Các khái niệm cơ bản về mô phỏng và các hệ điện cơ

Chương 1
Các khái niệm cơ bản về mô phỏng
và các hệ điện cơ
1.1. Mô phỏng và các khái niệm cơ bản
Mô hình mô phỏng là đối tượng mà cho phép chúng ta quan sát và nhận
được những tính chất lặp lại hoàn toàn hoặc một phần so với tính chất của thiết bị
thực tế hoặc mô hình nguyên mẫu. Do vậy một mô hình mô phỏng hoàn toàn triệt
để giống với quá trình thực tế là không thể có, nó chỉ có thể tương ứng với những
mục đích nhất định của quá trình mô phỏng thể hiện các tính chất nhất định của
nguyên mẫu nhằm phục vụ cho mục đích nghiên cứu.
Mục đích của việc tạo ra các mô hình mô phỏng:
1. Mô hình mô phỏng là phương tiện tư duy giúp giải thích sự tương tác
giữa các biến số, đặc trưng thay đổi theo thời gian, giúp tìm ra các quy luật hoạt
động. Cấu trúc của đối tượng nghiên cứu và các mối liên hệ nguyên nhân – kết
quả quan trọng nhất sẽ được gợi mở và làm rõ hơn trong quá trình xây dựng các
mô hình mô phỏng. Khi mô phỏng, các đặc tính của nguyên mẫu sẽ lần lượt
được thể hiện tùy theo yêu cầu đặt ra đối với hệ thống.
2. Mô hình mô phỏng là phương tiện cho phép dự báo trước trạng thái của
đối tượng và điều khiển chúng trên cơ sở thử nghiệm các phương án điều khiển
khác nhau.
3. Mô hình mô phỏng là phương tiện thực hiện quá trình thiết kế, bao gồm
tất cả các giai đoạn từ phác thảo, thiết kế kỹ thuật đến thiết kế chi tiết. Điều này
hoàn toàn trở thành hiện thực nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ các gói ứng dụng
chuyên ngành.
4. Việc thử nghiệm trên các đối tượng thực thường không tiện lợi, đôi khi
còn nguy hiểm và không thực tế bởi hàng loạt các lý do sau:
+ Quá trình thử nghiệm bị kéo dài;
+ Nguy cơ hỏng hóc hoặc bị phá hủy hoàn toàn của đối tượng thử nghiệm;
+ Nguy cơ gây ra các tác động xấu tới sức khỏe và tính mạng người thực
hiện thử nghiệm;
+ Thiếu các đối tượng thực trong trường hợp đối tượng đó vẫn đang trong

quá trình thiết kế.
Tất cả các lý do trên đều có thể loại trừ khi ta sử dụng các mô hình mô


phỏng.
Đối với các mô hình để nghiên cứu bằng mô phỏng, có thể chia ra thành 3
nhóm chính là: mô hình vật lý, mô hình tương tự và mô hình toán học.
Mô hình vật lý là mô hình mà có thể hoàn toàn thay thế các đối tượng thực
được thu nhỏ gọi là bản sao được tạo ra trên cơ sở lý thuyết đồng dạng, cho phép
mô hình giữ nguyên các tính chất cần đạt được. Ví dụ khi nghiên cứu đặc tính khí
động lực học của máy bay tương lai, người ta sẽ tiến hành thử nghiệm trong ống
khí động lực học với mô hình máy bay được chế tạo bằng kích thước thực hoặc
nhỏ hơn. Quan trọng là mô hình máy bay đó sẽ thể hiện toàn bộ các kích thước
hình học thực tế.
Mô hình tương tự dựa trên sự thay thế nguyên mẫu bằng mô hình vật lý
khác trong tự nhiên mà có các trạng thái, tính chất tương tự. Ví dụ sự dao động
và sự cộng hưởng trong các hệ thống thực tế có thể được nghiên cứu bằng hệ cơ
hoặc bằng các mạch dao động điện và khi tiến hành mô phỏng mô hình tương tự
phải chú ý đến những điểm cần thiết trên đối tượng thay thế và phải diễn giải nó
thật đúng.
Ví dụ 1.1. Hình1.1 là hệ cơ gồm vật cứng M, lò xo có độ cứng K và bộ
giảm chấn có hệ số chống rung B. Tác dụng vào hệ có ngoại lực f(t). Phương
trình vi phân miêu tả hệ cơ có dạng:
M

d2x
dx
+ B + Kx = f (t)
2
dt

dt

(1.1)

Thông thường các mô hình tương tự thì có mô tả toán học giống như của
đối tượng thực.

