GIÁO TRÌNH TIN HỌC ỨNG DỤNG CHO NGÀNH CƠ KHÍ, ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT

MỤC LỤC

1


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

2


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

3


DANH MỤC BẢNG BIỂU

4


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MATLAB
1.1. Giới thiệu chung
MATLAB là chữ viết tắt của cụm từ MATrix LABoratory. Đây là phần mềm
tính toán thiết kế mô phỏng dựa trên các cơ sở tính toán toán học. MATLAB là
ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao được sử dụng để giải các bài toán về kỹ
thuật. Hàng triệu kỹ sư và nhà khoa học trên thế giới sử dụng MATLAB ® để phân
tích và thiết kế các hệ thống và sản phẩm làm thay đổi thế giới. MATLAB có
trong các hệ thống an toàn chủ động của ô tô, tàu vũ trụ, máy bay, thiết bị theo
dõi sức khỏe, lưới điện thông minh và mạng di động LTE... Nó được sử dụng để
mô phỏng, xử lý tín hiệu, xử lý hình ảnh, thị giác máy tính, truyền thông, tài

chính tính toán, thiết kế điều khiển, robot, và nhiều hơn nữa. Nền tảng MATLAB
được tối ưu hóa để giải quyết các vấn đề khoa học và kỹ thuật. MATLAB tích hợp
được việc tính toán, thể hiện kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc rất dễ
dàng cho người sử dụng. Cốt lõi của chương trình là các phép tính véc tơ và ma
trận. MATLAB giúp Người học đưa ý tưởng của Người học vượt ra ngoài chiếc
máy tính. Người học có thể chạy các phân tích của mình trên các tập dữ liệu lớn
hơn và mở rộng theo cụm và đám mây. Các mã MATLAB có thể được tích hợp
với các ngôn ngữ khác, cho phép Người học triển khai các thuật toán và ứng dụng
trong web, doanh nghiệp và hệ thống sản xuất. Một số đặc điểm của phần mềm
MATLAB có thể được kể đến như sau:
 Ngôn ngữ cấp cao cho khoa học máy tính và kỹ thuật;
 Môi trường máy tính được điều chỉnh để lặp lại, thiết kế và giải quyết vấn

đề;
 Đồ họa để hiển thị dữ liệu và công cụ để tạo các ô tùy chỉnh;
 Ứng dụng điều chỉnh, phân loại dữ liệu, phân tích tín hiệu, điều chỉnh hệ

thống điều khiển và nhiều tác vụ khác;
5


 Toolbox hỗ trợ cho nhiều ứng dụng khoa học và kỹ thuật;
 Công cụ xây dựng ứng dụng với giao diện Người học dễ dàng thực hiện;
 Kết nối với với C/C++, Java®,.NET, Python, SQL, Hadoop và Microsoft ®

Excel®.
Các lệnh của MATLAB rất mạnh và hiệu quả cho phép giải các dạng toán khác
nhau và đặc biệt hiệu quả cho các hệ phương trình tuyến tính cũng như thao tác
trên các bài toán ma trận. Không những thế MATLAB còn rất hữu hiệu trong việc
trợ giúp thao tác và truy xuất đồ hoạ trong không gian 2D, 3D cũng như khả năng

tạo hoạt cảnh cho việc mô tả bài toán một cách sinh động. MATLAB có đến hàng
ngàn lệnh và hàm tiện ích. Ngoài các hàm cài sẵn trong chính ngôn ngữ lập trình,
MATLAB còn có các lệnh và hàm ứng dụng chuyên biệt trong các Toolbox để
mở rộng môi trường MATLAB nhằm giải quyết các bài toán thuộc các phạm trù
riêng. Các Toolbox khá quan trọng và tiện ích cho Người học như toán sơ cấp, xử
lý tín hiệu số, xử lý ảnh, xử lý âm thanh, ma trận, logic mờ… Cùng với nhiều
Toolbox khác nhau, MATLAB đưa đến cho người sử dụng sự lựa chọn hoàn
chỉnh và phong phú về các công cụ trợ giúp đắc lực cho những lĩnh vực khác
nhau trên con đường nghiên cứu.
Phần mềm MATLAB có thể gồm các phần chính như sau:
- Các biến: Thực chất là các thông số cần chương trình tính toán mô phỏng. Bản
thân các biến có thể có biến cục bộ và biến toàn bộ;
- Các hằng: Là các thông số không đổi. Ví dụ như các thông số kết cấu, các hàng
số vật lý...;
- Các thủ tục (Scripts): là các khối câu lệnh được thực hiện một cách tuần tự khi
ta gọi tên thủ tục đó. Scripts không thực sự là các chương trình. Các thủ tục
không bao gồm các biến vào (inputs) và biến ra (outputs).
- Các hàm m.file (Function): Đây là các chương trình con của MATLAB, bao
gồm tên hàm, biến vào, biến ra...

