Ứng dụng matlab khảo sát một số chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Nó cung cấp một môi trường phong phú cho biểu diễn dữ liệu, và có khả năng mạnh mẽ về đồ hoạ trong đó phải kể đến khả năng mô phỏng rất mạnh của Simulink Mô phỏng một số chế độ làm việc

MỞ ĐẦU

Động cơ điện một chiều giữ vị trí quan trọng trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn: trong máy cán thép, máy công cụ lớn Nó được dùng làm động cơ hay máy phát điện trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau Nó có nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại động cơ khác đó là: điều chỉnh, thay đổi tốc độ và khả năng làm việc trong điều kiện quá tải, có thể điều chỉnh rộng và chính xác, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao

Matlab thực sự là một phương tiện hữu hiệu, cho phép nhân khả năng của con người trong lĩnh vực học tập nghiên cứu và ứng dụng khoa học kỹ thuật lên nhiều lần MATLAB có đầy đủ các đặc điểm của máy tính cá nhân và các máy tính hiện đại nhất,

nó cho phép biểu diễn dữ liệu dưới nhiều dạng như: biểu diễn thông thường, ma trận đại số, các hàm tổ hợp và có thể thao tác với dữ liệu thường cũng như đối với ma trận Với những đặc điểm đó và khả năng thân thiện với người sử dụng nên nó dễ dàng sử dụng hơn các ngôn ngữ khác Nó cung cấp một môi trường phong phú cho biểu diễn

dữ liệu, và có khả năng mạnh mẽ về đồ hoạ trong đó phải kể đến khả năng mô phỏng rất mạnh của Simulink

Mô phỏng một số chế độ làm việc của động cơ một chiều nhằm mục đích trang

bị cho chúng ta khả năng thiết kế và tiến hành các thí nghiệm trên động cơ, có điều kiện phân tích và giải thích các dữ liệu từ kết quả mô phỏng và có thể chọn được chế

độ làm việc tốt nhất của động cơ đối với từng tải nhất định từ đó mang lại hiệu quả

kinh tế cao hơn Vì vậy việc thực hiện đề tài “Ứng dụng Matlab Simulink khảo sát một

số chế độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập” là rất cần thiết

1 Mục tiêu nghiên cứu

- Mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập bằng Matlab Simulink

- Vẽ và khảo sát các đáp ứng theo các điều kiện làm việc khác nhau

- Nhận xét các các đặc tính của động cơ một chiều

2 Đối tượng nghiên cứu

- Động cơ một chiều kích từ độc lập, Matlab Simulink

Phạm vi nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là ứng dụng Matlab Simulink để xây dựng được

sơ đồ và mô phỏng được các đặc tính làm việc động cơ một chiều kích từ độc lập có

thông số Pđm = 2HP; nđm = 500 v/ph; Uđm = 230V; Iư = 8,5A; Rư = 3Ω; Lư = 12mH; J = 1,2kg.m2

3 Bố cục của khóa luận

Chương 1: Giới thiệu động cơ điện một chiều kích từ độc lập Mô hình toán của động cơ một chiều kích từ độc lập

Chương 2: Giới thiệu về phần mềm matlab/simulink

Chương 3: Ứng dụng Matlab Simulink xây dựng mô hình mô phỏng một

số chế độ làm việc của động cơ một chiều kích từ độc lập

Do thời gian, nguồn tài liệu và trình độ còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi

sự thiếu sót Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của thầy cô và các bạn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ

PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK 1

1.1 Cấu tạo động cơ một chiều 1

1.1.1 Stato 1

1.1.2 Roto 2

1.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều 3

1.3 Phân loại động cơ điện một chiều 5

1.4 giới thiệu về phần mềm matlab/simulink 6

1.4.1 matlab cơ bản 6

1.4.2 Một số kiến thức về Simulink sử dụng trong mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập 20

1.4.3 Thư viện Sinks 26

1.4.4 Thư viện Signals và Subsystems 28

1.4.5 Thư viện Continuous 29

1.4.6 Khối Atomic Subsystem 30

1.4.7 Soạn thảo sơ đồ mô phỏng Simulink 31

CHƯƠNG 2 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 33

2.1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 33

2.1.1 Các phương trình của động cơ điện một chiều 33

2.1.2 Động cơ điện một chiều ở chế độ xác lập 34

2.1.3 Động cơ điện một chiều trong chế độ quá độ 35

2.2 Các phương pháp điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập 36

2.2.1 Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở phần 36

2.2.2 Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 37

2.2.3 Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi từ thông 40

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG MỘT SỐ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 41

3.1 Các bước mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập trong Simulink 41

3.2 Yêu cầu mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập 41

3.3 Xây dựng mô hình động cơ DC trong Matlab 41

3.4 Mô phỏng động cơ DC bằng Matlab Simulink 42

3.5 Xuất kết quả 47

3.5.1 Điện áp và từ thông định mức 48

3.5.2 Điện áp bằng 50% định mức, từ thông định mức 49

KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: hình ảnh stator của động cơ điện một chiều 2

