1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
CÁC BÀI THÍ NGHIỆM
MÔN HỌC
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
PHẦN PHI TUYẾN
KHỐI THIẾT BỊ ĐIỆN; HỆ THỐNG ĐIỆN ( 3 bài)
ảnh hưởng của bộ điều khiển đến đáp ứng quá độ của hệ
thống và đánh giá chất lượng hệ
thống.
II. CHUẨN BỊ :
Để thực hiện các yêu cầu trong bài thí nghiệm này, sinh viên cần phải chuẩn bị kỹ và hiểu rõ
các khối cơ bản cần thiết trong thư viện của SIMULINK. Sau khi khởi động Matlab 6.5, ta
gõ lệnh simulink hoặc nhấn vào nút simulink trên thanh công cụ thì cửa sổ SIMULINK hiện
ra: 2 thư viện chính áp dụng trong bài thí nghiệm này
Các thư viện con trong
2
Chú ý:
o Sinh viên phải đọc kỹ và chuẩn bị các bài thí
nghiệm (
Bao gồm giải đáp các vấn đề được
gạch chân nêu trong bài).
o Trước khi vào phòng thí nghiệm, cán bộ
hướng dẫn thí nghiệm sẽ kiểm tra bài chuẩn bị
của tất cả các bài thí nghiệm sẽ tiến hành trong
buổi. Sinh viên không có bài chuẩn bị sẽ không
được tiến hành thí nghiệm.
o Phải nộp báo cáo thí nghiệm sau khi thí
nghiệm tối đa 1 tuần.
o Cán bộ hướng dẫn thí nghiệm:
ThS. Nguyễn Việt Dũng, liên hệ: 04 38692985
KS. Đoàn Thị Thu Hà, liên hệ: 04 38692985
nhiên (cài đặt các dạng sóng này trong mục Wave form).

b. Các khối tải – thiết bị khảo sát ngõ ra (sink):

Khối Mux (ở thư viện Simulink \ Signals Routing) là bộ ghép kênh
nhiều ngõ vào 1 ngõ ra, từ ngõ ra này ta đưa vào Scope để xem nhiều
tín hiệu trên cùng một cửa sổ. Double click vào khối này để thay đổi
số kênh đầu vào (trong mục Number of inputs)

Khối Scope (ở thư viện Simulink \ Sinks) là cửa sổ xem các tín hiệu
theo thời gian, tỉ lệ xích của các trục được điều chỉnh tự động để
quan sát tín hiệu một cách đầy đủ.

Khối XY Graph dùng để xem tương quan 2 tín hiệu trong hệ thống
(quan sát mặt phẳng pha).

c.Các khối xử lý – khối động học :

Khối Sum (ở thư viện Simulink \ Math Operations) là bộ tổng (cộng
hay trừ) các tín hiệu, thường dùng để lấy hiệu số của tín hiệu đặt với
tín hiệu phản hồi. Double click để thay đổi dấu của bộ tổng.

Khối Gain (ở thư viện Simulink \ Math Operations) là bộ tỉ lệ. Tín
hiệu sau khi qua khối này sẽ được nhân với giá trị Gain. Double click
để thay đổi giá trị độ lợi Gain.

Khối Transfer Fcn (ở thư viện Simulink \ Continuous) là hàm truyền
của hệ tuyến tính. Double click để thay đổi bậc và các hệ số của hàm
truyền. Cài đặt các thông số:
_ Numerator : các hệ số của đa thức tử số

KI: hệ số tích phân (integral term)
KD: hệ số vi phân (derivative term)

