đồ án môn lý thuyết điều khiển tự động 1

Trang 1


MỤC LỤC
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.........................................................................................................4
CHƯƠNG I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT.....................................................................................5
I. LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG........................................................................5
1.1. Khái niệm.................................................................................................................5
1.2. Các nguyên tắc điều khiển cơ bản............................................................................5
1.2.1. Nguyên tắc điều khiển hở...................................................................................5
1.2.2. Nguyên tắc điều khiển bù (điều khiển theo nhiễu )............................................6
1.2.3. Nguyên tắc điều khiển hồi tiếp ( điều khiển theo sai lệch).................................6
1.3. Khảo sát các khâu động học.....................................................................................7
1.3.1. Hàm truyền.........................................................................................................7
1.3.2. Hàm quá độ........................................................................................................8
1.3.3. Các khâu động học điển hình.............................................................................9
II. TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH............................14
2.1. Khái niệm về tính ổn định......................................................................................14
2.2. Các tiêu chuẩn ổn định đại số.................................................................................14
2.2.1. Tiêu chuẩn ổn định Routh :..............................................................................15
2.2.2. Tiêu chuẩn Hurwitz..........................................................................................15
2.2.3. Tiêu chuẩn Lienar-Shipar................................................................................15
III. TỔNG QUAN VỀ MATLAB & SIMULINK.............................................................16
3.1. Giới thiệu MATLAB...............................................................................................16
3.2. Giới thiệu về Simulink............................................................................................21
CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG.....25
2.1. Mô hình toán học của bình chứa.............................................................................25
2.2. Xây dựng hàm truyền.............................................................................................26
2.2.1. Hàm truyền……………...…..……………………………...…..……………..27
2.2.2 Hàm quá độ.......................................................................................................27
2.2.3. Hàm trọng lượng..............................................................................................28

2.3. Khảo sát tính ổn định và chất lượng của hệ thống..................................................30
Trang 2


CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC TRONG BÌNH CHỨA......33
3.1. Giới thiệu về bộ điều khiển PID.............................................................................33
3.2. Áp dụng vào bài toán để khảo sát bộ điều khiển.....................................................33
KẾT LUẬN......................................................................................................................37
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... 38
Tài liệu tham khảo...................................................................................................39

Trang 3


GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Hiện nay, sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ,
sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, trong đó kỹ thuật điều khiển tự động cũng góp phần rất
lớn tạo điều kiện để nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất. Tự động hóa quá trình
công nghệ đã thực sự phát triển và ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp, cụ thể như
công nghiệp hóa lọc dầu, công nghiệp hóa chất, công nghiệp xử lý nước, sản xuất giấy,
sản xuất xi măng… cũng như trong các lĩnh vực khác của đời sống. Nói chung, để nâng
cao hiệu quả sản xuất, đảm bảo an toàn cho người, máy móc và môi trường trong công
nghiệp chế biến, khai thác và năng lượng thì vấn đề điều khiển quá trình công nghệ là rất
quan trọng.
Trong công nghiệp hóa lọc dầu, công nghiệp hóa chất, công nghiệp xử lý nước, sản
xuất giấy, sản xuất điện năng…Vấn đề điều khiển mức, lưu lượng dòng chảy cần đáp ứng
với độ chính xác cao để phục vụ quá trình sản xuất đạt hiệu quả tốt hơn. Chính vì vậy, vấn
đề đặt ra trong đề tài là điều khiển lưu lượng dòng chảy để ổn định mức chất lỏng với độ
chính xác cao. Với yêu cầu ứng dụng thực tế như vậy, đề tài nghiên cứu đối tượng chính ở
đây là điều khiển mức nước trong bình đơn. Hệ bồn nước đơn được hình thành với hệ

