồn ngoài của khối. Đầu ra của khối Integrator tại ô external reset có thể chọn một trong các giá trị rising, falling, erithr hay leve, khối này sẽ tự động giành thêm một đầu giành cho giá trị reset.
• State- Space:
Là mô hình trạng thái của hệ tuyến tính.. (xem control systerm toolbox). • Transfer Fcn:
Là mô hình hoá hàm truyền đại tương đương với lệnh tf(num,den) của control systerm toolbox.
Tên khối Chức năng
DiscreteTransferEcn Biểu diễn hàm truyền trong hệ rời rạc
Discrete Zero- pole Biểu diễn hàm truyền trong hệ rời rạc thông qua Pole- Zero Discrete -Filter Biểu diễn các bộ lọc HR và FIR
DiscreteState- Space Biểu diễn hệ thống trong không gian trạng thái rời rạc Discrete-Time Integrator Biểu diễn tích phân tín hiệu rời rạc theo thời gian Fist Order Hold Khâu tạo dạng bậc nhất
Unit Display Hiển thị tín hiệu trong một chu kỳ rời rạc Zero order Hold Khâu tạo dạng bậc thang không
Khoa: Điện Lớp: DHTDHCK12Z
d) Thư viện các khối Dicrete (tín hiệu rời rạc hay tín hiệu số Z).
Thư viện này có các khối cơ bản của hệ thống rời rạc, các khối tính toán trong miền thời gian rời rạc. Cụ thể bao gồm các khối như trong bảng sau:
e) Thư viện các khối Nonlinear (các khâu phi tuyến).
Thư viện Nonlinear có các khối biểu diễn các hàm phi tuyến điển hình các khối trong hệ thống phi tuyến. Cụ thể bao gồm các khối sau:
Dead Zone Mô tả vùng không nhạy (vùng chết).
Quantizer Lượng tử hoá tìn hiệu vào trong các khoảng xác định. Rate Limiter Hạn chế phạm vi thay đổi của tín hiệu
Relay Khâu rơle.
Saturation Khâu bão hoà tín hiệu (khâu hạn chế). Switch Chuyển mạch giữa hai lượng vào.
f) Thư viên khối Signal & System.
Thư viện Signal & System có các khối biểu diễn tín hiệu và hệ thống. Cụ thể bao gồm các khối chính như sau:
Tên khối Chức năng
Sub&Systems Xây dựng hệ thống con bên trong hệ thống lớn
In1 Tạo cổng vào cho một hệ thống
Demux (phân kênh) Tách tín hiệu véctơ thành các tín hiệu vô hướng Mux (Dồn kênh) Gộp các tín hiệu thành một véctơ
Out1 Tạo cổng ra cho một hệ thống
g) Thư viện chứa các khối toán học Math.
Thư viện Math có các khối biểu diễn hàm toán học. Cụ thể bao gồm các khối sau:
Tên khối Chức năng
Abs Biểu diễn giá trị tuyệt đối của lượng vào Combuanatoril logic Biểu diễn bảng chân lý.
Dot product Nhân giữ hai véctở
Product Thực hiện nhân các lượng vào
Gain Bộ (khâu) khuyếch đại
Matrix gain BKĐ có hệ số khuyếch đại là một Ma trận
Math function Các hàm toán học
MinMax Tìn giá trị min, max
Relational Toán tử quan hệ
Sum Tính tổng của các lượng vào
Trigonometric Function Hàm lượng giác
Các khối trong thư viện này có chức năng ghép toán học các tín hiệu khác nhau. Sau đây sẽ mô tả một số khối hay dùng.
• Sum:
Đầu ra của khối sum là tổng các tín hiệu vào. Với khối sum ta có thể cộng hoặc trừ nhiều tín hiệu bằng cách khai báo vào Lits of signs.
• Khối Product và Dot Product:
Khối dot product cho ta tích vô hướng của các véc tơ đầu vào. Khối product thực hiện phép nhân từng phần tử hay từng ma trận, cũng như phép chia tín hiệu đầu vào Tại Number of inputs: ta nhập số đầu vào. Tại Multiplication: Chọn element-wise khi cần nhân hoặc chia của từng phần tử hoặc tín hiệu, chọn Matrix nếu muốn nhân hoặc chia tín hiệu dạng matrận.
• Khối Gain, Matrix Gain, Slider Gain:
Khối gain có tác dụng khuyếch đại tín hiệu đầu vào Bằng biểu thức khai báo ở ô Gain khi ta nháy đúp vào khối này. Khối Slider Gain Cho phép người sử dụng thay đổi giá trị khuyếch đại trong quá trình mô phỏng. Khi nhấy kép chuột trái vào khối, cửa sổ khối ta nhập vào giá trị bế nhất, và lớn nhất, ta có thể thay đổi giá trị khuyếch đại trong khoảng này bằng thanh trượt. Matrix Gian cũng giống như gian nhưng khác ở chỗ chúng ta phẩi khai báo tham số thích hợp để thực hiện phép nhân giữa ma trận Gain với đầu vào.
i) Thư viện chứa các khối Function & Tables.
Tên khối Chức năng
Fcn Ứng dụng biểu thức toán nhất định cho lượng vào. Matlab Fcn Ứng dụng hàm Matlab cho lượng vào.
Khoa: Điện Lớp: DHTDHCK12Z
look- Up Table 2- D
Biểu diễn tuyến tính từng đoạn của hai lượng vào
S -Function Đưa một S-Function vào trong một khối k) Thư viện các khối mở rộng của Simulink.
Additional Discrete: Khối mở rộng khối tín hiệu rời rạc.
Additional linear: Khối mở rộng khối tín hiệu tuyến tính
Additional Sinks: Khối mở rộng khối quan sát. Filp Flops: Khối mở rộng chứa khối Trigơ. Linearization: Khối mở rộng tuyến tính hoá.