Tài liệu Mô phỏng mô hình máy biến áp 3 pha trên matlab

GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. Trong sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin, việc ứng dụng tin học vào tự động hoá ngày càng được chú trọng hơn trong công tác đào tạo cũng như trong công tác nghiên cứu khoa học... Mô hình hoá và mô phỏng bằng máy tính đang là một kỹ thuật áp dụng cho tất cả các ngành khoa học kỹ thuật và kinh tế. Nếu trước kia việc thiết lập một mô hình, triển khai một dự toán, tính toán thống kê và trình bày số liệu, đòi hỏi có kiến thức về toán ứng dụng nhiều, giải các phương trình vi phân, tích phân thì nay với sự trợ giúp của máy tính và nhất là các ngôn ngữ lập trình bậc cao đặc biệt (như Matlab, Mapple, Mathematica…). Các kiến thức toán này đã có sẵn trong các hàm và lệnh của các ngôn ngữ, tạo điều kiện cho người dùng tiếp cận trực tiếp và tập trung vào vấn đề mình nghiên cứu mà không phải dành quá nhiều thời gian cho kỹ thuật lập trình hay công cụ toán lý thuyết. Đây là một đề tài thực hiện việc mô phỏng dựa trên cơ sở phần mềm Matlab phiên bản 6.5 có chứa các thư viện mở rộng Simulink 5.0. Sau một thời gian được sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Phan Văn Hiền, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Do kiến thức còn nhiều khuyết điểm nên quá trình thực hiện không thiếu những sai sót. Em rất mong quý thầy cô giúp đỡ để đề tài này hoàn thành và phát triển tốt hơn. SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang1 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang2 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. CHƯƠNG I.GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MATLAB..................................6 I. GIỚI THIỆU CƠ SỞ MATLAB:...............................................................6 I. 1. Giới thiệu chương trình MATLAB:....................................................6 I. 2. Các phím chức năng đặt biệt (chuyên dùng) và các lệnh dùng cho hệ thống:....................................................................................................9 I. 3. Biến trong Matlab :............................................................................9 I. 4. Các lệnh thông dụng trong đồ họa Matlab:.....................................10 II. TIỆN ÍCH TRỢ GIÚP TRONG MATLAB (HELP):.............................12 CHƯƠNGII. SƠ LƯỢC VỀ SIMULINK 5.0.............................................13 I. KHÁI NIỆM VỀ SIMULINK :...............................................................13 II. TÌM HIỂU VỀ SIMULINK VÀ CÁC KHỐI BLOCKS LIBARY:......13 II. 1.Cách khởi tạo SIMULINK và vẽ sơ đồ mô phỏng :........................13 II. 2 Hộp thoại Simulation parameters:..................................................17 CHƯƠNG III.CÁC KHỐI CHỨC NĂNG TRONG THƯ VIỆN SIMULINK....................................................................................................21 I. THƯ VIỆN SOURCES:..........................................................................21 I. 1. Constant...........................................................................................22 I. 2. Step và Ramp....................................................................................22 I. 3. Signal Generator và Pulse Generator..............................................22 I. 4. Repeating Sequence.........................................................................22 I. 5. Sine Wave.........................................................................................23 I. 6. From Workspace..............................................................................23 I. 7. From File.........................................................................................23 I. 8. Clock :..............................................................................................23 I. 9. Digital Clock:...................................................................................23 II. THƯ VIỆN SINKS:................................................................................24 II. 1 Scope................................................................................................24 II.2. To Workspace:.................................................................................25 II. 3.To File .............................................................................................26 II. 4. XY Graph........................................................................................26 SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang3 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. II. 5. Stop Simulation:..............................................................................26 III. THƯ VIỆN MATH OPERATIONS......................................................26 III. 1. Sum...............................................................................................27 III. 2. Product và Dot Product.................................................................28 III. 3. Math Function và Trigonometric Funtion....................................28 III. 4. Gain, Slider Gain, Matrix Gain.....................................................28 III. 5. Logical Operator và Relational Operater.....................................28 III. 6. Algebraic Constraint.....................................................................29 III. 7. Abs.................................................................................................29 III. 8. Combinatorial Logic....................................................................29 IV. THƯ VIỆN CONTINUOUS................................................................29 IV. 1. Integrator.......................................................................................30 IV. 2. Derivative......................................................................................30 V. THƯ VIỆN DISCOTINUITIES.............................................................31 V. 1 Backlash...........................................................................................31 V. 2.. Dead Zone......................................................................................32 V. 3. Coulomb & Viscous Friction..........................................................32 V. 4. Relay................................................................................................32 VI. THƯ VIỆN DISCRETE:.......................................................................32 VI. 1. Unit Delay......................................................................................33 VI. 2. Discrete- Time Integrator..............................................................33 VI. 3. Discrete Filter................................................................................33 VI. 4. Discrete Tranfer Funtion...............................................................34 VI. 5. Discrete Zero-pole.........................................................................34 VI. 6. Discrete State Space......................................................................34 VI. 7. Zero-Order Hold............................................................................34 VI. 8. Memory..........................................................................................34 VII.THƯ VIỆN SIGNAL ROUTING.........................................................34 VII. 1. Mux và Demux..............................................................................35 VII. 2.Bus Selector và Selector................................................................35 VII. 3. Bus Creator..................................................................................36 VIII. THƯ VIỆN LOOK UP TABLES.......................................................36 SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang4 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. VIII. 1. Look Up