Tài liệu Giới thiệu về simulink

Simulink là gì?  Simulink là một là một công cụ tương tác để mô hình cụ tá để hì hóa, mô phỏng và phân tích hệ thống động. phỏ và tí hệ thố độ  Simulink tích hợp hoàn toàn với MATLAB, cung cấp tí hợ hoà toà vớ cấ truy cập ngay tới một loạt các phân tích và các công cậ tớ mộ loạ cá tí và cụ thiết kế. thiế kế  Mô phỏng một hệ thống động và một quá trình gồm 2 phỏ thố quá trì bước với Simulink: bướ Simulink:  Tạo ra một mô hình hệ thống được mô phỏng sử dụng mô mộ hì hệ thố đượ phỏ sử hình Simulink của thư viện (sơ đồ khối) củ việ đồ khố  Sử dụng Simulink để mô phỏng hành vi của hệ thống trong để phỏ hà củ hệ thố một khoảng thời gian quy định khoả thờ đị Mở Simulink • Mở chương trình MATLAB. trì • Để mở, gõ simulink tại cửa sổ lệnh MATLAB hoặc hoặ nhấp chuột vào biểu tượng Simulink trên thanh nhấ chuộ biể tượ công cụ. 2 Thư viện khối của Simulink Simulink cung cấp một thư viện cho phép việ phé bạn lựa chọn khối từ chọ khố các khối tiêu chuẩn : khố chuẩ  Continuous – Khối mô tả hàm tuyến tính  Discrete – Khối mô tả các thành phần rời rạc theo thời gian  Functions & Tables Các hàm thông thường và bản toán tử tìm kiếm  Math – Khối mô tả các hàm toán học Thư viện khối của Simulink  Nonlinear – Khối mô tả hàm phi tuyến  Signal & systems – Khối cho phép ghép kênh/ chia kênh , thực hiện đầu vào đầu ra, truyền dữ liệu đến các bộ phận khác của mô hình, tạo ra hệ thống con và thực hiện các chức năng khác  Sinks – Khối hiển thị hoặc việc đầu ra khối  Sources – Khối phát tín hiệu  Blocksets and toolboxes – Những khối khác và khối chuyên dụng riêng 3 Tạo một mô hình   Nhấp chuột vào Nhấ chuộ biểu tượng newbiể tượ newmodel trên góc trái trá của thanh công cụ Lựa chọn các biểu chọ biể tượng ợ của tư Simulink để có được các thành đượ thà phần của mô hình phầ Không gian làm việc Thành phần của thư viện Thà phầ việ Mô hình tạo ra trên cửa sổ Show/hide Library Browser 4 Sơ đồ khối Một sơ đồ khối Simulink là một mô hình bằng hình khố hì bằ hì ảnh của một hệ thống động. Nó bao gồm các khối củ mộ hệ thố độ Nó gồ cá khố liên kết với nhau bởi các đường nối. kế vớ bở cá đườ Khối diễn tả các phần của hệ thống động mà Khố diễ phầ thố Simulink được dùng để mô phỏng. Một khối bao đượ phỏ ng. khố gôm một trong các thứ sau: thứ sau:  Một tập các đầu vào  Một tập các biến trạng thái biế trạ thá  Một tập các đầu ra Để giới thiệu các khối trong mô hình , cần chọn khối giớ thiệ khố chọ khố trong thư viện, nhấp chuột và kéo nó thả vào việ nhấ chuộ thả trong mô hình. Nhấp chuột đúp vào khổi để thay nh. Nhấ chuộ khổ đổi thông số . Các bước thực hiện mô hình Trong bước này Simulink lần lượt tính toán các biến trạng thái, và bướ lượ toá cá biế trạ thá các kết quả đầu ra của hệ thống trong khoảng thời gian từ thời kế quả đầ củ hệ thố khoả thờ từ thờ gian bắt đầu mô phỏng đến thời gian dừng lại, sử dụng thông bắ đầ phỏ thờ dừ lạ sử tin được cung cấp bởi mô hình. đượ cấ bở hì Bước thời gian - thời điểm kế tiếp mà tại đó các biến trạng thái và