thống bơm và xả chất lỏng nhưng luôn giữ ổn định theo giá trị mức đặt trước, mức chất
lỏng trong bồn chứa được duy trì ổn định. Để làm được điều này thì đòi hỏi phải điều
khiển đóng mở các van để điều tiết lưu lượng dòng chảy cũng như điều khiển lưu lượng
chất lỏng từ máy bơm bơm vào hệ thống bồn nước, làm mức nước trong bồn luôn luôn
giữ một giá trị đặt trước là không đổi. Việc điều khiển hệ thống này để giữ được mức chất
lỏng trong bồn ổn định là tương đối khó,cần phải có sự điều khiển phối hợp giữa các van
và máy bơm.
Với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện nay thì có nhiều cách để điều
khiển mức chất lỏng của hệ thống bồn nước đơn, nhưng ở đây ta sử dụng bộ điều khiển
PID kinh điển để điều khiển. Công việc điều khiển được thực hiện mô phỏng trên Matlab,
với công cụ là Simulink.

Trang 4


CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
1.1. Khái niệm
Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống
để đáp ứng của hệ thống gần với mục đích định trước. Điều khiển tự động là quá trình
điều khiển không cần sự tác động của con người.
Tại sao cần phải điều khiển? Câu trả lời tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, tuy
nhiên có 2 lý do chính là con người không thỏa mãn với đáp ứng của hệ thống hay muốn
hệ thống hoạt động tăng độ chính xác, tăng năng suất, tăng hiệu quả kinh tế. Ví dụ trong
lĩnh vực dân dụng, chúng ta cần điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm cho các căn hộ và các cao
ốc tạo ra sự tiện nghi trong cuộc sống. Trong vận tải cần điều khiển các xe hay máy bay từ
nơi này đến nơi khác một cách an toàn và chính xác. Trong công nghiệp quá trình sản
xuất bao gồm vô số mục tiêu sản xuất thỏa mãn các đòi hỏi về sự an toàn, độ chính xác và
hiệu quả kinh tế.
Trong những năm gần đây, các hệ thống điều khiển càng có vai trò quan trọng trong

việc phát triển và sự tiến bộ của kỹ thuật công nghệ và văn minh hiện đại. Thực tế mỗi
khía cạnh của hoạt động hằng ngày đều bị chi phối bởi một vài loại hệ thống điều khiển.
Dễ dàng tìm thấy hệ thống điều khiển máy công cụ, kỹ thuật không gian và hệ thống vũ
khí, điều khiển máy tính, các hệ thống giao thông, hệ thống năng lượng, robot,… Ngay cả
các vấn đề như kiểm toán và hệ thống kinh tế xã hội cũng áp dụng từ lý thuyết điều khiển
tự động.
1.2. Các nguyên tắc điều khiển cơ bản
1.2.1. Nguyên tắc điều khiển hở
Sơ đồ của mach điều khiển được cho như hình 1.2

Hình 1.1
Trang 5


Thực chất nguyên tắc điều khiển hở là thuật toán điều khiển được tạo ra chỉ trên cơ
sở thuật toán tác động cho trước và nó không kiểm tra các yếu tố như nhiễu loạn hoặc tọa
độ tạo ra của quá trình.
Thuật toán tác động cho trước co thể tạo ra bằng các cơ cấu kỹ thuật riêng- bộ định
trị chương trình 1 đã được thực hiện trước khi thiết kế hệ thống, sau đó ứng dụng trực tiếp
vào việc thiết kế thiết bị điều khiển 2. Tác động chủ yếu được truyền từ phần tử lối vào
đến phần tử lối ra 3. Trong hệ thống hở chỉ có cấu tạo hệ thống và sự lựa chọn các qui luật
vật lý tác động lên tất cả các phần tử hệ thống đảm bảo cho giá trị x(t) gần tới .
1.2.2. Nguyên tắc điều khiển bù (điều khiển theo nhiễu)
Nếu tác động nhiễu loạn lớn hơn thì mạch hở không đảm bảo được yêu cầu chính
xác sự thuwchj hiện thuật toán tác động. Bởi vậy để nâng độ chính xác đôi lúc có thể đo
nhiễu và theo kết quả đo lường thực hiện hiệu chỉnh trong thuật toán điều khiển. Sự hiệu
chỉnh này có thể bù trừ nhiễu loạn làm sai lệch thuật toán tác động.