6


- Các công cụ (Toolbox): Các công cụ được giới thiệu là các mô đun trong các
lĩnh vực riêng như:
+ Control System Toolbox;
+ Signal Processing Toolbox;
+ Optimization Toolbox;
+ Stateflow Blockset;
+ Power System Blockset;

+ Real-Time Workshop;
+ SIMULINK...
Giáo trình này sẽ chỉ giới thiệu cơ bản về các biến, hàm, truy xuất dữ liệu trong
MATLAB và trình bày cơ bản về SIMULINK là mô đun hay sử dụng trong việc
tính toán mô phỏng trong các hệ thống cơ khí nói chung và trên ô tô nói riêng.
1.2. Giao diện và các thành phần
1.2.1. Giao diện màn hình chính

1

3

5
2
6

4

Hình 1.1. Màn hình MATLAB
Sau khi khởi động MATLAB (phiên bản R2016a) được màn hình môi trường
tích hợp với những cửa sổ chính như hình 1.1.


Cửa sổ Command Windows (1): Đây là cửa sổ chính của MATLAB. Tại
đây ta thực hiện toàn bộ công việc nhập dữ liệu và xuất kết quả tính toán.
Dấu nhấp nháy >> báo hiệu chương trình sẵn sàng hoạt động. Một số lệnh
cơ bản ban đầu được trình bày trong bảng dưới đây:
7



Cửa sổ Command History (2): Lưu trữ tất cả các lệnh đã thực hiện trong
cửa sổ Comman Windows (2) có thể lặp lại lệnh cũ bằng cách nháy đúp
chuột vào lệnh đó. Cũng có thể cắt, sao hoặc xoá cả nhóm lệnh hoặc từng



lệnh riêng rẽ.
Cửa sổ Workspace Browser (3): Tất cả các biến, các hàm tồn tại trong môi
trường công tác đều được hiển thị trong môi trường này với đầy đủ thông tin



như: tên, loại biến/hàm, kích cỡ tính theo Bytes và loại dữ liệu.
Cửa sổ Editor (4): Cửa sổ soạn thảo chương trình, đây là cửa sổ giúp soạn
thảo các thủ tục (script) hoặc hàm (m.file) dùng trong MATLAB. Nhờ
chương trình soạn thảo của MATLAB ta có thể viết mới, hay xử lý sửa đổi
các Scripts và các hàm. Bên cạnh chức năng soạn thảo, còn có các chức năng
thông thường khác mà một môi trường soạn thảo chương trình cần phải có,



phục vụ xử lý từng bước nội dung chương trình, hay để phát hiện lỗi.
Cửa sổ Current Folder (5): Cửa sổ này sẽ hiển thị tất cả các file, thư mục
có trong folder chương trình đang mở. Mặc định khi bắt đầu MATLAB là
Folder có đường dẫn thể hiện trên địa chỉ: C:/Program Files/
MATLAB/R2016a/Bin. Nhờ cửa sổ này, người sử dụng có thể nhanh chóng
nhận biết, chuyển đổi thư mục hiện tại của môi trường công tác, mở File, tạo



thư mục mới.
Cửa sổ Description (6): Đây là cửa sổ hiện thị các chú thích có thể có của
file hoặc folder mà con trỏ trên (5) đang chỉ.