Bướ thờ thờ điể kế tiế mà đó biế trạ thá các kết quả đầu ra được tính toán. kế quả đầ đượ tí toá Bước kích thước - độ dài của thời gian giữa các bước. Nó phụ Bướ kí thướ độ củ thờ giữ cá bướ Nó phụ thuộc vào loại bài toán thuộ và loạ toá Cố định bước - một bước kích thước nhỏ hơn tạo ra một mô đị bướ bướ kí thướ nhỏ tạ mộ phỏng chính xác hơn nhưng kết quả trong một thời gian thực phỏ chí xá kế quả mộ thờ thự hiện lâu hơn. hiệ hơn. 5 Các bước thực hiện mô hình  Thay đổi bước phụ thuộc vào ứng dụng cụ thế, nó bướ phụ thuộ thế có thể tạo ra kết quả chính xác hơn mà ko vi thể quả chí phạm điều kiện về tốc độ tính toán phạ điề kiệ toá Thiết lập thông số : Thiế Simulation > Simulation parameters … Simulink mô phỏng một hệ thống khi bạn chọn bắt phỏ thố chọ đầu từ menu model editor’s. editor’ Ví dụ 1: Một mô hình đơn giản  Tạo một mô hình Simulink để giải phương trình vi phân sau x  3 sin 2t    Điều kiện đầu x ( 0 )   1 .  Đầu tiên, tạo một sơ đồ mô phỏng của phương trình toán học (3 min.) 6 Sơ đồ mô phỏng Đầu vào là hàm 3sin(2t)  Đầu ra là nghiệm của phương trình vi phân nghiệ trì  x(t) x(t) x (0) = -1 3sin(2t) (đầu vào) . x 1 s x x(t) (đầu ra) Tích phân  Xây dựng mô hình trong Simulink Lựa chọn khối đầu vào Kéo khối Sine Wave từ khố thư viện Sources để vào việ cửa số mô hình 7 Chọn khối toán tử tích phân Kéo khối tích phân khố Integrator từ thư viên Continuous vào cửa sổ mô hình Chọn khối đầu ra Kéo khối Scope thư viên khố Sinks đưa vào cửa sổ 8 Nối các khối với nhau  Đưa con trỏ vào các trỏ cổng đầu ra (>) của khối sine wave khố  Kéo từ đầu ra sine wave đến đầu vào khối integrator khố  Kéo đầu ra của khôi integrator nối vào đầu vào của khối khố scope Mũi tên chỉ chiều của tín chỉ chiề hiệu. hiệ Lựa chọn thông số mô phỏng Kích đúp vào khối khố Sine Wave để đặt các thông số amplitude (Biên độ)= 3 Freq ( tần số) = 2 Khối này tạo ra Khố đầu ra của hàm 3sin(2t) 9 Lựa chọn thông số mô phỏng Kích đúp vào khối khố Integrator để lựa chọn điều chọ điề kiện đầu kiệ initial condition = -1 Bước này đặt Bướ giá trị IC x(0) giá trị = -1. Chạy Mô phỏng Trong cửa sổ mô hình, từ thẻ nh, thẻ Simulation trên thanh công cụ, chọn Start chọ Kích đúp vào khối Scope to khố để xem kết quả quả mô phỏng phỏ 10 Kết quả mô phỏng Để xem đường cong kết quả có diễn tả đúng nghiệm đườ quả diễ nghiệ của phương trình hay không, ta giải phương trình và trì không, giả trì vẽ lại hàm. Vẽ lại kết quả phân quả tích là hàm x (t )  1  3 cos2t  2 2 Cho hai kết quả quả trùng nhau trù Ví dụ 2  Xây dựng mô hình trong Simulink để giải phương trình vi giả trì phân sau: sau: m  cx  kx  f (t ) x  – Hệ thống vi phân bậc 2 của hệ lò xo- vật khối lượng thố xokhố lượ dao động tắt dần – Điều kiện đầu bằng 0 Điề kiệ – Đầu vào f(t) là một hàm bậc thang với biên độ bằng 3 f(t) – Thông số : m = 0.25, c = 0.5, k = 1 – m->khối lượng; c->hệ số cản(ma sát); k->độ cứng lò khố lượ ng; xo 11 Ví dụ 2 k f (t) m x c Tạo sơ đồ khối Simulink  Trong các slides sau đây: đây: – Mô tả việc từng bước để tạo ra sơ đồ việ bướ khối mô phỏng việc giải phương trình khố phỏ việ giả trì vi phân. phân. – Sau mỗi bước, các phần tử được thêm bướ phầ đượ vào mô hình Simulink. Simulink.  