Hình 1.2

Sơ đồ chức năng điều khiển theo nhiễu được biểu diễn như trên hình 1.2. Tác động
nhiễu z(t) lên đối tượng điều khiển 3 được đo bằng cơ cấu bù trừ 4 , trên lối ra của nó
hình thành tác động điều khiển . Tác động điều khiển kết hợp với cho ta u(t) điều khiển
đối tượng 3.
1.2.3. Nguyên tắc điều khiển hồi tiếp (điều khiển theo sai lệch)
Có thể xây dựng hệ thống để độ chính xác của sự thực hiện thuật toán tác động được
đảm bảo mà không cần đo nhiễu.

Trang 6


Hình 1.3
Trên hình 1.3 biểu diễn sơ đồ cấu trúc của hệ thống, ở đây, sự hiệu chỉnh trong thuật
toán tác động được thực hiện theo giá trị thực tế của đại lượng ra trong hệ thống. Với mục
đích này người ta đưa vào hệ thống một mạch hồi tiếp bổ sung 4, mạch hồi tiếp có thể là
các phần tử dùng để đo lường x(t) và để tạo ra các tác động hiệu chỉnh tác động lên bộ
điều khiển. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống có dạng mạch kín và bởi vậy nguyên tắc điều
khiển thực hiện trong nó là nguyền tắc điều khiển theo mạch kín. Sơ đồ biểu diễn trên
hình 1.3 là dạng chung nhất của hệ thống kín. Trong điều khiển, dạng riêng của hệ thống
được phổ biến rất rộng rãi, trong đó thực hiện sự hiệu chỉnh thuật toán tác động không
phải trực tiếp theo giá trị tọa độ x(t) mà theo độ sai lệch của nó so với giá trị xác định của
thuật toán chức năng , tức là .
1.3. Khảo sát các khâu động học
1.3.1. Hàm truyền
Trong lý thuyết điều khiển tự động, hàm truyền được sử dụng với tư cách là một trong
những đặc tính động học cơ bản.
Tỷ số đại lượng ra trên đại lượng vào gọi là hàm truyền.
Hàm truyền ở dạng toán tử là tỷ số giữa toán tử tác động đối với toán tử riêng.
W(p)
(1.1)

Hàm truyền hay hàm truyền ở dạng ảnh Laplace gọi là tỷ số giữa ảnh của đại lượng ra
trên ảnh của đại lượng vào với các điều kiện không ban đầu cho trước.
Hàm truyền ở dạng ảnh laplace của hệ thống (khâu) được mô tả bằng phương trình (1.1)
Đưa cả hai vế phương trình (1.2.1) về ảnh Laplace:

Với các điều kiện không ban đầu cho trước ta có:
Trang 7


Trong đó: X(s)

U(s)

Từ đó ta có: W(s)

(1.3)

Hàm truyền ở dạng ảnh laplace có thể thu được từ hàm truyền ở dạng toán tử, nếu thay
toán tử p trong hàm truyền W(p) bằng biến s ()
1.3.2. Hàm quá độ
Hàm quá độ của hệ thống (khâu) được gọi là hàm mô tả sự thay đổi đại lượng ra của
hệ thống (khâu) khi trên lối vào của nó có tác động bậc thang đơn vị và với các điều kiện
không ban đầu cho trước. Hàm quá độ thường được ký hiệu là h(t).
Về giải tích, tác động bậc thang đơn vị được mô tả bằng hàm bậc thang đơn vị:

u(t)
Đồ thị hàm bậc thang đơn vị được biểu diễn như sau:

1(t)
1

O

t

Hình 1.2
Đồ thị hàm quá độ là đường cong sự phụ thuộc hàm h(t) vào thời gian và có tên gọi là
đặc tính quá độ.
1.3.3. Các khâu động học điển hình
- Khâu tỷ lệ
Trang 8