Hình 1.2: hình ảnh roto động cơ điện một chiều 3

Hình 1.3 Mô phỏng định luật lực điện từ 4

Hình 1.4 Mô hình đơn giản của động cơ điện một chiều 4

Hình 1.5 Phân loại động cơ điện một chiều theo kích từ 6

Hình 1.6 Các cửa sổ của Matlab 7

Hình 1.7 Cửa sổ Publish 11

Hình 1.8 Đồ thị hình sin với bề rộng đường là 3 point và chiều cao điểm là 9 point 13 Hình 1.9 Đồ thị có điền tên đồ thị, tên các trục tọa độ và ghi chú vào đồ thị 15

Hình 1.10 Đồ thị hàm phức 16

Hình 1.11 Đồ thị hàm f(x) vẽ bằng lệnh fplot 17

Hình 1.12 Đồ thị của hai hàm số được vẽ trên cùng một hệ trục tọa độ bằng lệnh fplot 17

Hình 1.13 Đồ thị hàm sinx với hàm ezplot 18

Hình 1.14 Xếp chồng đồ thị bằng lệnh hold on 19

Hình 1.15 Cửa sổ của lệnh subplot tạo ra 20

Hình 1.16 Cửa sổ thư viện Simulink 21

Hình 1.17 Cửa sổ thư viện Math Operations 22

Hình 1.18 Hộp hội thoại khai báo khối Sum 22

Hình 1.19 Hộp hội thoại khai báo khối Product 23

Hình 1.20 Hộp hội thoại khai báo khối Gain 24

Hình 1.21 Các khối chức năng thuộc thư viện Sources 24

Hình 1.22 Hộp hội thoại khai báo khối Step 25

Hình 1.23 Hộp hội thoại khai báo Constant 26

Hình 1.24 Các khối chức năng của thư viện Sink 26

Hình 1.25 Cửa sổ Scope (a) và hộp hội thoại khai báo khối Scope (b) 27

Hình 1.26 Các chức năng của cửa sổ Scope 27

Hình 1.27 Hộp hội thoại khai báo khối Mux (a) và Demux (b) 29

Hình 1.28 Hộp hội thoại khai báo khối Integrator 30

Hình 1.29 bên trong khối Atomic Subsystem 31

Hình 1.30 Định dạng khối Simulink 32

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý (a) và sơ đồ thay thế (b) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 33

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập 34

Hình 2.3 Sơ đồ mạch 36

Hình 2.4 Sơ đồ nối dây 37

Hình 2.5 Đồ thị điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng 38

Hình 2.6 Đồ thị quá trình thay đổi điên áp phần ứng 38

Hình 2.7 Sơ đồ nối dây 40

Hình 3.1 sơ đồ mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập 42

Hình 3.2 thiết lập giá trị cho khối transfer Fcn 44

Hình 3.3 mô hình động cơ DC 45

Hình 3.4 đƣợc sơ đồ khối của động cơ DC trên Simulink 45

Hình 3.5 kết quả mô phỏng 47

Hình 3.6 kết quả mô phỏng Điện áp và từ thông định mức 49

Hình 3.7 kết quả mô phỏng Điện áp bằng 50% định mức, từ thông định mức 51

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VÀ

PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK

1.1 Cấu tạo động cơ một chiều

Cấu tạo động cơ một chiều gồm có: Phần cảm (stato); phần ứng (Roto); hệ thống chổi than, vành góp

+ Nắp máy có tác dụng bảo vệ máy và đảm bảo an toàn trong vận hành

+ Cơ cấu chổi than: Đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài, nó gồm chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ lò xo tỳ chặt lên cổ góp

Hình 1.1: hình ảnh stator của động cơ điện một chiều

- Dây quấn phần ứng: Có tác dụng sinh ra một sức điện động và có dòng điện chạy qua Nó được làm bằng dây đồng có bọc cách điện, được quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép

- Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đảo chiều, Dùng để đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

- Các bộ phận khác bao gồm:

+ Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy

+ Trục máy: Là bộ phận trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt, ổ bi… Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt

- Hệ thống chổi than – vành góp: Dùng để đưa điện áp một chiều vào cuộn dây phần ứng và đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ ( một nửa có cực tính dương, một nửa có cực tính âm)

Hình 1.2: hình ảnh roto động cơ điện một chiều

1.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều

Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều dựa trên định luật lực điện từ: Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:

Fdt = B.i.l Trong đó:

B là từ cảm (T)

i là dòng điện (A)

l là chiều dài hiệu dụng thanh dẫn (m)

Fdt là lực điện từ (N), có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái

Hình 1.3 Mô phỏng định luật lực điện từ

- Khi cung cấp điện cho động cơ, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng điện