Table.............................................................................36 VIII. 2. Look Up Table(n-D)....................................................................37 IX. THƯ VIỆN USER-DEFINED FUNCTIONS.......................................37 IX. 1. Function........................................................................................37 IX. 2. Matlab Function............................................................................38 IX. 3 S-Function......................................................................................38 IX. 4. S-Function Buider.........................................................................38 X. HỆ THỐNG CON SUBSYSTEMS.......................................................38 CHƯƠNG IV. DÙNG SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG MÁY BIẾN ÁP BA PHA................................................................................................................39 I. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MÁY BIẾN ÁP:........................................39 II.MÁY BIẾN ÁP LÝ TƯỞNG:.................................................................40 III. MÔ HÌNH MÁY BIẾN ÁP HAI CUÔN DÂY.....................................42 III.1. Phương trình từ thông liên kết:......................................................42 III.2. Phương trình suất điện động:.........................................................44 III.3. Mạch điện thay thế máy biến áp:...................................................45 III.4.Các phương trình cơ bản trong một pha của máy biến áp ba pha..46 IV.SỰ KẾT NỐI BA PHA CỦA MÁY BIẾN ÁP BA PHA......................49 IV.1.Sơ lược về máy biến áp ba pha hai cuộn dây..................................49 IV.2.Các phương pháp đấu dây của máy biến áp ba pha hai cuôn dây..49 IV.3.Phương pháp đấu dây theo kiểu đấu sao/sao(Y/Y)..........................50 IV.4.Phương pháp đấu dây theo kiểu đấu tam giác /sao (/Y)................51 V.SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG MÁY BIẾN ÁP BA PHA ĐẤU DÂY THEO KIỂU TAM GIÁC/SAO..............................................................................53 V.1.Sơ đồ mô phỏng máy biến áp ba pha đấu dây theo kiểu: Tam giác/sao (/Y)...........................................................................................53 V.2.Các thông số cơ bản ở đầu vào của mô phỏng.................................55 V.3.Tỉ số biến đổi dòng và áp..................................................................56 VI.KHI TẢI Ở BA PHA CỦA MÁY BIẾN ÁP BA PHA ĐỐI XỨNG:....57 VI.1.Chương trình mô phỏng máy biến áp:.............................................57 VI.2.Kết quả thu được sau khi mô phỏng:..............................................60 SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang5 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. VII.XÉT TRƯỜNG HỢP KHI TẢI CỦA BA PHA MÁY BIẾN ÁP Ở TRẠNG THÁI KHÔNG ĐỐI XỨNG:.......................................................62 VII.1.Trường hợp khi ta thay đổi tải ở một trong các pha của máy biến áp:............................................................................................................62 VII.2. Khi ta thay đổi tải ở một trong các pha của máy biến và tăng gi trị của điện trở nối đất:.................................................................................65 SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang6 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. CHƯƠNG I.GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MATLAB I. GIỚI THIỆU CƠ SỞ MATLAB: I. 1. Giới thiệu chương trình MATLAB: Chương trình Matlab là một chương trình viết cho máy tính PC nhằm hỗ trợ cho các tính toán khoa học và kĩ thuật với các phần tử cơ bản là ma trận trên máy tính cá nhân do công ty "The MATHWORKS" viết ra. Thuật ngữ MATLAB có được là do hai từ MATRIX và LABORATORY ghép lại. Chương trình này hiện đang được sử dụng nhiều trong nghiên cứu các vấn