Hình 1-1. Mô hình tương tự thay thế khi nghiên cứu sự dao động
2


Phương trình vi phân mô tả mạch điện như hình vẽ sẽ có dạng:
L

d 2 uc
du
1
e(t )
+ R c + uc =
2
dt
dt C
C

(1.2)

Mô hình toán học là mô tả toán học của đối tượng vật lý thực. Sự mô tả này
dựa trên các định luật vật lý mô tả trạng thái, tính chất của đối tượng. Ví dụ như
mô tả toán học của động cơ không đồng bộ 3 pha được tạo ra trên cơ sở định luật
Niu-tơn và Kickhopff, nó có dạng như sau:

diab

U
=
R
.
I
+
L
+ eab ;
ab
s
ab
s

dt

dibc

+ ebc ;
U bc = Rs . I bc + Ls
dt

di

U ca = Rs . I ca + Ls ca + eca ;

dt


(1.3)

Các tham số của phương trình 1.3 chính là các thông số kỹ thuật của động
cơ không đồng bộ ba pha.
Mô tả toán học này giúp người thiết kế dễ dàng hơn trong nghiên cứu các
đặc tính của đối tượng.
Các phương pháp giải tích trong nghiên cứu các mô hình toán học mà từ vài
trăm năm nay đã đem lại nhiều thành tựu trong lý thuyết và thực tiễn. Tuy nhiên,
các phương pháp này đều tồn tại những giới hạn nhất định. Chúng chỉ cho phép
nghiên cứu toàn diện các hệ được mô tả bằng các phương trình vi phân bậc nhất
và bậc hai. Còn các hệ được mô tả bằng các phương trình bậc cao thì người ta
thường áp dụng phương pháp số. Phương pháp số dựa trên việc sử dụng mô
phỏng bằng máy tính.
Mô hình trên máy tính – là việc hiện thực hóa theo chương trình các mô
hình toán học được thực hiện thông qua các chương trình hỗ trợ khác nhau.
1.2. Các phần mềm mô phỏng
Trong lịch sử các giai đoạn đầu của mô phỏng trên máy, các chương trình
được tạo ra trên nền các ngôn ngữ máy (1100101….), sau đó trở thành ngôn ngữ
Assemble. Giai đoạn tiếp theo xuất hiện các ngôn ngữ bậc cao như Algol, Basic,
Fortran, Pascal v..v. Công nghệ lập trình được ứng dụng tại thời điểm đó đòi hỏi
một thời gian rất lớn cho việc tạo ra một mô hình mô phỏng. Công để tạo ra một
3


mô hình đơn giản, theo cách nhìn nhận hiện nay thì mô hình máy tính đó được
đánh giá tương đương với 5 người làm trong 6 tháng.
Ngày nay mọi chuyện đã thay đổi căn bản, từ những năm 70 của thế kỷ XX,
rất nhiều các gói ứng dụng cho việc mô phỏng được tạo ra, tự động hóa biểu diễn
các mô hình toán học cho máy tính. Đối với lĩnh vực điện tử và điều khiển tự

