nhau. Mỗi khối có một hay nhiều đầu vào/ra [trừ trường hợp ngoại lệ: các khối thuộc thư viện Sources và Sinks chỉ có đầu vào hoặc đầu ra], có tên và ở trung tâm hình khối hình chữ nhật có biểu tượng [hàm truyền đạt, đồ thị đặc tính hay tên files…] thể hiện đặc điểm riêng của khối. Người sử dụng có thể tùy ý thay đổi tên của khối, tuy nhiên mỗi tên chỉ được dùng một lần duy nhất trong phạm vi cửa sổ của màn hình mô phỏng. Khi nháy kép phím chuột trái trực tiếp vào khối ta sẽ mở cửa sổ tham số Block Parameters [trừ các khối Scope, Slider Gain, Subsystem] và có thể nhập thủ công các tham số đặc trưng của khối. Nếu muốn định dạng lại khối ta click chuột phải vào
khối format xoay khối, ẩn hoặc hiện tên khối, tạo bóng mờ, đảo chiều
khối; hoặc thay đổi font chữ, mầu nền hay mầu của khối.
Simulink phân biệt [không phụ thuộc vào thư viện con] hai loại thuộc
khối chức năng: Khối ảo [virtual] và khối thực [not virtual]. Các khối thực
đóng vai trò quyết định khi chạy mô phỏng mô hình Simulink. Việc thêm bớt một khối thực sẽ làm thay đổi đặc tính động học của hệ thống đang được mô hình Simulink mô tả [ví dụ như khối tích phân Intergrator hay hàm truyền đạt Transfer Fcn của thư viện Continuous, khối Sum hay khối Product của thư viện con Math]. Ngược lại, khối ảo không có khả năng thay đổi đặc tính của hệ thống, chúng chỉ làm thay đổi diện mạo của mô hình Simulink [khối
Mux, Demux hay enable thuộc thư viện Signal Routing và Ports & Subsystems].
Sau đây là một vài các khối chức năng có sẵn và hay sử dụng trong thư viện của Matlab Simulink:
a.Thư viện Commomly used blocks:
Hình 3.4 – các khối của thư viện Commomly Used Blocks
Khối Bus selector: Ta có thể sử dụng khối Bus Selector để tái tạo lại các tín hiệu từ một Bus tín hiệu, đồng thời gom chúng lại thành các tín hiệu riêng rẽ ban đầu.
Khối constant: Khối constant tạo nên một hằng số [không phụ thuộc vào thời gian] thực hoặc phức. Hằng số có thể là scalar, vector hay ma trận, tùy theo cách khai báo tham số Constant Value và ô Interpret vector
parameter as 1-D có được chọn không. Nếu ô đó được chọn, ta có thể khai
báo tham số Constant Value là vector hàng hay cột với kích cỡ [1×n] hay
[n ×1] dưới dạng ma trận. Nếu ô đó không được chọn, các vector hàng hay
cột đó chỉ được sử dụng như vector với chiều dài n, tức là tín hiệu 1-D Khối Data type Conversion
Khối Demux: Khối Demux có tác dụng ngược lại với Mux: tách tín hiệu được chập lại từ nhiều tín hiệu riêng rẽ trở lại thành tín hiệu riêng rẽ mới. Khối Demux làm việc theo chế độ vector [Bus selection mode = off] hay chế độ Bus [Bus selection mode = on]
cạnh chu kỳ trích mẫu ta còn phải chọn cho mỗi khối thuật toán tích phân [tích phân Euler tiến, tích phân Euler lùi hay tích phân hình thang]. Sau khi đã chọn thuật toán tích phân, Biểu tượng [Icon] của khối lại thay đổi tương ứng.
Khối Gain: Khối Gain có tác dụng khuyếch đại tín hiệu đầu vào [định dạng 1-D hay 2-D] bằng biểu thức khai báo tại ô Gain, biểu thức đó có thể chỉ là một số hay là một biến. Nếu là biến, biến đó phải tồn tại trong môi trường Matlab Workspace, chỉ khi ấy Simulink mới có thể tính toán được với biến. Nhờ thay đổi giá trị của tham số Multiplication ta có thể xác định: phép nhân của biến vào với Gain được thực hiện theo phương thức nhân ma trận hay nhân từng phần tử.
Khối Integrator: Khối Integrator lấy tích phân tín hiệu đầu vào của khối. Giá trị ban đầu được khai báo trực tiếp tại hộp thoại Block Parameter hoặc thông qua chọn giá trị internal tại ô Initial condition source để sau đó điền giá trị ban đầu lấy từ nguồn bên ngoài khối.