1.2.2. Giao diện đồ họa
Menu Plots của MATLAB bao gồm các cách vẽ đồ thị trực tiếp khi đã có dữ liệu
có trong Workspace. MATLAB cung cấp đa dạng các dạng vẽ đồ thị theo từng
yêu cầu cụ thể.

8


Hình 1.2. Màn hình PLOTS
Ví dụ như các dạng đồ thị đường (plot), đồ thị nhiều đường (plot as multiple
series), stem, stairs, dạng cột (bar), dạng phổ công suất (psd)…Ngoài ra còn có
sẵn cách vẽ các đồ thị 3D như dạng lưới (mesh) dạng sóng (surf) hay dạng đường
đồng mức (contour)…Đối với Người học đã quen với việc đồ thị hóa thì thường
sử dụng các lênh vẽ đồ thị như plot, surf…phần này sẽ được giới thiệu trong phần
đồ họa ở chương 2.
1.2.3. Giao diện ứng dụng

9


Hình 1.3. Màn hình APPS
Menu Apps là các chương trình được gom lại theo từng chủ điểm công việc cho
các App của MATLAB. Ví dụ như nhóm về thống kê, tính toán và tối ưu bao gồm
các App: Curve Fitting, Distribution Fitting, PDE, Otimization…Nhóm về phân

tích và thiết kế hệ thống điều khiển có thể kể đến các App: PID Tuner, Fuzzy
Logic Designer, Control System Designer, System Identification…Nhóm tạo
code có thể kể đến các App như sau: Fixed-Point Converter, MATLAB Coder,
HDL Coder. Ngoài ra còn nhiều nhóm App khác, Người học có thể tìm hiểu kỹ
trong từng bài toán phù hợp.
1.2.4. SIMULINK và các mô đun mô phỏng

Hình 1.4. Cửa sổ SIMULINK
SIMULINK là một môi trường sơ đồ khối cho mô phỏng đa miền và thiết kế dựa
trên mô hình. Mô đun này hỗ trợ thiết kế cấp hệ thống, mô phỏng, tạo mã tự
động và kiểm tra và xác minh liên tục các hệ thống nhúng. SIMULINK cung cấp
trình soạn thảo đồ họa, thư viện khối có thể tùy chỉnh và bộ giải để mô hình hóa
và mô phỏng các hệ thống động. SIMULINK được tích hợp với MATLAB ®, cho
phép Người học kết hợp các thuật toán MATLAB vào các mô hình và xuất kết
quả mô phỏng sang MATLAB để phân tích.

10


Hình 1.5. Cửa sổ Aerospace Blockset
Aerospace Blockset Là phần mềm mở rộng để mô hình và mô phỏng máy bay,
tàu vũ trụ và hệ thống động lực. Với các khối để mô hình hóa và mô phỏng máy
bay, tàu vũ trụ, tên lửa và hệ thống động cơ, cũng như các phương tiện không
gian. Mô đun này cũng bao gồm các khối thực hiện các biểu diễn toán học từ các
tiêu chuẩn hàng không vũ trụ, các tài liệu tham khảo có độ tin cậy cao. Các khối
để mô hình hóa các phương trình chuyển động và để điều hướng, trực quan hóa,
chuyển đổi đơn vị và các hoạt động chính khác cũng được cung cấp trong mô
đun.

11

Hình 1.6. Cửa sổ Audio System Toolbox
Audio System Toolbox™ cung cấp các thuật toán và công cụ để thiết kế, mô
phỏng và tạo mẫu cho máy tính của các hệ thống xử lý âm thanh. Mô đun cho
phép truyền tín hiệu có độ trễ thấp đến các giao diện âm thanh, điều chỉnh tham
số tương tác và tự động tạo các plugin âm thanh cho các máy trạm âm thanh kỹ
thuật số. Toolbox trong mô đun bao gồm các thư viện thuật toán xử lý âm thanh
(như lọc, cân bằng, điều khiển dải động và đảo ngược), các nguồn (như bộ dao
động và bộ tổng hợp âm thanh) và các phép đo (như trọng số A và C). Giao diện
với các điều khiển MIDI bên ngoài và trình điều khiển âm thanh có độ trễ thấp
như ASIO™, ALSA và CoreAudio cho phép xác thực các thiết kế âm thanh đa
kênh trong MATLAB® hoặc SIMULINK®. Có thể tạo các plugin VST từ mã
MATLAB. Để tăng tốc mô phỏng hoặc tạo mẫu trên máy tính, Toolbox hỗ trợ tạo
mã C/C++. Các thuật toán có sẵn dưới dạng các hàm MATLAB, các đối tượng hệ
thống và các khối SIMULINK.