. Khâu tỷ lệ có hàm truyền
W (s) = k
Vậy tín hiệu ra của khâu tỉ lệ bằng bằng tín hiệu vào khuếch đại lên K lần. Hình 1.4
mô tả hàm trọng lượng và hàm quá độ của khâu tỉ lệ

Hình 1.4 Đặc tính thời gian của khâu tỉ lệ
a) Hàm trọng lượng ; b) Hàm quá độ

Hình 1.5 Đặc tần số của khâu tỉ lệ
a) Biểu đồ Bode ; b) Biểu đồ nyquist

Đặc tính tần số: W( ) = k
Biên độ: Q( => , L(
Pha: ( = 0
Các biểu thức trên cho thấy đặc tính tần số của khâu tỉ lệ là hằng số với mọi , do đó biểu
đồ Bode về biên độ là một đường song song với trục hoành, cách trục hoành 20lgK; biểu
đồ Bode về pha là một đường nằm ngang trùng với trục hoành;biểu đồ Nyquist là một

điểm do vecto W( )không đổi với mọi (hình 1.5)
Trang 9


-

Khâu tích phân

Khâu tích phân là khâu được mô tả bởi phương trình px(t) = ku(t)
Hoặc hàm truyền:
àm truyền tần số W(j)= -j . Các tần số và hàm thời gian còn lại có dạng : U( = 0, V(= ,
A( = , , lg = 20 lgk – 20 lg, h(t) = kt, w(t) = k. Đặc tính biên độ - pha tần số (hình a) của
khâu tích phân trùng với nửa âm trụ ảo. Đặc tính logarit pha tần số(hình b) song song với
trục trần số và đi qua mức : độ lệch pha không phụ thuộc vào tần số và bằng .
Đặc tính logarit biên độ tần số(h 3.5) đường thẳng nghiêng đi qua điểm có tọa độ và , lg
= 20 lg. Rõ rang từ phương trình , lg = 20 lgk – 20 lg, khi tăng tần số lên 1 decade, tung
độ L( giảm đi 20 dB. Bởi vậy độ nghiêng của đặc trưng logarit biên độ tần số bằng -20
dB/ dec.
Đặc tính quá độ là đường thẳng đi qua gốc tọa độ với hệ số góc nghiêng k (3.5 a).

-

khâu vi phân

Khâu vi phân là khâu được mô tả bằng phương trình x(t)= kpu(t).
Hoặc bằng hàm truyền: W(s)= ks.
Các hàm tần số và hàm thời gian có dạng:
W(j)=jk, U(, , A(,
Lg = 20 lgk +20 lg, h(t)=, w(t)=(t)

Trang 10


Đặc tính biên độ - pha tần số trùng với nửa trục ảo dương. Đặc tính logarit pha tần
số song song với trục tần số và đi qua mức Độ lệch pha không phụ thuộc vào tần số và
bằng

Đặc tính logarit biên độ tần số là một đường thẳng đi qua điểm có tọa độ lg=1 và
L( có độ nghiêng 20dB/dec.
Trên thực tế không tồn tại khâu vi phân lý tưởng, mà trong đó trên lối ra có thể sao
lại một cách chính xác đạo hàm của tín hiệu vào bất kì nào đó. Mặt khác khi xây dựng sơ
đồ cấu trúc của hệ thống, ta có thể phân chia nó thành nhiều khâu, bởi vậy, đưa khái niệm
vi phân vào là hoàn toàn có căn cứ.
-

khâu không tuần hoàn
Khâu không tuần hoàn bậc nhất gọi là khâu được mô tả bằng phương trình:

(Tp+1)x(t)= ku(t)

(1.6)

Hoặc hàm truyền:
W(s)=
Hàm truyền tần số của khâu không tuần hoàn có dạng:
W(j.