động, có thể kể ra một số phần mềm như Electronics Workbench (EWB),
DesignLab 8.0, OrCAD 9.2-10, Micro-Cap, …vv.
Để nghiên cứu các quá trình vật lý xảy ra trong các hệ thống điện cơ và các
hệ thống động học phức tạp thì cần thiết phải sử dụng môi trường mô phỏng trực
quan có đầy đủ các tính năng. Hiện nay có rât nhiều các phần mềm mô phỏng mà
có thể mô tả trực quan hệ thống hoặc trong dạng sơ đồ khối hoặc theo dạng các
trạng thái. Ngoài ra thì thêm vào đó các khả năng đồ họa có thể xem xét các kết
quả mô phỏng hiện tại và toàn bộ kết quả của quá trình mô phỏng. Phương pháp
ứng dụng mô phỏng như vậy cho phép chúng ta hoàn toàn chuyển sang phân tích
các quá trình diễn ra trong hệ thống và không phải quan tâm đến việc thực hiện
bên trong của mô hình mô phỏng. Tùy theo ngôn ngữ sử dụng mô phỏng, người
ta chia ra làm ba nhóm: Nhóm các mô hình mô phỏng theo khối, nhóm các mô
hình mô phỏng vật lý và nhóm các phần mềm được định hướng sử dụng otomat
hữu hạn.
Đại diện cho các phần mềm mô phỏng thuộc nhóm thứ nhất là EASY5
(1976, the Boing company), Simulink (1991, the mathworks Inconporated) và
Visim (1990, Visual solution Incorporated). Ngôn ngữ được sử dụng trong các
phần mềm mô phỏng là dạng ngôn ngữ graphic có thứ bậc dạng sơ đồ khối. Các
khối ở mức cao sẽ là tổ hợp của các khối thông thường và các khối đặc biệt do
người sử dụng tự định nghĩa ở mức thấp hơn. Ưu điểm khi mô phỏng bằng các
phần mềm thuộc nhóm một là đơn giản trong việc tạo ra mô hình và dễ dàng sửa
đổi chúng về mặt cấu trúc cũng như các tham số.
Nhóm thứ hai là các phần mềm 20-sim (1995, controllab product B.V),
Dymola (1993, Dynasim A.B), các phần mềm này sử dụng ngôn ngữ hướng đối
tượng để mô phỏng các hệ thống vật lý. Các phần tử liên tục được miêu tả bằng
các phương trình đại số và phương trình vi phân. Các phần tử rời rạc được miêu
tả bằng các sự kiện rời rạc mà khi các sự kiện này xuất hiện thì các biến của
chúng có thể nhận các giá trị mới. Đây là phương pháp thông thường khi mô tả
các khối điển hình của hệ thống vật lý. Nhược điểm của phương pháp mô phỏng
theo nhóm hai này là phải giải một số lượng lớn các phương trình đại số.

4


Nhóm thứ ba là phần mềm mô phỏng Model Vision Studium (1999). Phần
mềm mô phỏng này sử dụng bảng trạng thái khi mô tả quá trình chuyển giữa các
trạng thái với nhau và mô tả hệ thống liên tục bằng các phương trình đại số và
phương trình vi phân.
Trong các phần mềm kể trên đứng đầu trong việc nghiên cứu các hệ động
học là các gói Matlab và Simulink của hãng Math Work.
Phiên bản đầu tiên của Matlab được đưa ra cách đây hơn 20 năm, sự phát
triển và hoàn thiện của gói ứng dụng này gắn liền với sự phát triển của thiết bị kỹ
thuật tính. Tên gọi Matlab xuất phát từ cụm từ Matrix Laboratory, với hướng ưu
tiên dành cho xử lý dữ liệu dạng mảng (của các ma trận và véc-tơ). Chính vì lý
do đó nên mặc cho sự thay đổi chóng mặt các thế hệ kỹ thuật tính, Matlab luôn
kịp thời nắm bắt tất cả các giá trị của từng thế hệ kỹ nghệ.
Kết quả là đến thời điểm hiện nay Matlab đã trở thành một thư viện giàu có
các hàm số. Lúc này vấn đề duy nhất đặt ra khi làm việc với các hàm số này
chính là có được kỹ năng phát hiện hàm số nào trong số các hàm đó có ích trong
việc giải các bài toán đưa ra.
Để giảm nhẹ khối lượng công việc cho các kỹ sư của nhiều chuyên ngành
khoa học, kỹ thuật khác nhau, tất cả các hàm số trong thư viện của chương trình
được chia ra thành nhiều mục nhỏ. Những hàm số mang đặc tính chung sẽ nằm
trong thành phần lõi của Matlab, còn những hàm số nào mang tính chuyên môn
của một ngành cụ thể sẽ được đặt trong các gói mở rộng (Toolboxes, Blocksets).
Hiện nay xuất hiện phiên bản mới và mở rộng căn bản, đang phổ biến phiên bản
Matlab2010 và Simulink 7. Tuy nhiên cần chú ý rằng thư viện của các phiên bản
cũ hơn vần được lưu trữ với các giao diện của nó.
Gói Simulink là một ứng dụng trong gói Matlab. Khi tiến hành mô phỏng,
Simulink sẽ hiện thực hóa nguyên lý lập trình dạng trực quan, để từ đó giúp
người sử dụng tạo các mô hình trên màn hình từ các khối thư viện chuẩn và thực