Hình 1.7. Cửa sổ Communications System Toolbox
Communications System Toolbox™ cung cấp các thuật toán và ứng dụng để
phân tích, thiết kế, mô phỏng đầu-cuối và kiểm tra các hệ thống truyền thông
trong MATLAB® và SIMULINK®. Các Toolbox, bao gồm mã hóa kênh, điều chế,
MIMO và OFDM, cho phép soạn thảo mô hình lớp của hệ thống. Có thể mô
phỏng các mô hình để đo hiệu suất. Toolbox của hệ thống cung cấp các biểu đồ
12


chòm sao, các công cụ phân tích và phạm vi khác để xác nhận thiết kế. Các công
cụ này cho phép Người học phân tích tín hiệu, trực quan hóa các đặc điểm của
kênh và có được các số liệu hiệu suất như cường độ véc tơ lỗi (EVM). Các mô
hình RF giảm kênh và thuật toán bù, bao gồm đồng bộ hóa thời gian của sóng,

cho phép mô hình hóa các thông số kỹ thuật ở cấp độ liên kết và bù đắp cho các
tác động của suy giảm kênh. Có thể kết nối các mô hình máy phát và máy thu với
các thiết bị radio và xác minh thiết kế bằng thử nghiệm không dây. Toolbox của
hệ thống hỗ trợ số học tạo mã C hoặc HDL. Các thuật toán có sẵn dưới dạng các
hàm MATLAB, các đối tượng của hệ thống và các khối SIMULINK.

Hình 1.8. Cửa sổ Computer Vision System Toolbox
Computer Vision System Toolbox™ cung cấp các thuật toán, chức năng và ứng
dụng để thiết kế và mô phỏng hệ thống xử lý video và hình ảnh. Có thể thực hiện
13


phát hiện, trích xuất và kết hợp; theo dõi đối tượng; ước lượng chuyển động; và
xử lý video. Đối với không gian 3 chiều, Toolbox hệ thống hỗ trợ hiệu chỉnh máy
ảnh, tầm nhìn âm thanh nổi, tái tạo 3-D và xử lý đám mây điểm 3-D. Có thể phát
hiện đối tượng, nhận dạng đối tượng và hệ thống truy xuất hình ảnh. Các thuật
toán có sẵn dưới dạng các hàm MATLAB ®, các đối tượng Hệ thống và các khối
SIMULINK®. Để tạo mẫu nhanh và thiết kế hệ thống nhúng, toolbox của hệ
thống hỗ trợ số hóa và tạo mã C.

Hình 1.9. Cửa sổ Control System Toolbox
Control System Toolbox™ cung cấp các thuật toán và ứng dụng để phân tích,
thiết kế và điều chỉnh hệ thống điều khiển tuyến tính. Có thể chỉ định hệ thống
dưới dạng hàm truyền, không gian trạng thái hoặc mô hình đáp ứng tần số. Các
ứng dụng và chức năng, chẳng hạn như biểu đồ phản hồi bước và biểu đồ Bode,
cho phép phân tích và trực quan hóa hệ thống trong các miền thời gian và tần số.
Có thể điều chỉnh các tham số bù bằng các kỹ thuật tương tác như định hình vòng
lặp Bode và phương pháp quỹ tích gốc. Toolbox tự động điều chỉnh SISO và
MIMO, bao gồm cả bộ điều khiển PID. Bộ bù có thể bao gồm nhiều khối có thể
điều chỉnh kéo dài qua một số vòng phản hồi. Có thể xác nhận thiết kế của mình

bằng cách xác minh thời gian tăng, vượt mức, thời gian giải, mức tăng và tỷ lệ
pha và các yêu cầu khác.