II.2. Các bước tiến hành để xây dựng một ứng dụng mới trong SIMULINK:
_ Sau khi khởi động Matlab, gõ lệnh simulink hoặc nhấn vào nút simulink trên thanh công
cụ thì cửa sổ SIMULINK hiện ra (như ở hình vẽ Trang 1)
_ Trong cửa sổ SIMULINK, vào menu File / New để mở cửa sổ cho một ứng dụng mới.
Kích chuột vào các thư viện đã giới thiệu ở mục II.1 để chọn khối cần tìm. Kích chuột trái
vào khối này, sau đó kéo và thả vào cửa sổ
ứng dụng vừa mới tạo ra. Double click vào khối
này để cài đặt và thay đổi các thông số.
_ Có thể nhân số lượng các khối bằng cách dùng chức năng Copy và Paste. Kích chuột trái
nối các ngõ vào / ra của các khối để hình thành sơ đồ hệ thống.
_ Có thể dời một hoặc nhiều khối từ vị trí này đến vị trí khác bằng cách nhấp chuột để chọn
các khối đó và kéo đến vị trí mới. Dùng phím Delete để xóa các phầ
n không cần thiết hay bị
sai khi chọn.
_ Có thể viết chú thích trong cửa sổ ứng dụng bằng cách double click vào một vị trí trống và
gõ câu chú thích vào. Vào menu Format / Font để thay đổi kiểu chữ.
_ Như vậy, mô hình hệ thống đã xây dựng xong. Bây giờ tiến hành mô phỏng hệ thống bằng
cách vào menu Simulation / Simulation Parameters để cài đặt các thông số mô phỏng.
Cửa sổ Simulation Parameters hiện ra như sau:
_ Start time : thời điểm bắt đầu mô phỏng. Mặc định ch
ọn bằng 0.
_ Stop time : thời điểm kết thúc mô phỏng. Giá trị này chọn theo đặc tính của hệ thống. Nếu
hệ thống có thời hằng lớn thì giá trị Stop time cũng phải lớn để quan sát hết thời gian quá độ
của hệ thống.
_ Các thông số còn lại chọn mặc định như ở hình kế bên.
_ Chạy mô phỏng bằng cách vào menu Simulation / Start. Khi thời gian mô phỏng bằng giá
trị Stop time thì quá trình mô phỏng dừng lạ

T
e
s
zoh
X

Đối tượng
1
(1)
+
ss

T=1
Y Thời gian lấy mẫu T=1s
Phương pháp giữ mẫu bậc 0 : 'ZOH' ZERO ORDER HOLD
- Xác định hàm truyền của hệ thống xung hở

1
−
−
s
T
e
s

- Xác định hàm quá độ và hàm trọng lượng của hệ thống xung kín
c. Chương trình

>>G=tf(1,[1 1 0])
>>G1=c2d(G,1,'zoh')
>>Gk=feedback(G1,1)
>>step(Gk)
>>impulse(Gk)

5
2. Khảo sát tính ổn định của hệ thống xung số
a. Nội dung
- Cho một hệ thống điều khiển số như sau

1
−
−
s
T
e
s

- Vẽ quĩ đạo nghiệm số và xác định trị số giới hạn K theo tiêu chuẩn ổn định của
hệ xung số
- Thay trị số K
gh
vào hệ thống và kiểm tra quá trình quá độ trong hệ thống kín
- Chỉnh định K để hệ thống ổn định và có quá trình quá độ đạt các chỉ tiêu chất
lượng
b. Chương trình

>>G=tf(1,[1 1 0])
>>G1=c2d(G,0.1,'zoh')
>>rlocus(G1); hold on
>>x=[-1 :0.01:1]; y=sqrt(1-x.^2);
>>plot(x,y,x,-y)
>>[K,p]=rlocfind(G1)
>>Gk=feedback(K*G1,1)
>>hold off
>>step(Gk,10)
YÊU CẦU VIẾT BÁO CÁO
- Vẽ sơ đồ của hệ thống điêu khiển số, sơ đồ của hệ thống xung hở và hệ thống
xung kín

y
a
-a
y
-b b
x x
c. Khâu rơle 2 vị trí lý tưởng d. Khâu rơle 2 vị trí có trễ y
a
-a
y
a
-a
-b b
x
x
e.Khâu rơle 3 vị trí lý tưởng Khâu rơle 3 vị trí có trễ

x
y
-b
b

3 vị trí lý
tưởng
Khâu rơ le 3
vị trí có trễ
a b a a b a b a b c
Nhóm 1 1 0.5 1.5 1.5 0.5 1.5 0.5 1.5 0.5 1
Nhóm 2 2 1 2.5 2.5 1 2.5 1 2.5 1 2
Nhóm 3 1.5 1.5 1 1 1.5 1 1.5 1 1.5 3
Nhóm 4 2.5 2 2 2 1 2 1 2 1 2
Nhóm 5 0.5 2.5 0.5 1.5 0.5 1 1.5 1 1.5 2.5
2.Nội dung
a. Thành lập mô hình của các khâu phi tuyến cơ bản
b. Khảo sát quan hệ vào ra của các khâu phi tuyến và ghi lại các đặc tính phi tuyến điển
hình ( có tín hiệu vào là hình sin hoặc răng cưa)
3.Báo cáo thí nghiệm
- Vẽ sơ đồ khối của các khâu phi tuyến tính cơ bản
- Vẽ đặc tính của các khâu phi tuyến tính cơ bản

7

II. PHƯƠNG PHÁP MẶT PHẲNG PHA
1.Mục đích
Áp dụng phương pháp mặt phẳng pha để phân tích các hệ thóng tuyến tính và phi tuyến.