hiện tính toán. Khác với các phương pháp mô phỏng cổ điển, người dùng không
cần phải có kiến thức sâu rộng về ngôn ngữ lập trình hay môn phương pháp tính.
Thay vào đó chỉ là kiên thức cơ bản nhất về sử dụng máy tính và tất nhiên là kiến
thức chuyên ngành của lĩnh vực mà người đó đang nghiên cứu.
Simulink là công cụ độc lập của Matlab, ta không cần phải hiểu về Matlab
cũng như tất cả các ứng dụng của nó khi làm việc với Simulink. Mặt khác, ta lại
hoàn toàn có thể sử dụng các chức năng, hoặc các công cụ của Matlab ngay trên
nền của Simulink như LTI-Viewer – gói ứng dụng Control System Toolbox dùng
5


để tạo lập hệ điều khiển. Ngoài ra còn có các khối thư viện bổ sung cho từng
ngành ứng dụng khác nhau, chẳng hạn Sim Power System – dùng thiết kế các
thiết bị kỹ thuật điện, hay Digital Signal Processing Blockset – tập hợp các khối
thư viện xử lý tín hiệu số v..v..
Làm việc trên Simulink, người sử dụng có quyền sửa đổi các khối thư viện,
tạo ra thư viện riêng và cả tạo lập một khối thư viện mới.
Khi mô phỏng người kỹ sư có thể chọn phương pháp giải phương trình vi
phân hoặc phương pháp thay đổi thời gian (với các bước nhảy cố định hoặc thay
đổi). Đối với các quá trình diễn ra khi mô phỏng ta hoàn toàn có khả năng theo
dõi từng quá trình một nhờ vào các thiết bị quan sát đặc thù trong gói thư viện
của Simulink. Kết quả của quá trình mô phỏng được biểu diễn dưới dạng đồ thị
hoặc bảng biểu.
Vì vậy đối với giáo trình này, sẽ sử dụng phần mềm mô phỏng MatlabSimulink để nghiên cứu, khảo sát và mô phỏng các hệ thống đã cho.
1.3. Các hệ cơ điện tử và các khái niệm cơ bản
Những công trình khoa học đầu tiên về cơ điện tử xuất hiện vào những năm
70 của thế kỷ XX tại Nhật Bản gắn liền với việc xây dựng các hệ tự động chính
xác được máy tính điều khiển. Vào năm 1983 tạp chí khoa học “Cơ điện tử” ra
đời và cho đến năm 1984 có 7 cuốn sách trong sê-ri “Cơ điện tử” được xuất bản.
Vào năm 1985 tại trường đại học tổng hợp California, Hoa Kỳ đã thành lập