14


Hình 1.10. Cửa sổ DSP System Toolbox
DSP System Toolbox™ cung cấp các thuật toán, ứng dụng và phạm vi để thiết
kế, mô phỏng và phân tích các hệ thống xử lý tín hiệu trong MATLAB ® và
SIMULINK®. Có thể mô hình hóa các hệ thống DSP thời gian thực cho thông tin
liên lạc, radar, âm thanh, thiết bị y tế, IoT và các ứng dụng khác. Với DSP System
Toolbox, có thể thiết kế và phân tích các bộ lọc FIR, IIR, multirate, multistage và
thích nghi. Có thể truyền tín hiệu từ các biến, tệp dữ liệu và thiết bị mạng để phát
triển và xác minh hệ thống. Phạm vi thời gian, Phân tích phổ và Phân tích logic
cho phép Người học trực quan hóa và đo lường tín hiệu truyền phát. Để tạo mẫu
và triển khai cho các bộ xử lý nhúng, bao gồm cả kiến trúc ARM ® Cortex®,
Toolbox hỗ trợ tạo mã C/C++. Mô đun cũng hỗ trợ mô hình điểm cố định và tạo
mã HDL từ các bộ lọc FFT, IFFT và các thuật toán khác. Các thuật toán có sẵn
dưới dạng các hàm MATLAB, các đối tượng và các khối SIMULINK.

Hình 1.11. Cửa sổ Embedded Coder

15


Embedded Coder® dùng để tạo mã C và C++ nhỏ gọn và nhanh để sử dụng trên
các bộ xử lý nhúng, bảng tạo mẫu nhanh trên mục tiêu và bộ vi xử lý được sử
dụng trong sản xuất hàng loạt. Bộ giải mã cho phép tùy chọn cấu hình MATLAB ®
Coder™ và SIMULINK® Coder bổ sung và tối ưu hóa nâng cao để kiểm soát chi
tiết các chức năng, tệp và dữ liệu của mã được tạo. Những tối ưu hóa này cải

thiện và tạo điều kiện tích hợp với mã kế thừa, loại dữ liệu và tham số hiệu chuẩn
được sử dụng trong sản xuất. Có thể kết hợp môi trường phát triển của bên thứ ba
vào quy trình xây dựng để tạo ra một tệp thực thi để triển khai trên hệ thống
nhúng. Bộ giải mã cung cấp hỗ trợ tích hợp cho các tiêu chuẩn phần mềm
AUTOSAR và ASAP2. Nó cũng cung cấp các báo cáo truy xuất nguồn gốc, tài
liệu giao diện mã và xác minh phần mềm tự động. Hỗ trợ cho các tiêu chuẩn công
nghiệp có sẵn thông qua Bộ chứng nhận IEC (cho ISO 26262 và IEC 61508) và
Bộ kiểm tra chất lượng DO (cho DO-178).

Hình 1.12. Cửa sổ Fuzzy Logic Toolbox
Fuzzy Logic Toolbox™ để phân tích, thiết kế và mô phỏng các hệ thống dựa trên
logic mờ. Các chức năng được cung cấp cho nhiều phương pháp phổ biến, bao
gồm phân tích cụm mờ và mô hình nơ ron. Toolbox cho phép mô hình hóa các hệ
thống phức tạp bằng cách sử dụng các quy tắc logic đơn giản và sau đó áp dụng
các quy tắc này trong một hệ thống suy luận tập mờ. Có thể sử dụng nó như một
công cụ suy luận mờ độc lập. Ngoài ra, có thể sử dụng các khối suy luận mờ
trong SIMULINK và mô phỏng các hệ thống mờ trong một mô hình toàn diện của
toàn bộ hệ thống động lực học.
16


Hình 1.13. Cửa sổ HDL Coder
HDL Coder™ tạo mã VHDL® và Verilog® tổng hợp được từ MATLAB ®,
SIMULINK® và Stateflow®. Mã HDL được tạo ra có thể được sử dụng để lập
trình FPGA, thiết kế và tạo mẫu ASIC. HDL Coder cung cấp một trình tư vấn
công việc tự động hóa việc lập trình các Xilinx® và Altera ® FPGA. Bộ giải mã
HDL cung cấp khả năng truy nguyên giữa mô hình SIMULINK, mã Verilog và
VHDL được tạo, cho phép xác minh mã cho các ứng dụng có tính toàn vẹn cao
tuân thủ DO-254 và các tiêu chuẩn khác.