2.Nội dung
a. Khảo sát quĩ đạo pha của một hệ thống tuyến tính bậc 2 có sơ đồ như sau:

Sơ kiện: x
1
(0)=10; x

- Hệ thống ổn định, ở biên giới ổn định và không ổn định
- Nhận xét kết qu
ả
b. Vẽ sơ đồ khối và quĩ đạo pha của hệ thống phi tuyến tính trong các trường hợp :
g. F(x) là khâu rơ le hai vị trí
h. F(x) là khâu rơ le hai vị trí có trễ
i. F(x) là khâu rơ le ba vị trí
j. F(x) là khâu rơ le ba vị trí có trễ

8
k. Nhận xét kết quả

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 3.
ĐIỀU KHIỂN MỜ

A. Mục đích thí nghiệm
Giúp cho sinh viên hiểu và có khả năng vận dụng lý thuyết vào giải quyết một bài toán
tổng hợp hệ thống thông qua ví dụ về thiết kế bộ điều khiển mờ tĩnh cho một đối tượng bậc
4 sử dụng công cụ tính toán và mô phỏng Matlab.
B. Yêu cầu
¾ Sinh viên cần phải nắm vững các khái niệ
m về ổn định, các tiêu chuẩn xét tính ổn định
của hệ thống (bao gồm các tiêu chuẩn xét tính ổn dịnh của hệ tuyến tính, hệ phi tuyến, và
đặc biệt là tiêu chuẩn xét tính ổn định tuyệt đối Popov).
¾ Trước khi tiến hành thí nghiệm, sinh viên cần phải đọc tài liệu hướng dẫn thí nghiệm để
nắm được các bước thao tác cơ bản với “Fuzzy logic Toolbox”.
C. Bài thí nghiệm

1

s^4 + 4.222 s^3 + 5.788 s^2 + 2.852 s + 0.4424

>> pole(Gh) % Tính giá trị các điểm cực của hệ Gh
ans = % Từ đó rút ra kết luận về tính ổn định của hệ kín
-1.9098
-1.5006
-0.5069
Áp dụng tiêu chuẩn Popov để xác định góc giới hạn của đặc tính phi tuyến.
Có thể vẽ đặc tính tần số Popov của đối tượng đã cho bằng tay, hoặc sử dụng Matlab để vẽ.
Hàm Matlab thực hiện việc vẽ đặc tính tần số Popov như sau

9

Đặc tính tần số Popov sẽ được vẽ trong 1 cửa sổ figure. Vẽ đường thằng Popov bằng
cách chọn Insert->Line, rồi kéo đường thẳng đó đến vị trí mong muốn. Từ đó xác định
điểm
max
1
k
−
là giao của đường thẳng Popov với trục thực của đặc tính tần số Popov. Đặc tính
phi tuyến cần tìm sẽ phải thỏa mãn
(
)
0
fe
k
e

¾ Trước tiên, vẽ ra giấy đặc tính phi tuyến cần tổng hợp, có thể chuẩn hóa tín hiệu vào và
ra trong dải
(hình 2) . Sau đó sử dụng Fuzzy logic Toolbox để tổng hợp đặc tính đó,
sử dụng cửa sổ “Surface Viewer” để kiểm tra đặc tính phi tuyến tổng hợp được (hình 3).
-1,1
⎡
⎣
⎤
⎦
¾ Sau đó, Export hệ mờ tổng hợp được ra Workspace. Tạo một mô hình Simulink mới, xây
dựng mô hình hệ kín tương tự như mô hình trong hình 4. trong đó khâu “Saturation” là khâu
khuyếch đại bão hòa, có nhiệm đảm bảo tín hiệu vào bộ điều khiển mờ không vượt ra khỏ
i
dải cho phép
. -1,1
⎡⎤
⎣⎦
¾ Cuối cùng, cài đặt các tham số của Simulink (thời gian mô phỏng…). Chạy mô phỏng,
đánh giá chất lượng của hệ kín và điều chỉnh lại đặc tính của khâu phi tuyến cho đến khi đạt
yêu cầu về chất lượng (do cán bộ hướng dẫn đánh giá).