(1.7)

Nhân cả tử và mẫu của (4.1) với đại lượng phức liên hợp của , ta có:

Trang 11


U(j; Q(j;

(1.8)

Có thể xác định được hàm biên độ, tần số hàm pha tần số nếu sử dụng quy tắc modulevà
argument. Bởi vì module tử số của hàm truyền tần số (4.1) bằng k còn của mẫu số bằng ,
nên
A(.

(1.9)

Argument tử số của W(jbằng không còn argument của mẫu số bằng arctg. Bởi vậy,
.
Từ (4.3) ta có:
(1.10)
Giải phương trình 4.5 với u(t)=1(t) và với điều khiện không ban đầu x[(0)=0], ta có . Hàm
trọng lượng sẽ là:
w(t)=.
Đặc tính biên độ - pha tần số của khâu không tuần hoàn là nửa đường tròn có đường kính
bằng hệ số truyền k và được phân bố trong góc phần tư thứ tư của mặt phẳng phức. Thật
vậy, ta có:

Hay

(1.11)

Cộng thêm vào hai về của biểu thức (4.6) một lượng , ta có hể viết:

hay
(4.7)
Biểu thức 4.7 là phương trình đường ròn có đường kính k, tâm nằm trên trục thực cách
gốc tọa độ một khoảng bằng k/2.
Đặc tính logarit pha tần số được xác định theo biểu thức (4.5). Trong miền tần số rất bé,
bé hơn tần số gãy ; hay ta có L(=20lgk. Khi ta có L(=20lgk – 20lg
Trang 12


Trang 13


II . TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH
2.1. Khái niệm về tính ổn định
Khảo sát một hệ thống điều khiển tự động được mô tả toán học dưới dạng hàm
truyền sau:

b m p m  ...  b1p  b 0 X(s)

n
a
p

...

a
p

a
U(s)

1
0
W(s)= n

(1.12)

Phương trình vi phân tương ứng của hệ thống là:

an

dn x
dx
d mu
du

....

a

a
x

b
 ...  b1
 b0u
1
0
m
n
m

dt
dt
dt
dt
(1.13)

Nghiệm của phương trình (1.18) có nghiệm như sau:
x(t)  x 0 (t)  x qd (t)

Trong đó: x 0 (t) là nghiệm riêng của phương trình vi phân có vế phải bằng 0, đặc trưng
cho quá trình xác lập.
x qd (t)

là nghiệm tổng quát của phương trình vi phân , đặc trưng cho quá trình quá

độ.
Như vậy một hệ thống ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian.
limx qd (t)  0
t ��

+ Hệ thống không ổn định nếu :

limx qd (t)  �
t ��

2.2. Các tiêu chuẩn ổn định đại số
Các tiêu chuẩn đại số cho phép ta đánh giá tính ổn định của hệ thống theo các hệ
số của phương trình đặc trưng.
Trang 14

2.2.1. Tiêu chuẩn ổn định Routh
Phát biểu : Điều kiện cần và đủ để tất cả các nghiệm của phương trình đặc trưng
nằm bên trái mặt phẳng phức là tất cả các phần tử nằm ở cột 1 của bảng Routh đều
dương..
2.2.2. Tiêu chuẩn Hurwitz
Phát biểu: Điểu kiện cần và đủ để hệ thống ổn định là các a 0 ....a i > 0, và các định
thức Hurwitz 1  a1 ,  2 ,...,  i là dương. Định thức  i được xây dựng như sau:
Phần tử đầu tiên của nó luôn là a1 , chỉ số trong mỗi một hàng liên tiếp tăng thêm
2, còn trong mỗi một cột giảm đi 1 và a k = 0 , nếu k < 0 hoặc k > n.
2.2.3. Tiêu chuẩn Lienar-Shipar
Đây là một trường hợp đặc biệt của tiêu chuẩn Hurwitz, nó thuận tiện để khảo sát
tính ổn định của hệ thống điều khiển tự động có bậc của phương trình đặc trưng n �5.
Bởi vậy, trong trường hợp khi các điều kiện cần về tính ổn định thỏa mãn, tức là (
a 0 ....a i > 0), cá điều đủ của tính ổn định sẽ là : trong số các định thức Hurwitz
1 ,  2 ,..., i chỉ cần tất cả các định thức số chẵn (hoặc là tất cẩ các định thức với chỉ số lẻ)
có giá trị dương.