Hình 1.14. Cửa sổ HDL Verifier
HDL Verifier™ tự động tạo các thử nghiệm để xác minh Verilog® và VHDL®. Có
thể sử dụng MATLAB® hoặc SIMULINK® để kích thích trực tiếp thiết kế của
mình và sau đó phân tích phản hồi của nó bằng cách sử dụng mô phỏng HDL
hoặc mô-đun trong vòng lặp với Xilinx ® và Altera®. Cách tiếp cận này giúp loại
17


bỏ sự cần thiết của các kiểm tra Verilog hoặc VHDL độc lập. HDL Verifier cũng
tạo ra các thành phần sử dụng lại các mô hình MATLAB và SIMULINK trong
các trình mô phỏng từ Cadence®, Mentor Graphics® và Synopsys®. Các thành
phần này có thể được sử dụng làm mô hình kiểm tra xác minh hoặc kích thích
trong các môi trường thử nghiệm phức tạp hơn, chẳng hạn như các mô hình sử
dụng Phương pháp xác minh phổ quát (Universal Verification Methodology
UVM).

Hình 1.15. Cửa sổ Neural Network Toolbox
Neural Network Toolbox™ cung cấp các thuật toán, chức năng và ứng dụng để
tạo, trực quan hóa và mô phỏng các mạng Nơ ron. Người học có thể thực hiện
phân loại, hồi quy, phân chia, giảm kích thước, dự báo chuỗi thời gian và mô hình
hóa và điều khiển hệ thống động. Toolbox bao gồm mạng nơ ron và thuật toán
học tự động mã hóa để phân loại hình ảnh và các nhiệm vụ tính năng. Để tăng tốc
độ các tập dữ liệu lớn, có thể phân phối các tính toán và dữ liệu trên các bộ xử lý
đa lõi, GPU và cụm máy tính bằng Parallel Computing Toolbox™.

18


Hình 1.16. Cửa sổ Phased Array System Toolbox
Phasing Array System Toolbox™ cung cấp các thuật toán và ứng dụng để thiết

kế, mô phỏng và phân tích các hệ thống mảng cảm biến trong radar, sonar, truyền
thông không dây và các ứng dụng hình ảnh y học. Toolbox hệ thống bao gồm các
dạng sóng xung và liên tục và các thuật toán xử lý tín hiệu để định dạng chùm,
lọc phù hợp, ước tính hướng DOA và phát hiện mục tiêu. Toolbox cũng bao gồm
các mô hình cho máy phát và máy thu, tuyên truyền, mục tiêu, thiết bị gây nhiễu
và lộn xộn. Toolbox cho phép mô hình hóa động lực học của các hệ thống radar
đa chức năng trên mặt đất, trên không hoặc trên tàu với các mục tiêu và nền tảng
di chuyển. Có thể thiết kế các hệ thống mảng theo pha từ đầu đến cuối và phân
tích hiệu suất của chúng theo các kịch bản khác nhau bằng cách sử dụng dữ liệu
tổng hợp hoặc thu được. Các ứng dụng của Toolbox cho phép khám phá các đặc
điểm của mảng cảm biến và dạng sóng và thực hiện phân tích ngân sách liên kết.
Các Toolbox có sẵn dưới dạng các đối tượng MATLAB® System và các khối
SIMULINK®.