đề tính toán của các bài toán kĩ thuật như: Lý thuyết điều khiển tự động, kĩ thuật thống kê xác suất, xử lý số các tín hiệu, phân tích dữ liệu, dự báo chuổi quan sát, v. v… Matlab được điều khiển bởi các tập lệnh, tác động qua bàn phím. Nó cũng cho phép một khả năng lập trình với cú pháp thông dịch lệnh – còn gọi là script file. Các lệnh hay bộ lệnh của Matlab lên đến số hàng trăm và ngày càng được mở rộng bởi các phần TOOLS BOX ( thư viện trợ giúp) hay thông qua các hàm ứng dụng được xây dựng từ người sử dụng. Matlab có hơn 25 TOOLS BOX để trợ giúp cho việc khảo sát những vấn đề có liên quan trên. TOOL BOX SIMULINK là phần mở rộng của Matlab, sử dụng để mô phỏng các hệ thống động học một cách nhanh chóng và tiện lợi. Matlab 3.5 trở xuống hoạt động trong môi trường MS-DOS. Các thế hệ mới hoạt động trong môi trường Window. Chương trình Matlab có thể chạy liên kết với các chương trình ngôn ngữ cấp cao như C, C++, Fortran, … Việc cài đặt Matlab thật dễ dàng và ta cần chú ý việc dùng thêm vào các thư viện trợ giúp hay muốn liên kết phần mềm này với một vài ngôn ngữ cấp cao. Còn các Version Matlab khác thì làm việc với hệ điều hành UNIX. SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang7 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. Hình 1. 1 Khởi động Matlab từ môi trường WINDOWS Hình 1. 2 Giao diện biểu tượng của Matlab (Version 6. 5) Việc khởi động Matlab trên mỗi hệ thống khác nhau. Trong môi trường WINDOWS hay MACINTOSH, chương trình thường được khởi động thông qua việc nhắp chuột trên các icon hay còn gọi là biểu tượng. Còn với môi trường UNIX, MS-DOS, việc khởi động thông qua dòng lệnh: :\ Matlab  Giao diện của Matlab sử dụng hai cửa sổ: cửa sổ lệnh (command window) và cửa sổ đồ thị (Figure window). SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang8 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. Hình 1. 3 : Giao diện cửa sổ lệnh của Matlab khi khởi động xong Cửa sổ lệnh dùng để đưa lệnh và dữ liệu vào đồng thời in ra kết quả. Cửa sổ đồ thị trợ giúp cho việc truy xuất đồ họa để thể hiện những lệnh hay kết quả đầu ra dưới dạng đồ họa. Hình 1. 4 : Giao diện cửa sổ đồ thị của Matlab Việc ngắt chương trình đang thực hiện hoặc các chương trình không đúng theo yêu cầu đều được thông qua phím nóng Ctrl + C. Để thoát khỏi chương trình Matlab ta có thể dùng lệnh >> exit  hoặc >> quit  (  : nhấn ENTER) hoặc từ menu thả xuống hoặc nhấn vào trên góc phải màn hình của cửa sổ chính Matlab. Matlab được điều khiển bằng những câu lệnh được kết hợp theo một trật tự nhất định và gọi đó là chương trình. Chương trình chứa nhiều câu lệnh và những hàm chức năng để giải những bài toán lớn hơn. Các câu lệnh trong Matlab rất mạnh và có những vấn đề chỉ cần một câu lệnh là đủ giải quyết bài toán. Mô phỏng trong Matlab sẽ cho ta hình ảnh tọa độ không gian hai chiều (2D) và ba chiều (3D). SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang9 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. I. 2. Các phím chức năng đặt biệt (chuyên dùng) và các lệnh dùng cho hệ thống: Ctrl + P hoặc  Gọi lại lệnh vừa thực hiện trước đó từ của sổ lệnh của Matlab. Gọi lại lệnh đã đánh vào trước đó. Ctrl + n hoặc  Chuyển con trỏ sang phải một kí tự. Ctrl + f hoặc  Chuyển con trỏ sang trái một kí tự. Ctrl + b hoặc  Chuyển con trỏ sang phải một từ. Ctrl + l hoặc Ctrl +  Chuyển con trỏ sang trái một từ. Ctrl + r hoặc Ctrl +  Chuyển con trỏ về đầu dòng. Ctrl + a hoặc HOME Xoá cho đến dòng cuối cùng Ctrl + k Các lệnh hệ thống : Các lệnh trên cũng như sau này được viết từ cửa sổ lệnh của Matlab. I. 3. Biến trong Matlab : Tên các biến trong Matlab có thể dài 32 kí tự bao gồm các chữ cái cùng các chữ số cũng như một vài kí tự đặc biệt khác nhưng luôn phải bắt đầu bằng chữ cái. Tên các hàm đã được đặt cũng có thể được sử dụng làm tên của biến với điều kiện hàm này sẽ không được sử dụng trong suốt quá trình tồn tại của biến cho đến khi có lệnh clear xoá các biến trong bộ nhớ hay clear + tên của biến. Bình thường Matlab có sự phân biệt các biến tạo bởi chữ cái thường và chữ cái hoa. Các lệnh trong Matlab nói chung thường sử dụng chữ cái thường. Việc phân biệt đó có thể đươc bỏ qua nếu chúng ta thực hiện lệnh. >> casensen off % bỏ thuộc tính phân biệt chữ hoa và chữ thường. Việc kiểm tra sự tồn tại của các biến trong bộ nhớ thông bộ qua lệnh. who Hiển thị danh sách các biến đã được định nghĩa. whos Hiển thị các biến đã được định nghĩa cùng kích thước của chúng và thông báo chúng có phải là số phức không. who global Hiển thị các biến cục bộ. exist(namesrt) Hiển thị các biến phụ thuộc vào cách các biến được định nghĩa trong chuỗi namestr. Hàm sẽ trả lại giá trị sau: Nếu namestr là tên của một biến. Nếu namestr là tên của một file. m. Nếu namestr là tên của một Mex file Nếu namestr là tên của hàm dịch bởi Simulink . Nếu namestr là tên của hàm được định nghĩa trước bởi Matlab. Độ lớn hay chiều dài của biến vector cũng như ma trận có thể được xác định thông qua một số hàm có sẵn của Matlab. SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang10 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. size (A) Cho ra một vector chứa kích thước ma trận A. Phần tử đầu tiên của vector là số hàng của ma trận, phần tử thứ hai là số cột của ma trận. [ m n] = size(A) Trả giá trị độ lớn của ma trận A vào vector xác định bởi hai biến m và n . size(A, p) Đưa ra số hàng của ma trận A nếu p=1 và số cột của A nếu p 2 size (x) Đưa ra vector mô tả độ lớn của vector x. Nếu x là vector hàng m phần tử thì giá trị đầu của vector là m và giá trị thứ hai là 1. Trường hợp x là vector cột n thì giá trị thứ nhất sẽ là 1 và thứ hai là n. lengh(x) Trả giá trị chiều dài của vector x. lengh(A) Trả giá trị chiều dài cuả ma trận A . Giá trị thu được sẽ là m nếu m > n và ngược lại sẽ là n nếu n > m. I. 4. Các lệnh thông dụng trong đồ họa Matlab: Matlab rất mạnh trong việc xử lý đồ họa, cho hình ảnh minh họa một cách sinh động và trực quan trong không gian 2D và 3D mà không cần đến nhiều dòng lệnh. plot (x, y) Vẽ đồ thị trong tọa độ (x, y). plot (x, y, z) Vẽ đồ thị theo tọa độ ( x, y, z). Title Đưa các tiêu đề vào trong hình vẽ. Xlabel Đưa các nhãn theo chiều x của đồ thị. Ylabel Đưa các nhãn theo chiều y của đồ thị. Zlabel Đưa các nhãn theo chiều z của đồ thị. Grid Hiển thị lưới trên đồ thị. plot (y) Vẽ đồ thị theo y bỏ qua chỉ số theo y. Nếu y là số phức (complex) thì đồ thị được vẽ là phần thực và phần ảo của y. plot (x, y, S) Vẽ theo x, y ; S: là các chỉ số về màu sắc và kiểu đường theo biến str của các đường trên đồ thị được liệt kê ở dưới. plot(x,y,z…, Vẽ theo x, y, z…; S: là các chỉ số về màu sắc và kiểu đường S) theo biến str của các đường được liệt kê ở dưới. polar (x, y) Vẽ đồ thị theo hệ trục tọa độ cực. Bar Vẽ đồ thị dạng cột. Các chỉ số về màu sắc: Giá trị cuả biến Str trong hàm plot về màu sắc hay kiều dáng của đường được liệt kê theo bảng dưới đây. Kiểu đường Màu sắc SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang11 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. . : Điểm * : Sao X : Chữ cái x O : Chữ cái o + : Dấu cộng - : Đường liền nét -- : Đường đứt nét -. : Đường chấm gạch : : Đường chấm Đồ án tốt nghiệp. Y : vàng G : xanh lá cây M : đỏ tươi B : xanh lam C : xanh lá mạ. W : màu trắng R : đỏ K : đen I. 5. Các dạng file sử dụng trong Matlab : I. 5 . 1. Script file (M-files): Các chương trình do người sử dụng soạn thảo ra được lưu trữ trong các file có phần mở rộng là *. m. File dạng này còn được gọi là script file. File được dưới dạng kí tự ASCII và có thể sử dụng trong các chương trình soạn thảo nói chung để tạo nó. Ta có thể chạy các file giống như các lệnh, thủ tục của Matlab. Tức là gõ tên file không cần có phần mở rộng sau đó Enter. Khi sử dụng nội dung của file không được hiển thị trên màn hình. Trong Simulink sơ đồ mô phỏng cũng được lưu dưới dạng *. m (trong các version 5. x trở lên thì được lưu dưới dạng * . mdl) nhưng được gọi là S-function. Một