Trang 15


III. TỔNG QUAN VỀ MATLAB & SIMULINK
3.1. Giới thiệu MATLAB
3.1.1. Giới thiệu chương trình MATLAB
Chương trình MATLAB là một chương trình viết cho máy tính PC nhằm hỗ trợ
cho tính toán khoa học và kỹ thuật với các phần tử cơ bản là ma trận trên máy tính cá
nhân do công ty “The MATHWORK” viết ra.
MATLAB được điều khiển bằng tập lệnh, tác động vào bàn phím. Nó cũng cho
phép một khả năng lập trình với cú pháp không 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

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 liên quan trên. TOOLS 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 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.
Các câu lệnh trong MATLAB rất mạnh và có những vấn đề chỉ cần một câu lệnh
đủ để giải quyết bài toán. Mô phỏng trong MATLAB sẽ cho ta hình ảnh tọa độ không gian
hai chiều (2D) và ba chiều (3D).
Ứng dụng:
MATLAB được dùng rộng rãi trong giáo dục, phổ biến nhất là giải bài số trị (cả
đại số tuyến tính lẫn giải tích) trong lĩnh vực kỹ thuật.
MATLAB được ứng dụng để mô phỏng và tính toán , xử lý âm thanh, hình ảnh.
Đặc biệt nó còn là công cụ hỗ trợ tốt trong các mô phỏng hệ thống tự động, là công cụ hỗ
trỡ đắc lực cho chuyên ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa. Việc nắm vững cách sử
Trang 16


dụng chương trình và ngôn ngữ lập trình MATLAB sẽ là một lợi thế không nhỏ của các
bạn sinh viên, nhất là các bạn tham gia vao công việc nghiên cứu khoa học.
Bên cạnh đó, công cụ SIMULINK có trong MATLAB là công cụ được nhiều
ngành sử dụng với nhiều ứng dụng.

Hình 1.7. Màn hình tiêu chuẩn sau khi khởi động Matlab
3.1.2. Các phím chức năng đặc biệt (chuyên dùng) dùng cho hệ thống
Ctrl + p hoặc

: Gọi lại lệnh vừa thực hiện trước đó từ cửa sổ lệnh của MATLAB

Ctrl + n hoặc

: Gọi lại lệnh vừa đánh vào trước đó.

Ctrl + f hoặc

: Chuyển con trỏ sang phải một kí tự.

Ctrl +b hoặc

: Chuyển con trỏ sang phải một kí tự.

Ctrl + l hoặc +

: Chuyển con trỏ sang phải một từ.

Ctrl + r hoặc +

: Chuyển con trỏ sang trái một từ.

Ctrl +a hoặc HOME: Chuyển con trỏ về đầu dòng.
Ctrl +k: Xóa cho đến cuối dòng.
3.1.3. Các lệnh hệ thống
Casesen off: Bỏ thuộc tính phân biệt chữ hoa, chữ thường.
Trang 17


Casesen on: Sử dụng thuộc tính chữ hoa, chữ thường.
Clc: Xóa cửa sổ dòng lệnh.
Clf: Xóa cửa sổ đồ họa.