19


Hình 1.17. Cửa sổ Simscape
Simscape™ cho phép nhanh chóng tạo các mô hình hệ thống vật lý trong môi
trường SIMULINK®. Với Simscape, có thể xây dựng các mô hình thành phần vật
lý dựa trên các kết nối vật lý tích hợp trực tiếp với sơ đồ khối và các mô hình mô
hình hóa khác. Mô hình hóa các hệ thống như động cơ điện, chỉnh lưu, bộ truyền
động thủy lực và hệ thống lạnh bằng cách lắp ráp các thành phần cơ bản thành sơ
đồ. Các sản phẩm bổ sung Simscape cung cấp các thành phần phức tạp và khả
năng phân tích. Simscape giúp phát triển các hệ thống điều khiển và kiểm tra hiệu
năng cấp hệ thống. Có thể tham số hóa các mô hình của mình bằng các biến và
biểu thức MATLAB và thiết kế các hệ thống điều khiển cho hệ thống vật lý trong
SIMULINK. Simscape hỗ trợ tạo mã C để triển khai các mô hình đến các môi
trường mô phỏng khác, bao gồm các hệ thống HIL.

20


Hình 1.18. Cửa sổ SIMULINK 3D Animation
SIMULINK®3D Animation™ cung cấp các ứng dụng để liên kết các mô hình
SIMULINK và thuật toán MATLAB® với các đối tượng đồ họa 3D. Cho phép
Người học hình dung và xác minh hệ thống động trong môi trường thực tế ảo.
Các đối tượng được trình bày bằng Ngôn ngữ mô hình thực tế ảo (VRML), ngôn
ngữ mô hình 3D tiêu chuẩn. Người học có thể thay đổi vị trí, góc quay, tỷ lệ và
các thuộc tính đối tượng khác trong quá trình mô phỏng trên máy tính hoặc thời
gian thực. Cũng có thể đưa tín hiệu cảm biến ảo và truy cập dữ liệu dạng hoạt
hình 3D trong SIMULINK hoặc MATLAB để xử lý hậu kỳ. Với chương trình
chỉnh sửa 3D, Người học có thể tạo ra các cảnh chi tiết được ghép từ các mô hình
3D được xuất từ các nguồn dựa trên CAD hoặc dựa trên web. Có thể kết hợp
nhiều chế độ xem cảnh 3D bên trong các hình MATLAB và tương tác với các chế
độ xem này thông qua cần điều khiển, chuột hoặc thiết bị phần cứng khác.

Hình 1.19. Cửa sổ SIMULINK Coder
21


SIMULINK® Coder™ (Real-Time Workshop®) tạo và thực thi C và C++ từ các
sơ đồ SIMULINK, Stateflow® và MATLAB®. Mã nguồn được tạo có thể được sử
dụng cho các ứng dụng thời gian thực và phi thời gian thực, bao gồm tăng tốc mô
phỏng, tạo mẫu nhanh và kiểm tra phần cứng trong vòng lặp. Có thể điều chỉnh
và giám sát mã được tạo bằng SIMULINK hoặc chạy và tương tác với mã bên
ngoài MATLAB.

Hình 1.20. Cửa sổ SIMULINK Control Design
SIMULINK® Control Design™ cho phép thiết kế và phân tích các hệ thống điều

khiển được mô hình hóa trong SIMULINK. Có thể tự động điều chỉnh mức tăng
của bộ điều khiển PID để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất. Người học cũng có
thể tự động điều chỉnh các kiến trúc điều khiển SISO và MIMO theo yêu cầu. Có
thể tìm thấy các điểm vận hành và tính toán tuyến tính chính xác của các mô hình
SIMULINK ở các điều kiện hoạt động khác nhau. SIMULINK Control Design
cung cấp các công cụ cho phép tính toán các đáp ứng tần số dựa trên mô phỏng
mà không cần sửa đổi mô hình.

Hình 1.21. Cửa sổ SIMULINK Design Optimization
22


SIMULINK® Design Optimization™ cung cấp các chương trình, công cụ tương
tác và các khối để phân tích và điều chỉnh các tham số mô hình. Có thể xác định
độ nhạy của mô hình, điều chỉnh mô hình để kiểm tra dữ liệu và để đáp ứng yêu
cầu. Sử dụng các kỹ thuật như mô phỏng Monte Carlo và Thiết kế thử nghiệm, có
thể khám phá không gian thiết kế và tính toán ảnh hưởng tham số đến hoạt động
mô hình. SIMULINK Design Optimization giúp tăng độ chính xác của mô hình.
Có thể xử lý trước dữ liệu thử nghiệm, tự động ước lượng các tham số mô hình
như hệ số ma sát và khí động học và xác thực kết quả ước lượng. Để cải thiện các
đặc điểm thiết kế hệ thống như thời gian đáp ứng, băng thông và mức tiêu thụ
năng lượng. Có thể cùng tối ưu hóa các tham số của nhà máy và mức tăng thuật
toán hoặc bộ điều khiển. Các tham số này có thể được điều chỉnh để đáp ứng các
yêu cầu miền thời gian và miền tần số, chẳng hạn như độ vượt và độ lệch pha và
các yêu cầu tùy chỉnh.