trung tâm khoa học về cơ điện tử bao gồm khoảng 20 hãng chế tạo công nghệ
cao.
Động lực cơ bản thúc đẩy sự áp dụng rộng rãi cơ điện tử chính từ sự phát
triển của kỹ thuật tính, kỹ thuật vi mạch, vi xử lý và vi điều khiển đã dẫn đến
những khái niệm mới về quá trình truyền và biến đổi thông tin trong các hệ cơ
điện, từ đây mở ra hàng loạt ứng dụng mới trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ
thuật khác nhau.
Bản thân từ “Cơ điện tử” xuất phát từ “Cơ học” và “Kỹ thuật điện tử”. Khi
ra đời, nó giải thích cho việc sử dụng máy tính để điều khiển các hệ cơ học.
Ngày nay, thuật ngữ “Cơ điện tử” được dùng để chỉ một hướng khoa học kỹ
thuật liên kết các phương pháp mới trong nghiên cứu. Hướng khoa học này mở ra
trên nền tảng công nghệ máy tính và công nghệ mới trong thiết kế các thiết bị phi
truyền thống. Các hệ thống cơ điện tử bao gồm các bộ biến đổi cơ điện với bộ
6


phận chuyển mạch điện tử, các loại cảm biến khác nhau, các bộ biến đổi bán dẫn,
các bộ vi điều khiển và máy tính cá nhân.
Trong thời đại ngày nay các thiết bị cơ điện tử được ứng dụng rộng rãi
trong y học (các cơ quan nhân tạo), trong kỹ thuật máy tính (máy in, máy scan, ổ
đĩa...), trong công nghiệp ô tô (hệ thống phanh, hệ thống điều khiển động cơ
v..v..), trên rô-bốt và các tay công tác, trong kỹ thuật âm thanh và hình ảnh, trong
các thiết bị chuyên dụng của công nghiệp quốc phòng và hàng không vũ trụ v..v..
Như vậy khái niệm cơ điện tử mang tính khái quát đầy đủ áp dụng cho
nhiễu nghành và lĩnh vực khác nhau với các thành phần của nó. Còn khái niệm
“Các hệ điện cơ” là một lĩnh vực nằm trong khái niệm cơ điện tử, mà trong thành
phần của nó sử dụng các máy điện, các bộ biến đổi công suất, các bộ điều khiển
cho các mạch năng lượng. Không làm mất đi tính tổng quát của khái niệm hệ cơ
điện tử, ở phạm vi môn học của giáo trình này ta cũng có thể đồng nhất khái
niệm hệ cơ điện tử và các hệ điện cơ, và điển hình là các hệ tự động điều khiển

truyền động điện một chiều, xoay chiều và các hệ truyền động điện trên cơ sở
một số loại động cơ đặc biệt.
1.3.1. Thành phần hệ cơ điện tử
Sơ đồ chức năng của hệ cơ điện tử được trình bày trên hình 1.2. Nó gồm 3
phân hệ là: phân hệ thông tin, phân hệ điện năng và phân hệ điện cơ.
Phân hệ điện cơ chứa các đối tượng điều khiển (ĐTĐK) và bộ biến đổi điện
cơ (BBĐĐC).
Phân hệ điện năng gồm bộ biến đổi bán dẫn công suất (BBĐBDCS) và
nguồn thứ cấp (NTC).
Phân hệ thông tin chứa hệ thống điều khiển và chuẩn đoán (HTĐKCĐ) và
khối các thiết bị cảm biến (TBCB).
Khi tìm hiểu hệ cơ điện tử cần phải nghiên cứu các đặc tính động, đặc tính
tĩnh, đặc tính năng lượng, đặc tính phổ và hàng loạt các đặc tính khác.
Một số điểm cơ bản của hệ cơ điện tử như sau:
1. Đối tượng điều khiển không liên hệ trực tiếp với con người. Thông
thường, chúng sẽ thay thế cho con người trong những điều kiện mà con người
không thể thực hiện hoặc nếu thực hiện sẽ có nguy cơ tổn hại sức khỏe và tính
mạng.
2. Các đối tượng điều khiển (ĐTĐK) thông thường có các tham số thay đổi
nên không thể tạo ra mô hình toán học của đối tượng điều khiển trên nền tảng các
7