Ta thấy công suất điện đƣa vào động cơ đã đƣợc biến thành công suất cơ Pcơ =

Fdt.v trên trục động cơ, làm cho thanh dẫn chuyển động với vận tốc v

- Ở động cơ điện một chiều, khi ta đặt một điện áp lên dây quấn kích từ Uk nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ xuất hiện dòng kích từ ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ

thông Φ Theo định luật mạch từ ( H l W i j

j j n

Hình 1.4 Mô hình đơn giản của động cơ điện một chiều

+ Nếu ta đặt điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B thì trong dây quấn phần ứng sẽ có một dòng điện I ư chạy qua Các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường (từ trường tạo bởi phần kích từ của động cơ), sẽ tạo ra các lực Fdtngựơc chiều nhau, tác dụng làm cho roto quay ( hình 1.2 a)

(Chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái )

+ Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau, tuy nhiên do có phiến góp đổi chiều dòng điện nên chiều lực từ tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi (hình 1.2 b)

Và cứ như vậy, ta thấy năng lượng điện đã biến thành năng lượng cơ làm cho động cơ quay theo một chiều duy nhất

1.3 Phân loại động cơ điện một chiều

Dựa vào phương pháp kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều thành các loại sau:

+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Dòng điện kích từ của máy lấy từ nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng của máy (hình 1.5a)

+ Động cơ điện một chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ nối song song với mạch phần ứng (hình 1.5b)

+ Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng (Hình 1.5c)

+ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm 2 dây quấn kích từ, dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song thường là chủ yếu (Hình 1.5d)

Hình 1.5 Phân loại động cơ điện một chiều theo kích từ

Chú ý:

- Trên thực tế , đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập và song song là giống nhau Nhưng khi động cơ cần có công suất lớn, người ta thường dùng động cơ điện kích từ độc lập Vì ĐCĐ kích từ độc lập có phần kích từ riêng biệt, nên tổn hao công suất phía kích từ là nhỏ, dễ điều chỉnh dòng kích từ do vậy có thể thay đổi tốc độ động

cơ một cách dễ dàng

- Khi nguồn điện áp (U) cung cấp cho động cơ là vô cùng lớn thì ta có thể mắc song song cuộn kích từ với động cơ Lúc này động cơ kích song song sẽ tương đương với động cơ kích từ từ độc lập Vì ở Động cơ điện kích từ song song thì:

I = I ư + Ikt (như ở hình vẽ 1.5b) Khi U lớn thì I cũng lớn, I ư lớn nên Ikt sẽ nhỏ, dễ điều chỉnh và tạo ra tổn hao công suất là nhỏ

- Động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu có thể coi như ĐCĐMC kích từ độc lập có từ thông không đổi Loại động cơ này rất thích hợp cho những động cơ có công suất nhỏ và có yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng đặt lên hai đầu động cơ

1.4 giới thiệu về phần mềm matlab/simulink

1.4.1 matlab cơ bản

1.4.1.1 Khởi động Matlab

Để khởi động Matlab chỉ cần nháy đúp vào biểu tượng của nó, cửa sổ lệnh command Windows của Matlab sẽ xuất hiện Dấu nháy >> biểu thị chương trình đã sẵn sàng, có thể nhập dữ liệu và tính toán trên Matlab

Ngoài cửa sổ chính command Windows, Matlab còn có cửa sổ soạn thảo Editor, có thể soạn thảo các chương trình, sửa đổi các hàm, biến… trên cửa sổ này và lưu chương trình của mình dưới dạng các Scripts

Cửa sổ Command History là cửa sổ các lệnh quá khứ cho phép lưu giữ và hiển

thị tất cả các lệnh đã sử dụng, có thể lặp lại các lệnh cũ bằng cách nháy đúp chuột vào lệnh đó Khi không biết thực hiện các lệnh như thế nào thì có thể gọi lệnh Help để nhận sự trợ giúp

Hình 1.6 Các cửa sổ của Matlab

Thoát khỏi MATLAB: Trong Windows, có rất nhiều cách để thoát khỏi một chương trình ứng dụng, để thoát khởi Matlab ta có thể sử dụng một trong những cách sau: Từ cửa sổ lệnh Matlab Command Window đánh lệnh quit hoặc kích biểu tượng close nằm ngay góc phải trên thanh tiêu đề Matlab Hoặc kích chuột theo đường dẫn sau: File/Exit MATLAB hoặc nhấn tổ hợp phím: Ctrl + Q

1.4.1.2 Cửa sổ lệnh

Cửa sổ lệnh là cửa sổ chính trong đó người sử dụng giao tiếp với Matlab Trình dịch của Matlab hiển thị một dấu nhắc >> để biểu thị rằng nó đã sẵn sàng nhận và thực hiện lệnh của bạn Ví dụ, khi muốn nhập dòng lệnh gán biến x=5, ta gõ như sau:

>>x=5

Sau khi nhấn phím enter, Matlab đáp ứng như sau:

x=5

1.4.1.3 Hiệu chỉnh, sửa đổi dòng lệnh

Các phím mũi tên, các phím điều khiển trên bàn phím cho phép gọi lại, sửa đổi

và tái sử dụng các lệnh đã gõ vào trước đó Ví dụ, giả sử ta gõ vào dòng lệnh:

>>a=(1+sqt(5))/2 % sqrt(x) là hàm tính giá trị căn bậc hai của x

Do ta gõ thiếu chữ r trong cú pháp của hàm sqrt nên Matlab báo lỗi như sau:

Undefined function or variable „sqt‟ có nghĩa là hàm hoặc biến „sqt‟ không được định

nghĩa Thay vì gõ lại cả dòng lệnh, đơn giản là ta nhấn phím ↑, câu lệnh bị sai ở trên sẽ được hiển thị lại Sử dụng phím (hoặc dùng chuột) để di chuyển con trỏ đến vị trí giữa chữ q và chữ t rồi chèn vào chữ r sau đó nhấn enter, kết quả là:

>>a=(1+sqrt(5))/2

a= 1.6180

Ta có thể sử dụng phím nhiều lần để tìm các lệnh đã gõ trước đó Cũng có thể gọi nhanh lại một câu lệnh đã thực hiện trước đó bằng cách gõ ký tự đầu của dòng lệnh rồi nhấn ↑ Ví dụ, để gọi lại chính xác lệnh ở trên như sau:

1.4.1.5 Dừng một chương trình đang chạy

Về nguyên tắc có thể dừng một chương trình đang chạy trong Matlab tại bất kỳ thời điểm nào bằng cách nhấn tổ hợp phím Ctrl + C Tuy nhiên, ta vẫn có thể phải đợi cho đến khi một hàm đang thực thi bên trong hoặc MEX-file kết thúc hoạt động của

nó

1.4.1.6 Dòng lệnh dài

Nếu một câu lệnh quá dài, không vừa trên một dòng, ta sử dụng một toán tử ba chấm (…) sau đó nhấn enter để biểu thị rằng câu lệnh còn tiếp tục ở dòng kế tiếp Ví dụ: s = 1 – 1/2 + 1/3 – 1/4 + 1/5 – 1/6 + 1/7

– 1/8 + 1/9 – 1/10 + 1/11 – 1/12;

Số ký tự tối đa cho phép trên một dòng là 4096 ký tự Các khoảng trắng (dấu cách) xung quanh các dấu =, +, -, *, /, … là tuỳ ý (không nhất thiết phải có) nhưng chúng giúp ta dễ đọc hơn

1.4.1.7 Số và các phép tính sơ cấp trong Matlab

Dấu phảy trong số thập phân được quy ước bằng dấu chấm “.”

Ví dụ: số 7.52e-005, có nghĩa là số: 7,52.10-5

Các số thực được tính toán với các phép cộng, trừ, nhân, chia, lũy thừa, khai căn theo các ký hiệu tương ứng là:

Bảng 1.1 Các phép tính số học

Phép toán Cộng Trừ Nhân Chia

phải

Chia trái

Lũy thừa

Khai căn

Các biểu thức được thành lập với sự trợ giúp của các phép tính số học thông thường với các quy tắc ưu tiên thông thường Thứ tự ưu tiên trong phép toán số học: ngoặc đơn; luỹ thừa; nhân, chia; cộng, trừ

Đối với các phép tính sơ cấp, phép chia trái và phép chia đều cho cùng kết quả,

ví dụ: 6/2 và 2\6 đều có cùng một kết quả là 3, còn đối với các phép tính ma trận, thì kết quả của chúng có thể khác nhau Khi thực hiện phép tính chia cho số 0 kết quả sẽ

là inf (infinity – vô định: ∞)

Biến NaN (Not a Number) sẽ xuất hiện khi thực hiện các phép tính có dạng 0/0

hoặc ∞/∞ Dấu % dùng để ghi chú giải, Matlab không ghi nhận thông tin sau dấu này

Một số hằng số trong Matlab được biểu thị bằng ký tự, chẳng hạn số π được ký hiệu là „pi‟, số ε được viết là eps… Nếu không khai báo biến, thì khi thực hiện phép tính Matlab sẽ tự động gán cho kết quả với biến ans

Các góc trong Matlab được tính bằng radian, muốn đổi sang độ thì thực hiện phép tính: (180*góc/pi)

Vai trò của dấu (;) sau phép tính: nếu không có dấu (;) ở cuối câu thì kết quả của phép tính sẽ hiện ngay trên màn hình, ngược lại nếu có dấu này thì không có kết quả hiện lên trên màn hình Ở cửa sổ lệnh của Matlab ta cũng có thể thực hiện các phép tính trực tiếp như máy tính cầm tay bình thường, sau khi đã khai báo ấn Enter kết quả sẽ hiện thị Các lệnh gõ vào máy được thể hiện bằng dấu nhắc lệnh (>>) ở ngay trước đó, nếu là một chuỗi lệnh thì dấu nhắc lênh được đặt ngay trước câu lệnh đầu tiên

Ví dụ: Thực hiện các phép tính trong cửa sổ lệnh không có và có dấu chấm

phảy ở cuối câu lệnh:

>> 2*3+4/5-7 % khong co dau cham phay (;)

ans =

-0.2000

>> a=15*2-5*(3+9)

a =

-30

>> sin(pi); % co dau cham phay (;) ket qua khong hien thi tren man hinh

1.4.1.8 m.file trong Matlab

a Soạn thảo Script (m.file)

Scrip là một chuỗi lệnh được soạn thảo để thực hiện một hoặc nhiều phép toán

và được lưu giữ dưới dạng m.file Lập trình trong Matlab là sự soạn thảo các lệnh theo trình tự xác định để giải bài toán Để Matlab chấp nhận, chương trình soạn thảo phải được cất giữ trong tệp với tên mở rộng là “.m” thường được gọi là tệp m.file

Người sử dụng có thể tự tạo ra các hàm mới cất vào các m.file và chúng sẽ được sử dụng như các hàm của Matlab Chương trình có thể soạn thảo bên ngoài hoặc ngay trong cửa sổ soạn thảo của Matlab (Editor-Debugger) Chúng ta nên soạn thảo trong cửa sổ Editor-Debugger, vì trong cửa sổ này ta có thể thay đổi dữ liệu trong file đang lập trình rất thuận tiện, nếu soạn thảo bên ngoài thì khi muốn thay đổi dữ liệu ta phải gõ lại từ đầu bài toán

Khi soạn thảo m-file trong cửa sổ Editor, ta phải lưu lại m.file với một tên bất

kỳ có đuôi “.m”, tên của m-file phải là 1 chuỗi ký tự liên tục, giữa các ký tự không có dấu cách và tên của m-file không dấu

Để chạy chương trình của m.file đó, ta chỉ cẩn vào cửa sổ Command Window

gõ tên m.file đã lưu và dấu nháy >>, hoặc kích chột trái vào biểu tượng Run trên thanh tabar của cửa sổ Editor thì chương trình sẽ chạy và cho ta kết quả hiển thị ra màn hình

Trên mỗi cửa sổ Editor ta có thể viết nhiều chương trình khác nhau, chương trình này được tách biệt với chương trình kia bằng việc đánh dấu “%%” ở đầu của mỗi chương trình, sau đó muốn chạy chương trình nào thì kích chuột trái vào chương trình

đó và bấm Run Section

b Xuất m.file sang file word

Để xuất chương trình của m.file trên cửa sổ Editor sang file word ta thực hiện các thao tác sau: kích chuột trái vào biểu tượng PUBLISH (trên thanh tabar của cửa sổ Editor đang thực hiện) → Publish → Edit Publishing Options…, lúc này trên màn hình

sẽ xuất hiện cửa sổ sau:

Hình 1.7 Cửa sổ Publish

Ta tiếp tục kích chuột trái vào cột html rồi chọn doc, cuối cùng kích chuột trái

vào nút Publish trên cửa sổ này để hoàn tất Sau khi hoàn tất các thao tác ta nhận được một file word mà trên đó có chương trình và kết quả của chương trình ta đã viết

1.4.1.9 Đồ họa trong Matlab

Các kết quả trong Matlab thường cho mảng dữ liệu rất lớn, do đó đôi khi khó có thể phân tích chi tiết, tuy nhiên trong Matlab có mảng đồ họa có thể khắc phục được những khó khăn trên

Đồ họa là một dạng ngôn ngữ diễn tả sự việc một cách sinh động, ấn tượng và hiệu quả Các công cụ trong Matlab cung cấp cho chúng ta nhiều phương pháp vẽ khác nhau để tạo ra các đồ thị, biểu đồ trong mặt phẳng (2D) và trong không gian (3D) với những tiện ích rất phong phú và dễ sử dụng

Vẽ trong Matlab rất đơn giản, sau khi khai báo các biến, chỉ cần dùng một trong các lệnh vẽ đồ thị là có ngay sản phẩm hiện lên trong cửa sổ đồ họa Vẽ đồ thị trong mặt phẳng được sử dụng bởi rất nhiều lệnh khác nhau: plot, fplot, ezplot, stairs, loglog, semilog, contours, bar, fill, area, polar, scater, … Vẽ đồ thị trong hệ tọa độ 3 chiều được thực hiện bởi các lệnh: mesh, pie3, surf, fill3… Ngoài ra ta còn có thể chọn nét

vẽ, chọn màu, điền các thông tin chú thích trên đồ thị…

a Cửa sổ đồ họa và thanh công cụ đồ họa

Matlab biểu thị đồ họa ở cửa sổ riêng tên là Figure, để tạo một cửa sổ đồ họa gõ lệnh figure ở cửa sổ lệnh Tuy nhiên, khi vẽ đồ thị đầu tiên ta chỉ cần thực hiện các lệnh đồ họa trong cửa sổ lệnh và sản phẩm đồ họa sẽ xuất hiện trên cửa sổ Figure một cách tự động mà không cần phải khai báo gì Ở cửa sổ đồ họa cũng có các phím chức

năng như ở các cửa sổ khác như: File, Edit, View, Insert, Tolls, Desktop … Bình thường mỗi cửa sổ đồ họa chỉ chứa một hình vẽ duy nhất, vì vậy cần lưu ý, nếu chưa cất hình vẽ vào file riêng mà đã ra lệnh vẽ đồ thị khác thì một cách tự động đồ thị cũ sẽ

bị thay thế bởi cái mới Nếu không muốn cất đồ thị cũ mà vẫn giữ nó trong quá trình làm việc thì cần phải đánh lệnh figure trước khi vẽ đồ thị mới