Hình 1.22. Cửa sổ SIMULINK Design Verifier
SIMULINK Design Verifier™ dùng để xác định các lỗi thiết kế ẩn trong các
®

mô hình mà không cần chạy mô phỏng. Phát hiện các khối trong mô hình dẫn đến
hiện tượng tràn số, vi phạm truy cập mảng, chia 0 và vi phạm yêu cầu của mô
hình. Đối với mỗi lỗi, nó tạo ra một trường hợp mô phỏng thử nghiệm để gỡ lỗi.
SIMULINK Design Verifier tạo ra đầu vào thử nghiệm cho phạm vi mô hình và
mục tiêu tùy chỉnh. Cho phép tăng cường và mở rộng các trường hợp thử nghiệm
hiện có. Các trường hợp thử nghiệm này thúc đẩy mô hình của Người học đáp
ứng điều kiện, quyết định, điều kiện / quyết định sửa đổi (MCDC) và các mục
tiêu bảo hiểm tùy chỉnh.
23


Hình 1.23. Cửa sổ SIMULINK Desktop Real-Time
SIMULINK® Desktop Real-Time™ cung cấp nhân thời gian thực để thực thi
các mô hình SIMULINK trên máy tính Windows® hoặc Mac. Bao gồm các khối
thư viện kết nối với một loạt các thiết bị I/O. Có thể tạo và điều chỉnh một hệ
thống thời gian thực để tạo mẫu nhanh hoặc mô phỏng theo phần cứng với máy
tính. SIMULINK Desktop Real-Time hỗ trợ hiệu suất thời gian thực lên đến tốc
độ mẫu 1kHz với SIMULINK và lên đến 20 kHz với SIMULINK Coder.

Hình 1.24. Cửa sổ SIMULINK Real-Time
SIMULINK Real-Time™ cho phép tạo các ứng dụng thời gian thực từ các mô
®

hình SIMULINK và chạy chúng trên phần cứng máy tính chuyên dụng được kết
nối với hệ thống vật lý của Người học. Nó hỗ trợ mô phỏng và thử nghiệm thời
gian thực, bao gồm tạo mẫu điều khiển nhanh, tạo mẫu DSP và mô phỏng phần
cứng trong vòng lặp (HIL). Với SIMULINK Real-Time, có thể mở rộng các mô
24

hình SIMULINK của mình bằng các khối trình điều khiển, tự động tạo các ứng
dụng thời gian thực, xác định thiết bị và thực hiện chạy tương tác hoặc tự động
trên máy tính chuyên dụng được trang bị nhân, CPU đa lõi, I/O thời gian thực và
giao diện giao thức, và các GPU.

Hình 1.25. Cửa sổ Stateflow
Stateflow® là môi trường để mô hình hóa và mô phỏng logic quyết định kết hợp
và tuần tự dựa trên các máy trạng thái và biểu đồ dòng chảy. Stateflow cho phép
Người học kết hợp các biểu diễn dạng đồ họa và bảng, bao gồm biểu đồ chuyển
trạng thái, biểu đồ phân luồng và bảng chuyển trạng thái để mô hình hóa cách hệ
thống của Người học phản ứng với các sự kiện, điều kiện dựa trên thời gian và tín
hiệu đầu vào bên ngoài. Với Stateflow, có thể thiết kế logic để giám sát, lập lịch
và các ứng dụng quản lý lỗi. Stateflow bao gồm mô phỏng trạng thái và kiểm tra
tĩnh và thời gian chạy để kiểm tra tính nhất quán và hoàn thiện của thiết kế trước
khi thực hiện.

25