số lệnh hệ thống tương tác với *. m files thường gặp. echo type what Lệnh cho phép xem các lệnh có trong *. m files khi chúng được thực hiện. Lệnh cho phép xem nội dung, ngầm định file ở dạng M-file. Lệnh này cho biết tất cả các file M –file và Mat-file có trong vùng làm việc hiện hành hay không. Đối với các Simulink phức hợp, ta không nên trực tiếp khai báo cho từng khối cụ thể, ma ta nên tập hợp chúng lại trong một script File(m-file). Bằng cách ấy, mọi công việc khai báo hay thay đổi thông số đều có thể được thực hiện rất rỏ ràng và khó nhầm lẫn. Để làm được như vậy, thay vì viết giá trị cụ thể ta viết tên của các biến. Các biến đó sẽ được gán các giá trị cụ thể sau này trong khuôn khổ script file . Trước khi bắt đầu mô phỏng, ta gọi script file để nạp các biến vào WorkSpace của MATLAB. Nhờ vậy, trong quá trình mô phỏng, Simulink có thể truy cập và sử dụng các biến đã nạp. SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang12 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. I. 5. 2. Files dữ liệu: Các ma trận biểu diễn thông tin được lưu trữ trong các files dữ liệu. Matlab phân biệt hai loại file dữ liệu khác nhau Mat- files và ASCII files. Mat – files lưu trữ các dữ liệu ở dạng số nhị phân, còn các ASCII- files lưu các dữ liệu dưới dạng các kí tự. Mat-file thích hợp cho dữ liệu được tạo ra hoặc được sử dụng bởi chương trình Matlab. ASCII- files được sử dụng khi các dữ liệu được chia xẻ (export –import) với các chương trình của Matlab. ASCII- files có thể được tạo bởi các chương trình soạn thảo nói chung hay các chương trình soạn thảo bằng ngôn ngữ máy. Nó có thể được tạo ra bởi chương trình Matlab bằng cách sử dụng câu lệnh sau đây: >> save . dat . /ascii; II. TIỆN ÍCH TRỢ GIÚP TRONG MATLAB (HELP): Tiện ích trợ gip trong Matlab l rất phong ph. tuỳ theo nhu cầu, hoặc gọi help để xem nội dung hổ trợ của lệnh trực tiếp trn command windows, hoặc sử dụng cơng cụ truy cập help (hình 1. 5). Hình 1. 5 Cửa sổ truy cập help của Matlab. CHƯƠNGII. SƠ LƯỢC VỀ SIMULINK 5.0 I. KHÁI NIỆM VỀ SIMULINK : Simulink là một phần mềm mở rộng của Matlab (1 Toolbox của Matlab) dùng để mô hình hoá, mô phỏng và phân tích một hệ thống động. Thông thường SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang13 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. dùng để thiết kế hệ thống điều khiển, thiết kế DSP, hệ thống thông tin và các ứng dụng mô phỏng khác. Simulink là thuật ngữ mô phỏng dễ nhớ được ghép bởi hai từ Simulation và Link. Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn. Để mô hình hoá, Simulink cung cấp cho bạn một giao diện đồ họa để sử dụng và xây dựng mô hình sử dụng thao tác "nhấn và kéo" chuột. Với giao diện đồ họa ta có thể xây mô hình và khảo sát mô hình một cách trực quan hơn. Đây là sự khác xa các phần mềm trước đó mà người sử dụng phải đưa vào các phương vi phân và các phương trình sai phân bằng một ngôn ngữ lập trình. Điểm nhấn mạnh quan trọng trong việc mô phỏng một quá trình là việc thành lập được mô hình. Để sử dụng tốt chương trình này, người sử dụng phải có kiến thức cơ bản về điều khiển, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm của lý thuyết điều khiển và từ đó thành lập nên mô hình của bài toán. II. TÌM HIỂU VỀ SIMULINK VÀ CÁC KHỐI BLOCKS LIBARY: II. 1.Cách khởi tạo SIMULINK và vẽ sơ đồ mô phỏng : Để vào Simulink trong Matlab, ta từ cửa sổ lệnh của Matlab đánh dòng lệnh: >> Simulink  Hoặc kích chuột vào biểu tượng Simulink trên thanh menu. Khi khởi động Simulink xong ta được màn hình cửa sổ Simulink. Cửa sổ này hoạt động liên kết với cửa sổ lệnh MATLAB. Ta thấy Simulink có rất nhiều khôi chức năng riêng biệt. Từ cửa sổ lệnh ta thấy được các khối thư viện: Khối SOURCES, khối SINKS, khối DISCONTINUITIES, khối CONTINUOUS, khối SIGNAL ROUTING… SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang14 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. Hình 2. 