Có thể xóa bỏ toàn bộ đồ thị và hệ trục bằng lệnh clf, chỉ xóa đồ thị mà vẫn giữ được hệ trục thì dùng lệnh cla

b Kiểu đường nét vẽ, điểm đánh dấu và màu sắc của đồ thị

Lệnh về nét vẽ và màu được quy định trong Matlab theo các ký hiệu nhất định Khi khai báo, kiểu đường và kiểu điểm được biểu thị giữa hai dấu phảy trên („‟) Nếu không khai báo thì Matlab sẽ sử dụng nét vẽ và màu mặc định Matlab mặc định đường vẽ là đường liền, không đánh dấu, màu xanh nước biển (blue)

Bảng 1.2 Các ký hiệu về lệnh vẽ nét và màu của đồ họa

g (green) xanh lá cây

> tam giác (phải) b (blue) xanh nước biển

< tam giác (trái) c (cyan) lục lam

dấu chấm + dấu cộng

* dấu hoa thị Các đặc tính của đường nét, điểm đánh dấu và màu của đồ thị được khai báo

bởi chuỗi lệnh sau: „lineWidth‟,a,„markerSize‟,b,„color‟,„c‟

Trong đó, „lineWidth‟ dùng để định độ rộng của đường vẽ, lệnh „markerSize‟

định độ lớn (kích thước) của các điểm được đánh dấu và lệnh „color‟ để định màu của

đồ thị

Các tham số a, b biểu thị giá trị của độ rộng nét vẽ và kích thước điểm dấu (đơn

vị là point) còn tham số c biểu thị màu

Nếu không khai báo thì đồ thị sẽ được vẽ với các đặc tính mặc định: bề rộng nét

vẽ là a = 0,5 point và giá trị của điểm là b = 0,6 point (1 point = 1/36 inch; 1inch = 0,36 cm), màu xanh nước biển

Ví dụ: Hãy vẽ đồ thị hình sin với nét vẽ màu đỏ, có độ rộng 3 point, kích thước điểm là

Hình 1.8 Đồ thị hình sin với bề rộng đường là 3 point

và chiều cao điểm là 9 point

c Điền ký tự vào đồ thị

Việc điền ký tự vào đồ thị được thực hiện để biểu thị tên đồ thị, tên các trục tọa

độ, các ghi chú, giải thích…

* Điền tên đồ thị

Tên đồ thị được khai báo bằng lệnh title(„ten do thi‟), cụm từ „ten do thi‟ được

nhốt giữa hai dấu phảy trên („‟)

Lưu ý: ký tự điền trong đồ thị chỉ được viết bằng tiếng Việt không dấu, hoặc bằng tiếng Latinh, tiếng Anh…

* Điền tên cho các trục tọa độ

Tên các trục tọa độ được điền bởi các lệnh nhãn xlabel(„x‟) và ylabel(„f(x)‟),

nếu cần điền thêm đơn vị của các đại lượng x và y thì tacũng có thể ghi trong các nhãn này Ví dụ: xlabel(„l, km‟)

Ta cũng có thể viết ký tự dưới dạng chỉ số hay ký tự Hy Lạp dạng LA

TEX Ví dụ: xlabel(„U^2_v_a_o‟), khi đó trên trục x của đồ thị sẽ hiển thị lên ký hiệu sau: U2vao

* Điền ghi chú vào đồ thị

- Điền ghi chú bằng lệnh text

Lệnh text(„xi,yi,„Ghi chu‟) cho phép điền từ „Ghi chu‟ vào vị trí có tọa độ xiyi

Ví dụ: với lệnh text(„2.5,4.5,„Dien ap‟), tại tọa độ x = 2,5 và y = 4,5 của biểu đồ

sẽ xuất hiện dòng chữ “Dien ap”

Nếu muốn có mũi tên chỉ về phía phải thì khai báo text(„2.5,4.5,„\rightarrowDien ap‟), hoặc chỉ về phía trái là text(„2.5,4.5,„\leftarrowDien ap‟)

- Điền ghi chú bằng lệnh gtext

Việc đưa chú giải lên đồ thị cũng có thể thực hiện bằng lệnh gtext(„text‟) Chẳng hạn sau khi đồ thị đã được vẽ, ta gõ lệnh gtext(„cos(x)‟), lúc đó trên đồ thị xuất hiện dấu chữ thập, ta có thể di chuột để chuyển đến vị trí cần thiết sau đó ấn chuột trái, lời ghi chú “cos(x)” sẽ lập tức xuất hiện tại vị trí bạn vừa lựa chọn