Đầu ra của khối Integrator có thể được một tín hiệu bên ngoài lặp về [reset] một giá trị ban đầu. Tại ô External reset ta có thể chọn dạng tín hiệu reset [ví dụ: rising có nghĩa là sườn lên]. Khi chọn External reset một trong các giá trị thì khối Integrator sẽ tự động thêm một đầu vào dành cho tín hiệu reset.
Nếu cần chặn biên độ tín hiệu ở đầu ra, ta kích hoạt ô Limit output và khai báo giá trị tối đa dòng [Upper hay Lower] saturation limit. Kích hoạt ô Show saturation port ta có thể lấy được tín hiệu bảo hoà tương ứng [1: tại đầu ra khi coc bão hoà dương, -1: khi có bão hoà âm, 0: cho các giá trị lưng chừng giữa hai ngưỡng bão hoà]. Nếu kích hoạt ô Show state port, trên biểu tượng của khối sẽ xuất hiện thêm một đầu ra [state port] cho phép trích tín hiệu trạng thái của khối Integrator. Biến trạng thái của khối thực chất đồng nhất về giá trị với biến đầu ra, tuy nhiên Simulink tính hai biến đó [biến ra và biến trạng thái] tại những thời điểm ít nhiều có khác nhau. Nếu mô hình
thì khi ấy nên khai báo tham số Absolute tolerance riêng rẽ thêm cho từng khối Integrator của mô hình.
Khối Logical Operator: Khối Logical Operator thực hiện kết hợp các biến vào khối theo hàm Logic đã chọn tại ô Operator. Biến ra sẽ nhận các giá trị 1 [TRUE, đúng] hay 0 [FALSE, sai]. Nếu các biến có định dạng vector [tín hiệu 1-D] hay ma trận [tín hiệu 2-D], các phần tử của chúng sẽ được kết hợp theo hàm Logic đã chọn, và ở đầu ra sẽ xuất hiện một vector hay ma trận.
Khối Relational Operator: Khối Relational Operator thực hiện kết hợp hai tín hiệu đầu vào thành một toán tử so sánh đã chọn tại ô Operator. Biến ra sẽ nhận các giá trị 1[TRUE] hay 0 [FALSE].
Khối Mux: Các khối Mux có tác dụng như một bộ chập kênh [multiplexer], có tín hiệu chập các tín hiệu 1-D riêng rẽ [tức là: các tín hiệu Scalar hay vector] thành một vector tín hiệu mới. Nếu như một trong số các tín hiệu riêng rẽ là 2-D [ma trận tín hiệu], khi ấy chỉ có thể tập hợp các tín hiệu riêng rẽ thành Bus tín hiệu. Tại ô number of inputs ta có thể khai báo tên, kích cở và số lượng tín hiệu vào.
Khối In1 và Out1: Inport và Outport là các khối đầu vào và đầu ra của một mô hình mô phỏng. Tại hộp thoại Block Parameters ta có thể điền vào ô Port Number số thứ tự của khối. Simulink tự động đánh số các khối Inport và Outport một cách độc lập với nhau, bắt đầu từ 1. Khi ta bổ sung thêm khối thì khối mới sẽ nhận số thứ tự kế tiếp. Khi xoá một khối nào đó, các khối lạ được tự động đánh số mới. Trong hộp thoại Block Parameters của Inport, ta còn có ô Port Winh dùng để khai báo bề rộng của tín hiệu vào.
Thông qua các ô Inport và Outport thuộc tầng trên cùng [chứ không phải thuộc các hệ thống con], ta có thể cất vào hay lấy số liệu ra khỏi môi trường Workspace. Để làm điều đó ta phải kích hoạt ô Input và Output ở trang Workspace I/O của hộp thoại Simulation Parameters và khai báo tên các biến cần lấy số liệu vào, hay tên của các biến mà ta sẽ gửi số liệu tới.
của khối phụ thuộc vào giá trị đặt của tham số Multiplication và Number of inputs.
Khối Scope: Nhờ khối Scope ta có thể hiển thị các tín hiệu của quá trình mô phỏng. Nếu mở cửa sổ Scope sẵn từ trước khi bắt đầu quá trình mô phỏng, ta có thể theo dõi trực tiếp diễn biến tín hiệu.
Khối Subsystem: Khối Subsystem được sử dụng để tạo hệ thống con trong khôn khổ của một chương trình Simulink. Việc ghép với mô hình thuộc các tầng cấp trên được thực hiện nhờ khối Inport [cho tín hiệu vào] và Outport [cho tín hiêuh ra]. Số lượng đầu vào/ra của khối Subsystem phụ thuộc vào số lượng khối Inport và Outport.
Đầu vào/ra của khối được đặt theo tên mặc định của các khối Inport và Outport. Nếu chọn Format/Hide Port Labels trên menue của cửa sổ khối Subsystem, ta có thể ngăn chặn được cách đặt tên kể trên và chủ động đặtc cho Inport và Outport các tên phù hợp hơn với ý nghĩa vật lý của chúng.