Computer: Lệnh in ra một xâu kí tự cho biệt loại máy tính.
Exit hoặc quit: Thoát khỏi MATLAB.
Ctrl + C: Dừng chương trình khi nó rơi vào tình trạng lặp không kết thúc.
Help: Xem trợ giúp.
Input: Nhập dữ liệu từ bàn phím.
Load: Tải các biến đã lưu trong một File đưa vào vùng làm việc.
Pause: Ngừng tạm thời chương trình.
Save: Lưu các biến vào file có tên Matlab.mat.
Demo: Lệnh cho phép xem các chương trình mẫu (minh họa khả năng làm việc
của Matlab).
Edit: Lệnh để vào cửa sổ soạn thảo (dùng để viết một chương trình).
3.1. 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 trong 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.
Trang 18


Grid: Hiển thị lưới trên đồ thị.
Polar:Vẽ đồ thị theo hệ trục tọa độ cực.
Bar: Vẽ đồ thị dạng cột
Các chỉ số về màu sắc: Giá trị của biến STR trong hàm plot về màu sắc hay kiểu
dáng của đường được liệt kê theo bảng dưới đây:
Kiểu đường
. : điểm

Màu sắc
y: vàng

*: sao

g: xanh lá cây

x: chữ cái x

m: đỏ tươi

o : chữ cái o

b: xanh lam

+ : dấu cộng

c: xanh lá mạ

- :đường liền nét

w: màu trắng

-- : đường đứt nét

r: đỏ

-. : đường đứt nét

k: đen

: : đường chấm
Bảng 1: Màu sắc hay kiểu dáng của một đường
-Ví dụ về đồ họa 2D và 3D.
+ Đồ thi 2D: y = sin (-)

Hình 1.8. Đồ thị dạng 2D: y = sin (-)
Trang 19


+ Đồ thị 3D: Z= với -2 ≤ x ≤ 2; -2 ≤ y ≤ 2.

Hình 1.9. Đồ thị dạng 3D: Z=

Trang 20


3.2. Giới thiệu về Simulink
Simulink là một công cụ trong MATLAB dùng để mô hình hóa, mô phỏng và phân
tích các hệ thống động với môi trường giao diện sử dụng bằng đồ họa. Việc xây dựng mô
hình được đơn giản hóa bằng các hoạt động nhấp chuột và kéo thả.
Simulink bao gồm một bộ thư viện khối với các hộp công cụ toàn diện cho cả việc
phân tích tuyến tính và phi tuyến. Simulink là một phần quan trọng của MATLAB và có
thể dễ dàng chuyển đổi qua lại trong quá trình phân tích, và vì vậy người dùng có thể tận
dụng được ưu thế của cả hai môi trường.
3.2.1. Khởi tạo Simulink
Có thể mở Simulink bằng 2 cách:
 Cách 1: Click vào biểu tượng “Simulink Library” ở hình 1.1.
 Cách 2: Từ cửa sổ lệnh, đánh lệnh simulink và Enter.

Cửa sổ thư viện Simulink sẽ hiển thị như hình vẽ.

Hình 1.10. Thư viện Simulink
Trang 21


Cửa sổ thư viện Simulink bao gồm:
-

Thư viện

-

Khung tìm kiếm

-

Các khối chức năng
3.2.2. Đặc điểm của Simulink
Simulink phân biệt (không phụ thuộc vào thư viện con) hai loại khối chức năng

gồm: khối ảo (virtual) và khối thực (notvirtual). Các khối thực đóng vai trò quyết định
trong việc chạy mô phỏng mô hình Simulink. Việc thêm hay bớt một khối thực sẽ làm
thay đổi đặc tính động học của hệ thống đang được mô hình Simulink mô tả. Có thể nêu
nhiều ví dụ về khối thực như: khối tích phân Integrator hay khối hàm truyền đạt Tranfer
Fcn của thư viên Continuous, khối sum hay khối Product của thư viện con Math.
Ngược lai các khối ảo không có khả năng thay đổi đặc tính của hệ thống, chúng chỉ
có nhiệm vụ thay đổi diện mạo đồ họa của thư viện Simulink. Đó chính là các khối như
Mux, Demuxc hay Enable của thư viện con Signal và System. Một số chức năng mang
đặc tính thức hay ảo tùy thuộc theo vị trí và cách thức sử dụng chúng trong mô hình