- Điền ghi chú bằng lệnh legend

Ta cũng có thể thêm chú thích vào đồ thị bằng lệnh legend(„y‟) Lệnh này cho

phép tự động thiết lập ghi chú các đồ thị, nó đặc biệt hữu ích khi có nhiều đồ thị trên

một hệ trục tọa độ Khi đó lệnh này được khai báo như sau: legend(„y1‟, „y2‟, …, „yn‟) Ngoài các lệnh trên ta còn có thể ghi chú trên trục tọa độ với sự trợ giúp của hàm set

Ví dụ: Hãy vẽ đồ thị hàm số y = cos2x trong hệ trục tọa độ có lưới và điền tên các trục tọa độ và các ghi chú

Hình 1.9 Đồ thị có điền tên đồ thị, tên các trục tọa độ và ghi chú vào đồ thị

d Đồ thị hai chiều (2D)

Ta có thể dùng các lệnh sau đây để vẽ đồ thị 2D kiểu đường

* Lệnh plot

Hàm plot cho phép vẽ đồ thị hàm số y = f(x), hoặc từ dữ liệu cho trước của x và

y Lệnh plot(x,y) vẽ một đồ thị với giá trị x trên trục hoành và giá trị y trên trục tung

bằng cách nối các điểm (x,y) Đồ thị này sẽ hiển thị trên một cửa sổ đồ họa figure

dạng y=(fx), trong đó x là véc tơ có khoảng giới hạn xác định và y là một véc tơ cùng

kích thước với x, có chứa các giá trị ứng với các điểm của x Nếu ứng với mỗi điểm của x, hàm f(x) có nhiều hơn một giá trị thì y là một ma trận có các cột chứa các phần

Lệnh ezplot(„f‟) vẽ đồ thị hàm f = f(x) trong khoảng mặc định của x: -2π < x < 2π

Lệnh ezplot(„f‟, [min,max]) vẽ đồ thị hàm f = f(x) trong khoảng giới hạn min < x< max

Ví dụ: Vẽ đồ thị hàm số y = cosx trong khoảng -4 < x < 4 dùng lệnh ezplot

>> ezplot('cos(x)', [-4,4]), grid;

Hình 1.13 Đồ thị hàm sinx với hàm ezplot

e Trình bày đồ thị

* Vẽ đồng thời nhiều đồ thị trên cùng hệ trục tọa độ

Có thể vẽ rất nhiều đồ thị trên cùng một hệ trục tọa độ, để thực hiện đƣợc điều này ta có thể dùng một trong các lệnh sau đây:

Hình 1.14 Xếp chồng đồ thị bằng lệnh hold on

Sau khi đã thực hiện xong việc vẽ đồ thị ta cần dùng lệnh hold off để hủy bỏ lệnh hold on Ta cũng có thể hủy bỏ lệnh hold on bằng lệnh hold Lênh hold cho phép chuyển đổi từ chế độ hold off sang chế độ hold on và ngược lại

- Dùng lệnh axes

Lệnh axes cho phép thiết lập các trục tọa độ của đồ thị thứ hai tại vị trí xác định

trong cửa sổ đồ họa, cấu trúc của lệnh này như sau: axes(„position‟, RECT)

Trong đó: RECT là vec tơ gồm 4 phần tử: RECT = [trái, dưới, rộng, cao], đặc trưng cho kích thước của hộp tọa độ, tương ứng với góc trái dưới của cửa sổ đồ họa là tọa độ (0,0) còn góc bên trên là (1,1)

- Dùng lệnh plot(x,y,x,z)

Ta cũng có thể vẽ được hình trên bằng cách dùng lệnh plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn) mỗi cặp xi,yi được khai báo trong lệnh sẽ cho một đường cong tương ứng Cách vẽ này nhìn chung đơn giản hơn cả và có thể cho phép tiết kiệm được một lệnh so với cách dùng lệnh hold on

Chú ý, khi dùng lệnh plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn), kích thước của các tham số yi phải tương đương nhau, nếu không Matlab sẽ xây dựng đồ thị với trục tọa độ ứng với kích thước cực đại

f Vẽ đồng thời nhiều đồ thị trên nhiều cửa sổ

Nếu muốn đồng thời có nhiều đồ thị mà chúng không cản trở lẫn nhau, ta có thể

vẽ chúng vào các cửa sổ đồ họa khác nhau bằng cách sử dụng lệnh figure, khi đó xuất

hiện thêm nhiều cửa sổ mới mà vẫn giữ nguyên cửa sổ cũ

g Chia cửa sổ đồ họa thành nhiều phần nhỏ

Để vẽ nhiều cửa sổ đồ họa trên cùng một trang giấy ta dùng lệnh subplot, đồ thị

sẽ được vẽ ở phần giấy tương ứng và được chỉ trong lệnh

Cú pháp: subplot(m,n,p) hoặc subplot(mnp)

