Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 8- Mô phỏng Hệ thống động học sử dụng simulink

Chương 8- Mô phỏng Hệ thống động học sử dụng simulink

Tải bản đầy đủ - 0trang

Giáo trình Matlab và ứng dụng

thể xem điều gì sẽ sảy ra. Các kết quả mô phỏng có thể đa vào

trong Workspace của Matlab để xử lý sau hoặc để quan sát.

Các công cụ phân tích mô hình bao gồm các công cụ tuyến tính

hoá và hiệu chỉnh, các công cụ này có thể truy cập từ dòng lệnh của

Matlab cộng thêm các công cụ của Matlab và các toolbox ứng dụng của

nó. Vì Matlab và simulink đợc tích hợp với nhau nên bạn có thể mô

phỏng, phân tích và xem lại các mô hình của bạn trong cả hai mô trờng tại bất kỳ thời điểm nào. Trong môi trờng Simulink có thể tận

dụng đợc các khả năng tính toán, phân tích dữ liệu, đồ hoạ của

Matlab và sử dụng các khả năng của toolbox khác nh toolbox xử lý tín

hiệu số, logic mờ và điều khiển mờ, nhận dạng, điều khiển thích

nghi, điều khiển tối u v v. Việc Simulink kết hợp đợc với các toolbox

đã tạo ra công cụ rất mạnh để khảo sát động học các hƯ tun tÝnh

vµ phi tun.



8.1- Th viƯn khèi chn cđa Simulink

Môi trờng lập trình Simulink đợc cấu trúc từ các khối chuẩn trong các

th viện của môi trờng này. Các th viện Simulink bao gồm các khối sau:



Bộ môn TĐH Xí nghiệpHình

Công8.1:

nghiệp

Cấu trúc th viện của

Simulink



11

8



Giáo trình Matlab và ứng dụng



8.1.1- Th viện các khối liên tục Continuous.

Trong th viện này có các khối dùng để mô phỏng các hệ thống liên

tục tuyến tính, các khối biểu diễn các hàm tuyến tính chuẩn. Th viện

Linear gồm các khối sau:

Tên khối

Derivative



Chức năng

Tính vi phân theo thời gian của lợng vào



Integrator

Memory

State- Space



( d/dt)

Tích phân tín hiệu

Bộ nhớ ghi lại dữ liệu

Biểu diễn hệ thống trong không gian trạng



Transfer Fcn



thái tuyến tính

Khối nhận hàm truyền đạt của các khâu



Transport Delay



hoặc hệ thống

Giữ chậm lợng vào theo giá trị thời gian cho



Variable Transport



trớc.

Giữ chậm lợng vào với khoảng thời gian biến



Delay

Zero- pole



đổi

Biểu diễn hàm truyền đạt theo điểm cực và

điểm không



8.1.2- Th viện các khèi phi tun Nonlinear.

Th viƯn Nonlinear cã c¸c khèi biĨu diễn các hàm phi tuyến điển

hình các khối trong hệ thèng phi tun. Cơ thĨ bao gåm c¸c khèi sau:

Dead Zone

Quantizer



Mô tả vùng không nhạy cảm.

Lợng tử hoá tìn hiệu vào trong các khoảng



Rate Limiter

Relay

Saturation

Switch



xác định.

Hạn chế phạm vi thay đổi của tín hiệu

Khâu rơle.

Khâu bào hoà tín hiệu.

Chuyển mạch giữa hai lợng vào.



Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp



11

9



Giáo trình Matlab và ứng dụng



8.1.3- Th viên khối tín hiệu vµ hƯ thèng Signal &

System:

Th viƯn Signal & System cã các khối biểu diễn tín hiệu và hệ

thống. Cụ thể bao gồm các khối chính nh sau:

Tên khối

Sub&Systems



Chức năng

Xây dựng hệ thống con bên trong hệ



In1

Demux



thống lớn

Tạo cổng vào cho một hệ thống

Tách tín hiệu véctơ thành các tín hiệu



Mux

Out1



vô hớng

Gộp các tín hiệu thành một véctơ

Tạo cổng ra cho mét hƯ thèng



8.1.4- Th viƯn chøa c¸c khèi to¸n häc Math:

Th viện Math có các khối biểu diễn hàm toán học. Cụ thể bao

gồm các khối chính nh sau:

Tên khối

Abs



Chức năng

Biểu diễn giá trị tuyệt đối của lợng



Combuanatoril logic

Dot product

Product

Gain

Matrix gain



vào

Biểu diễn bảng chân lý.