định luật vật lý mà nó hoạt động. Trong trường hợp này để mô tả bằng toán học,
người ta sử dụng các phương pháp khác cho các hệ phi tuyến.
3. Các bộ biến đổi cơ điện thường là một khâu trong hệ thống của đối tượng
điều khiển. Trong trường hợp này cấu trúc của các bộ biến đổi cơ điện là phi
truyền thống.
4. Quá trình điều khiển dòng năng lượng từ nguồn thứ cấp đến bộ biến đổi
cơ điện được thực hiện bởi bộ biến đổi bán dẫn công suất. Kết hợp nguồn điện,

bộ biến đổi bán dẫn và bộ biến đổi cơ điện ta có phân hệ năng lượng cơ điện tử.
Trong phân hệ này sẽ xuất hiện các tính chất mới không có trên các khối riêng rẽ.
Phân hệ năng lượng cơ điện tử là hệ xung và phi tuyến với sự biến đổi rời rạc của
các tham số. Chính vì thế việc phân tích và tổng hợp các hệ điều khiển đòi hỏi
ứng dụng các phương pháp dựa trên công nghệ máy tính hiện đại.

Hình 1-2. Sơ đồ khối chức năng của hệ điện cơ
Việc tính toán và thiết kế hệ cơ điện tử bao gồm các công đoạn sau:
+ Xây dựng các mô hình chung với các phần liên tục, xung và số hóa;
+ Nghiên cứu các đặc tính động của các phần liên tục và xung;
+ Tổng hợp bộ điều chỉnh;
+ Nghiên cứu các đặc tính động của cả hệ thống;
+ Nghiên cứu các đặc tính tĩnh của cả hệ thống.
1.3.2. Các vấn đề khi xây dựng mô hình cơ điện tử
8


Sử dụng máy tính cho phép phân phối lại thời gian dành cho nghiên cứu lý
thuyết và thực hành theo một cách mới. Lúc này thời gian dành cho các công
việc thực nghiệm là trong các phòng thí nghiệm ảo.
Các chương trình đào tạo có ứng dụng công nghệ máy tính hiện đại trong
giáo trình này được tạo ra hoàn toàn trên nền Matlab – Simulink. Các gói ứng
dụng được chia ra thành một số cấp sau:
1. Cấp sử dụng môi trường làm việc của Matlab và các phần mở rộng của
nó (Toolboxes);
2. Cấp sử dụng các khối cấu trúc của gói Simulink và các phần mở rộng của
nó (Blocksets);
3. Cấp sử dụng các khối ảo của gói Sim Power System với giao diện đồ họa
của người dùng;
4. Cấp sử dụng bệ thí nghiệm mô phỏng được tạo ra nhờ sử dụng giao diện

đồ họa người dùng (GUI).
Dưới đây từ các ví dụ cụ thể, ta sẽ xem xét việc sử dụng các cấp trên trong
việc tiến hành thực nghiệm ảo trên môi trường Matlab, Simulink.
Các mô hình cấu trúc được xây dựng trên cơ sở mô tả toán học các hệ động
học. Sự mô tả này có thể là các phương trình vi phân, hàm truyền, các điểm
không và điểm cực của hàm truyền hoặc các phương trình không gian trạng thái.
Trong gói Simulink có đầy đủ bộ các khối cho phép thực hiện bất kỳ mô hình cấu
trúc nào.
Kết quả mô phỏng các mô hình cấu trúc được đưa ra bằng gói mở rộng
Control System mà trong đó có công cụ LTI-Viewer.
Mô tả toán học của khối Robot dưới dạng toán tử như sau:
s 2θ =

KТ
C
K
u R
K
i − sθ − θ ; s i = − i − Е sθ
J
J
J
L L
L

(1.4)

Trên hình 1.3 là mô hình cấu trúc của khối Robot được xây dựng theo
phương trình 1.5 và các đặc trung động của nó.