Giải thích: subplot(m,n,p) hoặc subplot(mnp) chia cửa sổ đồ họa thành mn vùng để

vẽ nhiều đồ thị trên cùng một cửa sổ

m: số hàng được chia

n: số cột được chia p: số thứ tự vùng chọn để vẽ đồ thị

Nếu khai báo p > mn thì sẽ xuất hiện một thông báo lỗi

Ví dụ: Chia cửa sổ đồ họa thành 23 vùng và hiển thị trục của cả 6 vùng

Hình 1.15 Cửa sổ của lệnh subplot tạo ra

1.4.2 Một số kiến thức về Simulink sử dụng trong mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập

1.4.2.1 Khởi động Simulink

Simulink là chương trình mở rộng của MATLAB cho phép biểu thị các hàm toán học, các quá trình và các hệ thống dưới dạng sơ đồ khối, nhằm mô phỏng quá trình hoạt động của các hệ thống này Simulink đặc biệt hiệu quả đối với sự khảo sát các hệ thống động, tuyến tính hoặc phi tuyến Để mô phỏng các hệ thống, Simulink được trang bị một thư viện rất phong phú với nhiều khối chức năng đa dạng Hơn thế nữa, người sử dụng còn có thể tạo thêm các khối chức năng đặc trưng của riêng mình

bổ sung cho Simulink trong quá trình tính toán

Để khởi động Simulink, sau khi đã có cửa sổ lệnh (command windows) của MATLAB, bạn chỉ cần đánh lệnh Simulink, khi đó một cửa sổ thư viện Simulink sẽ

được mở ra dưới dạng hình 4.1:

Phần cửa sổ bên trái là danh sách các thư viện như: Simulink, Aerospace Blockset, Communication BI, SimpowerSystem v.v Nếu kích chuột trái vào tên các thư viện tương ứng, chẳng hạn “Simulink”, thì sẽ có một danh mục các thư viện con hiển thị ở bên phải cửa sổ (hình 4.1)

Hình 1.16 Cửa sổ thư viện Simulink

1.4.2.2 Thư viện Math Operations

Hình 1.17 Cửa sổ thư viện Math Operations

Nếu tiếp tục kích chuột trái vào tên thư viện con (bên trái) hoặc kích đúp vào biểu tượng thư viện “Math Operations” (bên phải), thì các khối chức năng của thư viện này sẽ hiển thị trên màn hình (hình 4.2) Các khối chức năng được hiển thị dưới dạng

mô hình có các đầu vào và đầu ra, tên của các khối và các hàm truyền đạt, hoặc đặc tính của khối biểu thị ở trung tâm khối Chúng ta sẽ xét một số khối cơ bản:

a Khối Sum hoặc Add

Hình 1.18 Hộp hội thoại khai báo khối Sum

Khối Sum (Add) cho phép cộng các tín hiệu đầu vào Tín hiệu vào có thể là số

vô hướng (scalar) hoặc vecto Có thể có một hoặc nhiều tín hiệu đầu vào Nếu ở đầu

vào có nhiều tín hiệu hỗn hợp, thì khối Sum sẽ xác định tổng từng phần tử Nếu ở đầu vào có một tín hiệu dạng vecto, thì Sum sẽ cộng thành số scalar ở đầu ra Để khai báo các tham số của khối ta kích đúp vào giữa biểu tượng, khi đó sẽ có hộp thoại được mở

ra (xem hình 4.3) Thường mặc định Sum có hai đầu vào, đê khai báo số lượng đầu vào cần gõ vào danh sách các dấu + hoặc – tùy vào dấu của tín hiệu đầu vào

b Khối Product và Dot Product

Khối Product thực hiện phép nhân/chia từng phần tử tín hiệu vào Số lượng các đầu vào được khai báo ở hộp hội thoại, xuất hiện khi ta kích đúp vào biểu tượng (hình 4.4) Nếu chọn ở ô Multiplication là Element-wise thì kết quả đầu ra sẽ là tích/thương của từng phần tử tín hiệu vào kiểu như phép tính nhân vecto: y=x1* x2 Nếu chỉ có mottj đầu vào tín hiệu vecto, thì kết quả đầu ra sẽ là tích các phần tử vecto Nếu ở ô Multiplication chọn Matrix, giả dụ với ba tín hiệu vào là các ma trận A, B, C, thì kết quả ở đầu ra sẽ là ABC-1

Khối Dot Product cho phép xác định tích vô hướng của các vecto đầu vào Giá

trị đầu ra tương đương với phép y=sum(conj(x 1 ).x 2 )

Hình 1.19 Hộp hội thoại khai báo khối Product

c Khối Gain và Slide Gain

Khối Gain để khuếch đại tín hiệu đầu vào Tham số khuếch đại có thể là một số

hoặc một biến (là biến thì phải tồn tại trong MATLAB workspace) Khi khai báo, tại ô Multiplication, ta lựa chọn phép tính phù hợp Phép nhân của biến với Gain được thực hiện theo phương thức nhân từng phần tử hay nhân ma trận