Giáo trình mô hình hóa - Chương 6

Ứng dụng matlab-simulink mô phỏng các hệ thống điều khiển tự động 6.1- Khái niệm chung Như đã trình bày ở các chương trước đây, phương pháp mô phỏng được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngày nay người ta đã phát triển nhiều phần mềm chuyên dụng dùng cho mô hình hoá và mô phỏng. Một trong những phần mềm được ứng dụng rộng rãi hiện nay là MATLAB - SIMULINK được dùng để mô phỏng các hệ thống động học. Phần mềm này cung cấp cho các kỹ sư, các cán bộ kỹ thuật một công cụ tính...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình mô hình hóa - Chương 6 72 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ Ch−¬ng 6- øng dông matlab-simulink m« pháng c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng 6.1- Kh¸i niÖm chung Nh− ®· tr×nh bµy ë c¸c ch−¬ng tr−íc ®©y, ph−¬ng ph¸p m« pháng ®−îc øng dông vµo nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau. Ngµy nay ng−êi ta ®· ph¸t triÓn nhiÒu phÇn mÒm chuyªn dông dïng cho m« h×nh ho¸ vµ m« pháng. Mét trong nh÷ng phÇn mÒm ®−îc øng dông réng r·i hiÖn nay lµ MATLAB - SIMULINK ®−îc dïng ®Ó m« pháng c¸c hÖ thèng ®éng häc. PhÇn mÒm nµy cung cÊp cho c¸c kü s−, c¸c c¸n bé kü thuËt mét c«ng cô tÝnh to¸n m¹nh, mét ph−¬ng tiÖn m« pháng, ph©n tÝch vµ tæng hîp c¸c hÖ thèng ®éng häc. MATLAB (Matrix Laboratory) lµ mét m«i tr−êng tÝnh to¸n trªn ma trËn rÊt m¹nh. Matlab ®−îc tÝch hîp mét sè Toolbox, ®ã lµ th− viÖn cña c¸c hµm hç trî cho Matlab gi¶i c¸c øng dông riªng biÖt nh−: hÖ thèng ®iÒu khiÓn, xö lý tÝn hiÖu, tèi −u ho¸, nhËn d¹ng, ®iÒu khiÓn bÒn v÷ng v.v… SIMULINK (tr−íc ®©y gäi lµ SIMULAB) lµ mét m«i tr−êng m« pháng dùa trªn nÒn Matlab vµ c¸c Toolbox hÖ thèng ®iÒu khiÓn (Control System) vµ xö lý tÝn hiÖu (Signal Processing). V× vËy Simulink ®−îc coi lµ phÇn më réng cña Matlab ®−îc dïng ®Ó m« pháng hÖ thèng ®éng häc. Simulink cho phÐp lËp tr×nh ë d¹ng s¬ ®å cÊu tróc cho nªn rÊt thuËn tiÖn trong viÖc m« pháng vµ kh¶o s¸t c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng. 6.2- Giíi thiÖu vÒ Matlab- Simulink 6.2.1- Matlab Matlab ®−îc ph¸t triÓn bëi c«ng ty MathWork Inc - lµ mét ch−¬ng tr×nh ph©n tÝch vµ lµm to¸n trªn ma trËn, thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn, nhËn d¹ng hÖ thèng, ®å ho¹ 2D, 3D. Matlab lµ mét m«i tr−êng më, cung cÊp c¸c thuËt to¸n vµ kh¶ n¨ng lËp tr×nh cho phÐp ng−êi sö dông t¹o ra c¸c øng dông, c¸c ch−¬ng tr×nh riªng cña m×nh. Matlab cã mét th− viÖn lín gåm h¬n 500 hµm to¸n häc tõ ®¹i sè tuyÕn tÝnh, c¸c hµm ma trËn ®Õn ph©n tÝch biÕn ®æi Fourier vµ c¸c ph−¬ng ph¸p sè phi tuyÕn. Matlab cã mét sè Toolbox ®ã lµ nh÷ng th− viÖn hµm chuyªn dông nh»m gi¶i c¸c bµi to¸n trong c¸c lÜnh vùc chuyªn m«n kh¸c nhau. Lµm viÖc víi Matlab rÊt ®¬n gi¶n vµ thuËn tiÖn. Cã hai c¸ch lµm viÖc: lµm viÖc víi cöa sæ lÖnh vµ lµm viÖc víi c¸c M-file. Khi lµm viÖc víi cöa sæ lÖnh, sau dÊu nh¾c (prompt) cña Matlab “>>” ng−êi sö dông ®−a vµo c¸c c«ng thøc, c¸c hµm, c¸c lÖnh ®Ó tÝnh to¸n vµ Matlab tr¶ lêi ngay sau mçi lÖnh. C¸ch lµm viÖc nµy gièng nh− tÝnh to¸n trªn trang giÊy, cho phÐp ng−êi sö dông thö c¸c phÐp tÝnh c¸c thuËt to¸n rÊt thuËn tiÖn. Lµm viÖc víi M-file: Matlab cho phÐp lËp tr×nh, ch−¬ng tr×nh lµ mét d·y lÖnh thùc hiÖn mét sè nhiÖm vô tÝnh to¸n nhÊt ®Þnh. Ch−¬ng tr×nh ®−îc ghi thµnh file cã phÇn më réng lµ .m víi tªn file (filename) tù ®Æt ®−îc gäi lµ M.file. §Ó ch¹y ch−¬ng tr×nh, sau dÊu nh¾c “>>” ta Bé m«n Tù ®éng ho¸ http://www.ebook.edu.vn Khoa §iÖn 73 Gi¸o tr×nh M« h×nh ho¸ gâ vµo tªn file kh«ng cã phÇn më réng. Lóc nµy Matlab coi M-file nh− command file hay script file vµ ch−¬ng tr×nh ®−îc thùc hiÖn theo tuÇn tù c¸c lÖnh ®· x¸c ®Þnh. B×nh th−êng khi ch¹y ch−¬ng tr×nh c¸c lÖnh kh«ng hiÓn thÞ trªn mµn h×nh. Matlab cã c¸c lo¹i lÖnh c¬ b¶n sau: + C¸c lÖnh chung vµ gì rèi + C¸c lÖnh lµm viÖc víi ma trËn vµ vect¬ + C¸c lÖnh lµm viÖc víi c¸c hµm vµ ®a thøc + C¸c lÖnh ®å ho¹ 2D vµ 3D + C¸c lÖnh xö lý tÝn hiÖu vµ ph©n tÝch hÖ thèng Ng÷ ph¸p lËp tr×nh cña Matlab rÊt ®¬n gi¶n vµ gÇn gièng c¸c ng«n ng÷ bËc cao kh¸c nh− C, Basic vµ Fortran. Sau ®©y lµ mét sè lÖnh, hµm vµ cÊu tróc th−êng dïng trong lËp tr×nh. + C¸c phÐp to¸n quan hÖ: < nhá h¬n lín h¬n >= lín h¬n hoÆc b»ng + C¸c phÐp to¸n logic: AND, OR vµ NOT + C¸c lÖnh ®iÒu kiÖn vµ vßng lÆp: for, while vµ if-else LÖnh vßng lÆp for cã có ph¸p nh− sau: For biÕn = biÓu thøc, lÖnh, lÖnh, ..., end C¸c vßng for ... end cã thÓ lång vµo nhau LÖnh vßng lÆp while cã có ph¸p nh− sau: While biÓu thøc, lÖnh, lÖnh, ..., end LÖnh rÏ nh¸nh cã ®iÒu kiÖn if ... else ... end. Cã ba d¹ng cÊu tróc rÏ nh¸nh vµ cã có ph¸p nh− sau: If biÓu thøc, lÖnh, lÖnh, ... end If biÓu thøc, lÖnh, lÖnh, ... else lÖnh, lÖnh, ... end If biÓu thøc 1, lÖnh, lÖnh, ... elseif biÓu thøc 2, lÖnh, lÖnh, ... end + M file: Script file vµ Function file Hai d¹ng cña M.file lµ Script file vµ Function file. Script file chøa ch−¬ng tr×nh gåm mét sè lÖnh ®Ó thùc hiÖn nhiÖm vô tÝnh to¸n ®· ®Þnh. Khi ch¹y ch−¬ng tr×nh chØ cÇn gâ tªn file (filename) kh«ng cã ®u«i më réng .m. Function file lµ lÖnh më réng cña Matlab, tÊt c¶ c¸c lÖnh trong c¸c Toolbox ®Òu cã d¹ng function. Function cã có ph¸p nh− sau: Function [biÕn ra 1, biÕn ra 2, …] = filename (biÕn vµo 1, biÕn vµo 2 ...