9


Hình 1-3. Mô hình cấu trúc của khâu robot và đặc tính động học của nó
Các mô hình chức năng gồm các phần tử phi tuyến về cơ bản dựa trên logic
hoạt động của thiết bị. Chúng được sử dụng để mô phỏng các phần tử điện tử
công suất khi nghiên cứu tính động học của hệ thống được biểu diễn bằng mô
hình cấu trúc. Trong trường hợp này không cần thiết phải thay thế bộ biến đổi
công suất bằng khâu trễ hoặc khâu không tuần hoàn tương đương.
Trên hình 1.4 là ví dụ về mô hình chức năng bộ biến đổi độ rộng xung có
đảo chiều với thuật toán điều khiển tuần tự cùng với đó là các quá trình điện từ
trong mạch.

Hình 1- 4. Mô hình chức năng bộ biến đổi độ rộng xung và quá trình điện từ
Mô hình ảo – là các khối tạo giả các thiết bị điện tử công suất và điện cơ
được sắp xếp trong thư viện của gói mở rộng Sim Power System.
ứng dụng các mô hình ảo cho phép nghiên cứu không chỉ các đặc tính động
của hệ cơ điện tử mà còn cả các đặc tính tĩnh của nó như:
10


+ Đặc tính điều chỉnh;
+ Đặc tính tải;
+ Đặc tính điện từ;
+ Đặc tính năng lượng.
Kết quả mô phỏng các mô hình chức năng và mô hình ảo được trình bày
bằng cách ghi lại kết quả mô phỏng vào môi trường làm việc của Matlab như
sau:

Hình 1-5. Mô hình ảo động cơ van với mô hình cấu trúc-chức năng điều khiển

Trên hình 1.5 là ví dụ mô hình cấu trúc-chức năng- ảo của động cơ van còn
hình 1.6 là các đặc tính điện cơ của nó.

11


Hình 1-6. Các đặc tính của động cơ van
Bệ thí nghiệm mô phỏng là bản thiết kế trong đó gồm một số lượng đáng kể
các file liên kết với nhau được tạo dựng trong môi trường Matlab – Simulink với
giao diện đồ họa người dùng (GUI – Grafic User Intefecs). Việc xây dựng bệ thí
nghiệm mô phỏng đòi hỏi nhiều thời gian nhưng lại giúp các sinh viên dễ dàng
hơn trong việc thực hiện thí nghiệm. Những bệ này lặp lại toàn bộ thiết bị vật lý
và có thể áp dụng cho các khóa học về thiết kế.
Trên hình 1.7 là ví dụ một bệ mô phỏng khảo sát hệ thống điều khiển tuyến
tính và thực hiện các nhiệm vụ:
+ Xây dựng quỹ đạo nghiệm số của hệ thống trên và xác định giá trị của K
để quá trình đầu ra hệ thống có độ quá chỉnh cực đại δ% < 20%và tqđ < 5 giây?
(tqđ là thời gian quá độ).
+ Xác định giá trị của tham số K để hệ thống trên có độ dự trữ pha ≥ 300?
Sau khi xây dựng một giao diện đồ họa cho phép người sử dụng thực hiện
các chức năng sau:
- Vẽ “Qũi Đạo Nghiệm Số” của hệ thống.
- Nhập vào giá trị thời gian quá độ và độ quá điều chỉnh cực đại yêu cầu và
tính khoảng giá trị của tham số K theo yêu cầu đó
- Nhập vào giá trị độ dự trữ ổn định pha yêu cầu và tính khoảng giá trị của
tham số K theo yêu cầu đó.

12

- Đặc biệt chương trình cho phép kiểm tra lại tính đúng đắn của kết quả đã
nhận được bằng nhập vào một giá trị K thuộc khoảng đã xác định được. Các
thông số của hệ thống tương ứng với giá trị K vừa nhập vào sẽ được hiển thị trên
bảng thông báo chung. Đồng thời chương trình còn cho phép người sử dụng vẽ
đồ thị Bode, đặc tính quá độ, sơ đồ cấu trúc dưới dạng mô phỏng Simulink của
hệ thống tương ứng với giá trị K cụ thể, đã chọn.

Hình 1-7. Bệ thí nghiệm mô phỏng

13