Khối Sum: Đầu ra của khối Sum là tổng các tín hiệu đầu vào. Nếu các tín hiệu là scalar, tín hiệu tổng cũng là scalar. Nếu đầu vào có nhiều tín hiệu hỗn hợp, Sum tính tổng của tứng phần tử. Ví dụ nếu tín hiều vào bao gồm ba tín hiệu: 1, sin[x] và [4 4 5 6], tín hiệu ra sẽ có dạng: [5+sin[x], 5+sin[x],6+sin[x],7+sin[x]]. Nếu khối Sum chỉ có một đầu vào dạng vector, khi ấy các phần tử của vector sẽ được cộng thành scalar.
Khối Switch: Khối Switch có tác dụng chuyển mạch, đưa tín hiệu từ đầu vào 1 hoặc 3 tới đầu ra. Tín hiệu điều khiển chuyển mạch được đưa tới vào đầu 2 [đầu vào ở giữa]. Ngưỡng giá trị điều khiển chuyển mạch được khai
b.Thư viện Continuous
Hình 3.5 – các khối của thư viện continuous
Khối Derivative: Phép tính đạo hàm tín hiệu đầu vào được thực hiện nhờ khối Derivative. Tín hiệu tìm được ở đầu ra có dạng ∆u/∆t, với ∆ là biến thiên của đại lượng cần tính kể từ bước tích phân liền trước đó. Giá trị ban đầu của biến ra là 0.
Khối Integrator: Khối Integrator lấy tích phân tín hiệu đầu vào của khối. Giá trị ban đầu được khai báo trực tiếp tại hộp thoại Block Parameter hoặc thông qua chọn giá trị internal tại ô Initial condition source để sau đó điền giá trị ban đầu lấy từ nguồn bên ngoài khối
State-space: Khối State-Space là mô hình trạng thái của một hệ tưyến tính. Được mô tả bởi hệ phương trình sau đây:
X =Ax + Bu Y = Cx + Du
Bậc của hệ do kích cỡ của ma trận trạng thái A quyết định. Nếu Nx là biến số trạng thái, Nu là biến số vào và Ny là biến số ra, các tham số của hệ phải có kích cở như sau: A[Nx×Nx], B[Nx×Nu], C[Ny×Ny] và D[Ny×Nu]. Khai báo như vậy ta sẽ quyết định Nu là bề rộng của vector tín hiệu vào và Ny là bề rộng của vector tín hiệu ra.
Transfer Function: Nhờ khối Transfer Fcn ta có thể mô hình hoá hàm truyền đạt của một hệ tuyến tính. Khối Transfer Fcn có đặc điểm hoàn toàn tương đương với lệnh tf[num,den] của Control System Toolbox. Tham số của
khai báo theo thứ tự mũ của s giảm dần. Bậc của mẫu số phải lớn hơn hoặc bằng bậc của tử số.
Tại ô Numerator ta cũng có thể khai báo ma trận. Bề rộng của vector tín hiệu ra sẽ tuỳ thuộc vào số dòng của ma trận đã được khai. Các tín hiệu vào chỉ được chấp nhận là scalar.
Khối Zero-Pole: Ngược lại với Transfer Fcn, khối Zero-Pole sẽ tạo nên các tham số Zero, Poles và Gain một hàm truyền đạt dưới dạng hệ số hoá theo điểm không, điểm cực [m=số lượng điểm không, n=số lượng điểm cực]. Số lượng điểm cực phải lớn hơn hoặc bằng số điểm không. Các điểm không, điểm cực phức phải là liên hợp. Khối Zero-Pole tương đương với lệnh zpk[z, p, k] của Control System Toolbox.
Khối Transport Delay: Khối transport Delay làm trể tín hiệu vào khoảng thời gian ≥ 0 khai báo tại ô Time Delay trước khi xuất tới đầu ra. Chỉ đến khi thời gian mô phỏng bắt đầu vượt quá thời gian trể [so với lúc bắt đầu mô phỏng], khối Transport Delay mới xuất giá trị khai tại Initial input tới đầu ra.
Khối Variable Transport Delay: Với khối Variable Trasport Delay ta có thể điều khiển trể tín hiệu một cách rất linh hoạt: Tín hiệu chứ thời gian trể sẽ được đưa đến đầu thứ hai [đầu vào phía dưới] của khối. Tại ô Maximum delay ta phải khai một giá trị trễ tối đa, có tác dụng giới hạn giá trị điều khiển tín hiệu thời gian trễ.
c.Thư viện Discrete
Thư viện Discrete phục vụ mô phỏng động học các hệ thống gián đoạn về thời gian. Các khối phục vụ xuất, nhập số liệu, các hàm mô tả được sử dụng bình thường trong hệ gián đoạn. Các khối này có thể tự động nhận thừa kế chu kỳ trích mẫu của các khối nối phía trước chúng. Tất cả các khối thuộc thư viện đều có một khâu trích mẫu ở đầu vào.