Simulink, các mô hình đó được sắp xếp vào loại ảo có điều kiện.
3.2. 3. Các thao tác cơ bản sử dụng trong Simulink
Các thao tác cở bản sử dụng trong Simulink bao gồm:
-

Coppy (sao chép).
Bằng cách gắp và thả “drag & drop” nhờ phím chuột bên phải ta có thể chép một

khối từ thư viện (cũng có thể từ một thư viên khác).
-

Move (di chuyển).
Ta có thể di chuyển dể dàng một khối trong phạm vi cửa sổ của khối nhờ phím

chuột trái.
-

Đánh dấu.
Bằng cách nháy đúp chuột trái vào khối ta có thể đánh dấu, lựa chọn từng khối

hoặc kéo chuột đánh dấu nhiều khối cùng một lúc.
Trang 22


-

Delete (xóa).
Có thể xóa các khối và các đường nối đã bị dánh dấu bằng cách gọi lệnh menu

Edit/ Clear. Bằng menu Edit/Undu hoặc tổ hợp phím Ctrl + Z ta có thể cứu vản lại động

tác xóa vừa thực hiện.
-

Hệ thống con .
Bằng cánh đánh dấu nhiều khối có quan hệ chức năng, sau đó gom chúng lại thông

qua menu Edit /Creat subsystem ta có thể tạo ra một hệ thống con mới.
-

Nối hai khối.
Dùng phím chuột trái nháy đúp vào đầu ra của một khối sau đó di mũi tên của

chuột tới khối cần nối. Sau đó thả ngón tay khỏi phím chuột, đường nối tự động được tạo
ra. Có thể rẽ nhánh tín hiệu bằng cách nháy chuột phải vào một đường nối có sẵn kéo
đường nối mới xuất hiên tới đầu nối cần nối.
-

Di chuyển đường nối .
Để lưu đồ tín hiệu thoáng và dễ theo dõi, nhiều khi ta phải di chuyển sắp xếp lại

các vi trị đường nối. Khi nháy chọn bằng chuột trái ta có thể di chuyển tùy ý các điểm
góc, hoặc di chuyển song song đường thẳng của đường nối.
-

Chỉ thị kích cỡ và dạng dữ liệu của tín hiệu.
Lệnh chọn qua menu Fomat/Signal dimonsions sẽ hiện thị kích cỡ của tín hiệu qua

đường nối. Lệnh menu Fomat/Port data types chỉ thị thêm loại dữ liệu của tín hiệu qua
đường nối.
-

Định dạng (Fomat) qua một khối.
Sau khi nháy phím chuột phải vào một đường nối, cửa sổ định dạng đường cửa sổ

định dạng khối sẻ mở ra. Tại mục Fomat ta có thể lưa chọn kích cở và kiểu chử củng như
vị trí của tên khối ,có thể lật hoặc xoay khối .Hai mục Foreground Color và Background
Color cho phép ta dặt chế độ màu bao quanh củng như chế độ nền của khối .
-

Định dạng cho đường nối.

Sau khi nháy phím chuột phải vào đường nối, cửa sổ dịnh dang đường sẻ mở ra. Tại
đây ta có lệnh cắt bỏ, copy hoặc delete đường nối.
Trang 23


-

Hộp đối thoại (Dialog box) về đặc tính của khối (Block property).

Hoặc di theo menu của cửa sổ mô phỏng Edit /Block property. hoặc chọn mục Block
propetis của cửa sổ định dang khối, ta sẽ thu được hộp thoại cho phép đặt một vài tham số
tổng quát về đặc tính của khối.

Trang 24


CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG
2.1. Mô hình toán học của bình chứa

Trong đó

Hình 2.1

LT : cảm biến đo mực nước
LC : bộ điều chỉnh
H(t): mức nước trong bể (m)
Q1(t) : lượng nước vào của hệ thống
Q 2(t) : lượng nước ra của hệ thống

S: tiết diện cắt ngang của bình chứa

3
(m / s)

3
(m / s)

2

(m )
Trang 25