Nhân giữ hai véctở

Thực hiện nhân các lợng vào

Bộ khuyếch đại

BKĐ có hệ số khuyếch đại là một Ma



Math function

MinMax

Relational

Sum

Trigonometric Function



trận

Các hàm toán học

Tìn giá trị min, max

Toán tử quan hệ

Tính tổng của các lợng vào

Hàm lợng giác



8.1.5- Th viện các khối gián đoạn (rời rạc) Dicrete

Th 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 nh trong bảng

sau:



Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp



12

0



Giáo trình Matlab và ứng dụng

Tên khối

Discete Transfer



Chức năng

Biểu diễn hàm truyền trong hệ rời rạc



Ecn

Discete Zero- pole



Biểu diễn hàm truyền hệ rời rạc thông qua



Discete -Filter

Discete State-



Pole và Zero

Biểu diễn các bộ lọc HR và FIR

Biểu diễn hệ thống trong không gian trạng



Space

Discete- Time



thái rời rạc

Biểu diễn tích phân tín hiệu rời rạc theo



Integrator

Fist Order Hold

Unit Display

Zero order Hold



thời gian

Khâu tạo dạng bậc nhất

Hiển thị tín hiệu trong một chu kỳ rời rạc

Khâu tạo dạng bậc thang không



8.1.6- Th viện khối các nguồn tín hiệu Sources

Th viện này gồm các khối tạo nguồn tÝn hiƯu kh¸c nhau. Trong th viƯn

Sources cã c¸c khèi nh trong bảng dới đây:

Tên khối

Band-Limited White Noise

Chirp- Signal

Clock

Constant

Digital Clock



Chức năng

Đa nhiễu trắng vào hệ

Tạo sóng sin tần số bất kỳ

Cấp thời gian thực

Tạo đại lợng không đổi

Cấp thời gian, víi thêi gian lÊy



Discrete Pulse Generator



mÉu

Khèi ph¸t tÝn hiƯu dao động



From Workspace

From file

Pule Generator



rơid rạc

Đọc dữ liệu trong vùng nhớ đệm

Đọc dữ liệu từ một file

Tạo các xung với các chu kỳ khác



Ramp

Random Number



nhau

Phát tín hiệu đờng y= ax +b

Tạo các số ngẫu nhiên phân bố



Repeating Sequence



chuẩn

Tạo tín hiệu tuỳ ýlặp lại theo



Signal Generator

Sine Wave

Step



chu kỳ

Tạo các dạng tín hiệu khác nhau

Tạo tín hiệu hình sin

Tạo tín hiệu dạng hàm bậc

thang đơn vị



Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp



12

1



Giáo trình Matlab và ứng dụng

Uniform Random Number



Tạo các số ngẫu nhiên phân bố

đều



8.1.7- Th viện các khối quan sát 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 đợc khảo sát. Trong th viện Sinks có

các khối sau:

Tên khối

Display

Scope

Stop



Chức năng

Hiển thị tín hiệu dới dạng chữ số

Hiển thị tín hiệu trong quá trình mô hình hoá

Ngừng quá trình mô hình hoá khi lợng vào khác



simulation

To File

To Workspace

XY graph



không

Ghi dữ liệu vào File

Ghi dữ liệu vào vùng nhớ đệm dới dạng ma trận

Hiển thị đồ thị XY của tín hiệu trên cử sổ đồ

thị MATLAB



8.1.8 Th viện chứa các khối hàm và bảng Function & Tables

Tên khối

Fcn



Chức năng

ứng dụng biểu thức toán nhất định cho



Matlab Fcn

look- Up Table 2-D



lợng vào.

ứng dụng hàm Matlab cho lợng vào.

Biểu diễn tuyến tính từng đoạn của

hai lợng vào



S -Function



8.2- Xây dựng mô hình

Để xây dựng mô hình mô phỏng trong Simulink bạn phải khởi

động Simulink, muốn vậy trớc tiên phải khởi động Matlab. Trong cưa

sỉ Matlab Command Window, cã thĨ

khëi ®éng Simulink theo hai cách:

-



Kích chuột vào biểu tợng Simulink

trên thanh công cụ của Matlab.

-



Gõ chữ Simulink tại dấu nhắc

lệnh:



Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp



Hình 8.2. Cửa sổ Simulink Library

Browser

12

2



Giáo trình Matlab vµ øng dơng

>>simulink ↵

Sau khi Matlab hoµn thµnh viƯc xử lý lệnh, trên desktop của

windows, ngoài cửa sổ Matlab Command Window còn xuất hiện một

thêm cửa sổ Simulink Library Browser nh hình 8.2



8.2.1- Tạo mới một mô hình

Để tạo ra một mô hình mới, ta thực hiện theo các bíc sau:

Bíc 1- Më cưa sỉ lµm viƯc:

Chän lƯnh Create a new model



bằng cách nhấn chuột vào biểu



Kích

chuột

vào

biểu

tợng

này



Hình 8.3. Cách tạo cửa sổ xây dựng mô hình



tợng của lệnh (hình một trang giấy trắng bị gấp ở góc trên bên ph¶i).

Xt hiƯn cưa sỉ Untitled.