6 : Màn hình cửa sổ thư viện Simulink Thư viện của Simulink bao gồm các khối chuẩn trên, người sử dụng cũng có thể thay đổi hay tạo ra các khối cho riêng mình. Simulink cũng giống như các phần mềm mô phỏng thiết kế mạch điện tử như : MicroSim Eval, EWB, Circuit Maker… Để vẽ sơ đồ mô phỏng cũng như xây dựng mô hình như thế nào. Việc xây dựng mô hình và các thao tác để xây dựng mô hình. Ta thử thiết kế mô phỏng ví dụ sau (Hình 2. 7) để biết được việc vẽ và mô phỏng sơ đồ: Để vẽ được mô hình này bạn phải làm các thao tác sau: 1. Từ cửa sổ Matlab đánh lệnh Simulink. Cửa sổ thư viện các khối sẽ xuất hiện. 2. Từ cửa sổ thư viện ta nhấp chuột vào File/New/Model hoặc nhấn Ctrl+ N. Màn hình cửa sổ mô hình mới Untitled được mở ra. Từ đó ta bắt đầu xây dựng mô hình. 3 . Chọn các khối ở các thư viện thích hợp: Để chọn một thư viện trong Simulink ta nhấp kép (Double Click) chuột vào khối (icon) đó. Simulink sẽ hiển thị một cửa sổ chứa tất cả các khối của thư viện đó. Trong thư viện nguồn tín hiệu chứa tất các khối đều là nguồn tín hiệu. Thư viện nguồn tín hiệu được trình bày như hình 2.6. Người sử dụng thêm vào sơ đồ của mình bằng cách ghép khối đó từ thư viện hay từ mô hình bất kì nào khác. Trong ví dụ này ta chọn khối phát sóng hình sin. Đặt con trỏ chuột lên khối ấn và giữ phím trái chuột, kéo khối tới cửa sổ vẽ sơ đồ SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang15 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. Untitled. Hoặc kích phải chuột chọn Add vào Untitled. Khi di chuyển khối ta có thể thấy khối và tên của nó di chuyển cùng với con trỏ chuột. Khi con trỏ chuột di chuyển tới nơi bạn cần đặt khối trong sơ đồ bằng cách nhả phím chuột. Theo cách này chép những khối còn lại vào trong màn hình mô phỏng để tiếp tục xây dựng sơ đồ. Muốn copy tiếp một khối nữa trong một sơ đồ, ta làm bằng cách giữ phím Ctrl + phím trái chuột và di chuyển tới điểm cần đặt khối, lúc đó một khối đã được copy. Với tất cả các khối đã chép vào cửa sổ màn hình mô phỏng sẽ được hiển thị như trên hình 2.7. Hình 2.7. Cửa sổ sơ đồ với các khối cần thiết. Bây giờ ta có thể nối các khối lại với nhau. Công việc thực hiện nối các khối, nói chung không theo thứ tự bắt buộc nào cả. Công việc thực hiện nối các sơ đồ cũng giống như các phần mềm thiết kế điện tử nào đó là đặt con trỏ chuột tại đầu nối (ra) của khối này (con trỏ chuột biến thành dấu cộng), giữ trỏ chuột và kéo tới đầu nối (vào) của khối khác. Trong quá trình nối, đường nối có hình nét đứt và con trỏ sẽ thay đổi thành dấu cộng kép khi lại gần khôí cần nối. Bạn có thể nối bằng cách nhả phím chuột khi con trỏ ở bên trong khối. Khi đó đường nối sẽ nối vào cổng gần vị trí con trỏ nhất. Phần lớn các đường nối đi từ đầu ra của một khối tới đầu vào của một khối khác. Có đường nối từ một đường nào đó đi tới đầu vào của một khối ta gọi đó là đường rẽ nhánh. Việc vẽ đường rẽ nhánh có sự khác biệt so với vẽ đường nối chính. Để vẽ được rẽ nhánh ta thực việc như sau: SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang16 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. 1. Đặt con trỏ vào điểm cần vẽ đường rẽ nhánh. 2. An phím Ctrl + giữ phím trái chuột, kéo con trỏ chuột tới đầu vào của khối. 3. Nhả phím chuột, Simulink sẽ vẽ một đường từ điểm bắt đầu tới cổng vào của khối. Tuy nhiên chúng ta cũng có thể nối dây từ đầu vào (đầu ra) của một khối tới đường nối chính, mà không cần giữ phím Ctrl . Kết thúc việc nối dây, mô hình được hiển thị như trên hình 2.8. Tuy nhiên trong quá trình nối dây có thể có những đường nối dây không như ý ta muốn, ta có thể bỏ đi hoặc sửa chữa lại bằng cách nhấp chuột vào đoạn dây đó, sau đó ta nhấn phín Delete hoặc di chuyển đoạn dây để sửa lại. Hình 2. 