Bài tập : Đầu tiên, hãy hoàn thành sơ đồ tiên, hoà thà khối (5 min.). khố 12 Tạo sơ đồ khối  Đầu tiên, vẽ sơ đồ khối cho đạo hàm bậc tiên, khố cao nhất nhấ m  f (t )  cx  kx x   Lấy phía trái của phương trình này là phí trá trì đầu ra của khối tổng summing block khố .. mx Khối tổng Khố Kéo khối Sum từ thư viện toán học của khố việ toá simulink Math library Nhấp đúp để thay đổi Nhấ thông số của khối khố thànhrectangular và + thà -- 13 Tạo sơ đồ khối  Thêm khối hệ số khuêch đại (multiplier) để triệt tiêu hệ số và tạo ra thành phần đạo hàm bậc cao .. mx 1 m .. x Khối tổng Khố Kéo khối Gain từ thư viện toán học Math library khố việ toá The gain is 4 since 1/m = 4. Nhấp đúp chuột vào Nhấ chuộ khối để thay đổi thông khố số và thêm tên cho khối khố 14 Tạo sơ đồ khối  Thêm khối tích phân để lấy ra tín hiệu đầu ra x m x 1 m x  1 s x  1 s x Khối tổng Khố Kéo khối Integrator từ thư khố viện Continuous ệ vi Điều kiện đầu Điề kiệ (ICs) của khối khố integrators bằng 0 Thêm khối scope từ thư viện Sinks . khố việ Nối cổng đầu ra với cổng đầu vào. 15 Tạo sơ đồ khối  Nối các tín hiệu đã được tích phân với hiệ đượ các khối khuếch đại để tạo ra các thành khố khuế thà phần phía phải của phương trình phầ phí phả trì m x summing block x  1 m c x 1 s x  1 s x c kx k Kéo khối Gain mới từ thư khố viện toán Math library việ toá Để lật khối khuếch đại, chọn khối Flip khố khuế chọ khố Block menu Format pull-down pull- c = 0.5  Kích đúp vào khối Gains để khố thiết lập các thông số thiế  Nối các đầu vào từ các khối Gains ngược lên các khố ngượ điểm nối của nhánh điể nhá K = 1.0  Đặt lại tên cho các khối khố khuếch đại. khuế 16 Hoàn thành mô hình   Đưa các tín hiệu và đầu vào của khối hiệ khố tổng Kiểm tra lại tín hiệu vào khối tổng Kiể hiệ khố f(t) Đầu vào + - m x 1 m x  c x kx 1 s x  x 1 s x(t) Đầu ra x  c k x Kéo hàm Step từ thư viện Source việ 17 Nhấp đúp vào khối Step để Nhấ khố thiết lập thông số. Thiết thiế Thiế lập giá trị đầu vào với biên giá trị độ là 3 bằng cách đặt Final value bằng 3 Hoàn thành mô hình mô phỏng Simulink 18 Chạy mô phỏng Simulation Kết quả Đáp ứng khi tắt dần Vượt qua là 0,5. ượt là Giá trị cuối cùng của 3. á trị cuố cù Gi củ 3. Đây có phải là mong có phả là đợi? 19 Kiểm tra kết quả x  c 1  x  x  f (t )  k k Dạng chuẩn tắc chuẩ k  Tần số tự nhiên n   H ệ s ố cả n n  Khuếch đại tĩnh Khuế K  m 2 k  2.0 m  c    0.5 k 1 1 k Kiểm tra kết quả  Hệ số cản là 0.5 nhỏ hơn 1: – Mong muốn ht là tắt dần.  Hệ số khuếch đại tĩnh 1: – Mong muốn biên độ đầu ra bằng biên độ đầu vào – Đầu vào là 3, đầu ra là 3. Vậy kết quả mô phỏng là thỏa mãn 20 Lưu vào Workspace Kéo khối To Workspace từ khố thư viện Sink việ Lưu vào Workspace Nhấp đúp vào khối To Nhấ khố Workspace để thay đổi thông số. Kiểm tra lại trong MATLAB workspace nếu có các biến Kiể biế ở đ ó. Ví dụ: plot (tout, x); y = sqrt (x ) 21