Chó ý: Cã thĨ më cưa sỉ untitled ë cưa sỉ Matlab

Command Window b»ng c¸ch kÝch chuột theo trình tự sau:

File\ New\ Model.



Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp



12

3



Giáo trình Matlab và ứng dụng

Bớc 2- Mở th viện chính bằng cách kích đúp chuột vào

biểu tợng Simulink hoặc kích chuột vào dấu cộng bên cạnh

biểu tợng Simulink.

Khi đó Simulink sẽ hiện ra các th viện con của nó nh hình 8.4.

Bằng cách tơng tự ta có thể mở các

th viện con, chọn các khối cần thiết,

nhấn giữ chuột trái đồng thời di

chuyển con trỏ chuột đến cửa sổ

làm việc untitled và thả chuột (Drug

and Drop).

Bớc 3- Nối các khối theo sơ đồ

cấu trúc của mô hình.

Sau khi các khối đã đợc đa ra cửa

sổ làm việc ta dùng chuột để nối các

khối theo đúng sơ đồ cấu trúc cần

mô phỏng.

Cách nối nh sau: Di chuyển con

trỏ ®Õn gÇn ®Çu ra cđa khèi thø

nhÊt, khi con trá chuyển thành dạng

dấu + thì nhấn và giữ chuột trái rồi



Hình 8.4. Mở các th viện con của

Simulink



di chuyển con trỏ đến đầu vào của khối thứ hai, khi con trỏ chuyển

thành dạng dấu cộng kép thì thả chuột. Khi đó đầu ra của khối 1 sẽ

đợc nối với đầu vào của khối 2.

Bớc 4: Thay đổi tham số của các khối

Mở các khối bằng cách kích đúp chuột vào khối đó. Lúc này sẽ

xuất hiện cửa sổ tham số khối Block Parameters.... Tại đây ta có thể

thay đổi các tham sè cđa khèi theo ý mn.

Bíc 5- Thay ®ỉi thông số của quá trình mô phỏng

Kích chuột theo trình tù sau: Simulation / Parameters → xt

hiƯn cưa sỉ Simulation Parameters... (xem hình 8.5).

-



Thay đổi thời gian mô phỏng (simulation time): Trong cửa sổ



Simulation Parameters ta có thể đặt thời gian bắt đầu mô phỏng

Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp



12

4



Giáo trình Matlab và ứng dụng

trong ô start time (mặc định là 0.0 s) và thời gian dừng mô phỏng

trong ô stop time (mặc định là 10.0 s).

-



Thay đổi thuật toán giải phơng trình vi phân: mặc định là

ode45 (dựa trên phơng pháp Runge-Kutta). Có thể thay đổi bớc



tính tích phân bằng cách đặt lại các giá trị initial step size và max

step size.



Hình 8.5. Thay đổi thông số mô phỏng



Bớc 6- Tiến hành mô phỏng

Thực hiện quá trình mô phỏng bằng các cách sau trong cửa sổ

làm việc: kích chuét theo tr×nh tù sau: Simulation / start nh h×nh vẽ

dới hoặc kích vào biểu tợng: Start/Pause Simulation.



Hình 8.6- Chạy mô phỏng

Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp



12

5



Giáo trình Matlab và ứng dụng

Bớc 7- Lu mô hình mô phỏng

Có thể ghi lại mô

hình mô phỏng vừa tạo

đợc bằng cách chọn Save

trong menu FILE hoặc

kích vào biểu tợng đĩa

mềm trên thanh công cụ

của cửa sổ làm việc

untitled.



Hình 8.7. Minh hoạ ví dụ 1



8.3- Một số ví dụ

VD: Sơ đồ của hệ thống điều khiển nh hình 8.7 với các tham số của

các khối nh trên hình vẽ còn

tham số của quá trình mô

phỏng với start time là 0.0s

và stop time là 30.0s.

Kết quả mô phỏng

(hình 8.8).

Ví dụ 2: Trộn hai tín hiệu:

tín hiệu hình sin và tín

hiệu răng ca:

trong đó khối màu xanh

trong sơ



Hình 8.8. Kết quả mô phỏng của sơ đồ trong

ví dụ 1



đồ cấu



trúc



đợc tạo bởi



các



khối nh



hình



8.10



Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp

Hình 8.9. Trộn hai tín hiệu



12

6



Giáo trình Matlab và ứng dụng



Ví dụ 3:



Hình 8.10. Khối tạo tín hiệu cho phép



Khối t > 5 đợc tạo thành

Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp



từ các khối nh hình vẽ:

12

7



Giáo trình Matlab và ứng dụng



Ví dụ 4: Phơng trình Van der Pol: Đây là hệ phi tuyến cấp 2



Bộ môn TĐH Xí nghiệp Công nghiệp



12

8



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 8- Mô phỏng Hệ thống động học sử dụng simulink

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×