8. Cửa sổ mô hình đã được vẽ xong. Bây giờ ta mở khối Scope để hiển thị tín hiệu ra và chạy mô phỏng trong 10s. Đầu tiên ta phải đặt thông số mô phỏng bằng lệnh simulationParameter trong menu Simulation. Đặt thời gian mô phỏng (Stop time) là 10.0. Sau đó nhấn vào Apply để Simulink áp dụng các thông số do ta đặt và đóng hộp hội thoại bằng cách nhấn vào Close. Chọn Start trong menu Simulation để chạy mô phỏng và ta Double Click vào khối Scope để xem dạng sóng ra của tín hiệu. Muốn dừng mô phỏng thì chọn Stop hay Pause từ menu Simulation. SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang17 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. Hình 2.9 . Các cửa sổ hiển thị tín hiệu ra của sơ đồ. Để lưu sơ đồ này ta chọn Save từ menu File, nhập tên file. File này sẽ chứa mô hình đã vẽ. II. 2 Hộp thoại Simulation parameters: Trước khi tiến hành mô phỏng ta phải có những thao tác chuẩn bị nhất định: Đó là khai báo tham số và phương pháp mô phỏng. Các thao tác chuẩn bị được thực hiện ở hôp thoại này. Tại đây, tất cả các tham số đều được mặc định sẵn. Tuy nhiên để thu được kết quả mô phỏng tốt nhất, phải chuẩn bị, đặt các tham số phù hợp với mô hình Simulink cụ thể. Hộp thoại Simulation parameters có 4 trang: II. 2. 1 Solver Tại trang solver ta có thể khai báo thời điểm bắt đầu và kết thúc, thuật toán tích phân và phương pháp xuất kết quả của mô phỏng. SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang18 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. Simulink cung cấp cho ta một số thuật toán (Solver) khác nhau để giải bằng số phương trình vi phân, đáp ứng một phổ khá rộng các bài toán đặt ra. Đối với hệ gián đoạn ta có thể chọn thuật toán Discrete với bước tích phân linh hoạt (variablestep) hay cố định (Fix- Step). Đối với hệ liên tục ta có các thuật toán variable-step khác nhau như ode45, ode23, ode 2, ode1. ngoài ra, SIMULINK còn có các thuật toán Variable-Step dùng để mô phỏng hệ thống cứng (hệ có tồn tại tần số cao hơn động học của hệ rất nhiều. Ví dụ: các hệ thống cơ với trục kích cở lớn và cứng nhưng có cộng hưởng). Solver với thuật toán variable-step làm việc với bước tích phân linh hoạt. Việc giải các phương trình vi phân được bắt đầu với bước khai báo tại Initial step size. Nếu ngay khi mới bắt đầu đạo hàm của các biến trạng thái quá lớn, Solver sẽ chọn giá trị bé hơn giá trị ghi tại ô Initial step size. Trong quá trình mô phỏng, Simulink sẽ cố gắng giải phương trình vi phân bằng bước cho phép lớn nhất ghi tại Max step size. Kích cỡ Max step size có thể tính như sau: Maxstepsize  Stoptime  startime 50 Hình 2.10. Trang Solver. Do có khả năng thích nghi bước tích phân, thuật toán Solver với variable step có thể giám sát biến thiên của các biến trạng thái từ thời điểm vừa qua đến thời điểm hiện tại. Thêm vào đó thuật toán có thể nhận biết các vị trí không liên tục của hàm như các đột biến dạng bước nhảy. SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang19 GVHD: TS. Phan Văn Hiền. Đồ án tốt nghiệp. Solver với Fixed-step hoạt động với bước cố định và việc giám sát, phát hiện các điểm không liên tục là không thể. II. 2. 2 Workspace I/O. Nhờ khai báo tại Workspace I/O ta có thể gửi số liệu vào. Hoặc đọc từ môi trường MATLAB Workspace mà không cần sử dụng các khối như ToWorkspace, From Workspace trong mô hình Simulink. Ngoài ra, ta có thể khai báo giá trị ban đầu cho các biến trạng thái ở đây. Hình 2. 11 . Trang WorkSpace I/O. Nếu chọn ô Input, ta có thể khai báo tên các tập số liệu cần đọc từ Workspace. Để đặt giá trị cho biến trạng thái, ta phải chọn ô initial State : tên của biến đang giữ giá trị ban đầu. Trong ô Final State : khai báo để có giữ giá trị của lần mô phỏng trước đó. Biến ra của mô hình Simulink được cất bằng cách điền tên biến ra vào phân điền của ô output. Sau khi đã kích hoạt output. Ô state: cất giữ biến trạng thái đó vào Workspace. Trong ô format dùng để định dạng dữ liệu cất vào. II. 2. 3 Diagnostics Gồm hai ô khai báo dữ liệu: Consistency checking và Bounds checking. Consistency checking chỉ cần khi sơ đồ Simulink có chứa các khối tự viết, đảm bảo tính năng giống các khối thông thường. Bounds checking khống chế để không có số liệu nào của khối bị ghi ra ngoài vùng nhớ dành riêng cho khối. SVTH: Nguyễn Quốc Thành. Lớp: 01D3A. Trang20