Hình 3.6 – các khối của thư viện Discrete
Khối Unit Delay: Khối Unit Delay có tác dụng trích mẫu tín hiệu vào và cất giữ giá trị thu được trong một chu kỳ trích mẫu. Vì vậy, khối có đặc điểm như một phần tử cơ bản của hệ gián đoạn. Khối có thể được sử dụng như một khâu quá độ từ tần số trích mẫu thấp sang tần số trích mẫu cao.
Discrete – Time Integrator: Khối Discrete – Time Integrator [tích phân gián đoạn] về cơ bản cũng như khối Integrator [tích phân liên tục]. Bên cạnh chu kỳ trích mẫu ta còn phải chọn cho mỗi khối thuật toán tích phân [tích phân Euler tiến, tích phân Euler lùi hay tích phân hình thang]. Sau khi đã chọn thuật toán tích phân, Biểu tượng [Icon] của khối lại thay đổi tương ứng.
Discrete Filter [scalar]: Khối Discrete Filter là một khối lọc có hàm truyền đạt được Matlap quy định sẵn có dạng như sau
H[z-1] = n n m m z a z a z a a z b z b z b b z A z B z x z y − + − − − + − − − − − − + + + + + + + + = = 1 2 3 1 2 1 1 2 3 1 2 1 1 1 1 1 ... ... ] [ ] [ ] [ ] [
Các hệ số của đa thức tử số và mẫu số được khai báo theo trình tự số mũ của z giảm dần, bắt đầu từ hệ số của z0. Bằng khối Discrete Filter ta có thể cài đặt một cách rất dễ dàng các khâu lọc digital đã mô tả.
Discrete Transfer Function [scalar]: Khối Discrete Transfer Function có đặc điểm giống như khối Discrete Filter nhưng hàm truyền đạt khác với Discrete Filter, nó mô tả hàm truyền đạt như sau
H[z] = 1 2 3 1 2 1 1 2 3 1 2 1 ... ... ] [ ] [ + − − + − − + + + + + + + + = n n n n m m m m a z a z a z a b z b z b z b z A z B
Các hệ số của z giảm dần, bắt đầu từ m [tử số] và n [mẫu số]. Nếu ta khai báo chiều dài cuat hai vector hệ số tử và mẫu số như nhau bằng cách, bổ sung vào vector ngắn hơn các hệ số với giá trị 0, khi ấy khối Discrete Transfer Function sẽ hoạt đông như khối Discrete Filter.
Discrete Zero-pole [scalar]: Trong khối Discrete Zero-Pole, thay vì phải khai báo các hệ số, ta khai báo điểm cực-điểm không của hàm truyền đạt và một hệ số khuyếch đại.
Discrete State Space: Khối Discrete State Space mô tả một hệ thống gián đoạn bằng mô hình trạng thái. Khối có đặc điểm giống như khối State Space của các hệ liên tục
Zero-Order Hold: Khối Zero-Order Hold trích mẫu tín hiệu đầu vào và giữ giá trị thu được đến thời điểm trích mẫu tiếp theo. Nên sử dụng khối Zero-Order hold trong các hệ trích mẫu chưa có một trong các khối gián đoạn được miêu tả ở trên [tức là những khối có sẵn khâu dữ chậm bậc 0]. Khi chọn bước tích phân cứng, có thể sử dụng khối zero-order Hold tại các vị chí chuyển từ tần số trích mẫu cao sang tần số trích mẫu thấp.
Memory: Khối Memory xuất ở đầu ra giá trị của đầu vào thuộc bước tích phân vừa qua. Nói cách khác khối Memory cso đặc điểm của một khâu dữ chậm bậc 0, lưu giữ tín hiệu trong khoảng thời gian một bước tính. Khi mô phỏng với ode15s và ode113 [cả hai đều là phương pháp tích phân đa bước] ta không nên sử dụng khối Memory.
Backlash: Khối Backlash phỏng lại đặc tính của một hệ thống có độ dơ. Độ dơ thuờng xuất hiện trong các kết cấu cơ khí có chứa hộp số, đó chính là độ dơ lắc giữa hai bánh răng khớp nhau của hộp số. Độ dơ lắc thường xuyên xuất hiện do gia công thiếu chính xác hay do hao mòn vật liệu. Tham số Deadband width khai báo bề rộng của độ dơ [đối xứng đầu ra].