10Hình 2: Các hàm liên thuộc vào và ra Hình 3: Đặc tính điều khiển phi tuyến do bộ điều khiển mờ tạo ra

Hình 4: Mô hình mô phỏng sử dụng Simulink

47
4.5 12.4 12 21.6
8
7.6 1.6 19.4 2.8
48
0.1 14.9 9.4 18.8
9
6.5 2.4 13.8 2.8
49
1.8 5 0.1 3
10
7.3 6.4 13.4 13.9
50
8.6 14.9 17.7 6.6
11
6.4 11.1 10.2 0.4
51
0.1 11.1 15 3.9
12
4.4 3.9 2.1 9.1
52
0.3 10.6 13.6 13

11
13
8 10.7 19.8 13.5
53
6 1.9 11.8 23.4
14
2.6 10.1 13.9 22.2

22
3.8 1.9 10.7 22.5
62
7.3 12.7 14.8 28.7
23
2.3 10.7 1.2 1.9
63
8.2 10.6 13.3 13.1
24
3.9 14.3 19.5 3.7
64
7.5 11.7 13.1 20.9
25
7.9 0.7 10.8 21.8
65
5.2 3.3 19.2 13.7
26
0.8 11.2 1.4 23.7
66
4.4 2.2 7.7 0.2
27
4.9 11.7 9.9 15.2
67
9.8 2.5 4.9 18.7
28
6 10.7 9.2 29.2
68
4.3 12.7 8.5 28.8
29
0 11.5 2.3 0.4

37
1.7 3.1 5 24.4
77
0.5 9.1 11.9 18
38
3.8 14.9 14.2 4.9
78
7 4.7 1.5 20.9
39
5.8 3.1 12.2 19.4
79
3 3 9.2 18.7
40
5.3 5.7 3.5 26.6
80
8 8.7 15.8 27.8

Chú ý: Số liệu cho các hệ số của đa thức đặc tính của hàm truyền đạt đối tượng. Hàm truyền
của đối tượng có dạng
()
432
321
1
Gs
sasasasa
=
++++
0

- Mỗi sinh viên sử dụng bộ số liệu tương ứng với số thứ tự của mình trong danh sách lớp.

Khõu rle 2 v trớ lý tng

4.
Khõu rle 2 v trớ cú tr

5.
Khõu rle 3 v trớ lý tng

6.
Khõu rle 3 v trớ cú tr

13

Bµi 2b. Cách thành lập trong simulink để vẽ quĩ đạo pha của hệ thống phi tuyến tính
trong trường hợp

Trong đó khối F(x) ta lần lượt thay là các khâu rơ le 2 vị trí, rơ le 2 vị trí có trễ, rơ le 3 vị trí,
rơ le 3 vị trí có trễ GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ
FUZZY LOGIC TOOLBOX TRONG MATLAB
1. Fuzzy Logic Toolbox là gì?
“Fuzzy Logic Toolbox” là một tập các hàm được xây dựng trong môi trường
Matlab. Nó cung cấp các công cụ để tạo và soạn thảo các hệ thống suy luận mờ trong
Matlab, hoặc tích hợp vào mô phỏng với Simulink. Ngoài ra, có thể xây dựng các
chương trình C độc lập để gọi hệ mờ xây dựng trong Matlab. Toolbox này chủ yếu sử
dụng các công cụ với giao diện đồ họa (Graphical User Interface – GUI), hoặc cũng
có thể được sử dụng từ “command line” (dòng lệnh).


¾ View->Surface: Cửa sổ “Surface Viewer”.
• Nếu đặc tính vào ra của hệ mờ thỏa mãn yêu cầu thiết kế thì để có thể sử dụng
trong mô phỏng, cần phải “lưu” cấu hình vừa khai báo. Có 2 cách để lưu cấu hình hệ
mờ
¾ File->Export->To WorkSpace… Lư
u cấu hình hệ mờ trong “không gian làm
việc” của Matlab. Khi đó hệ mờ đã sẵn sàng để sử dụng trong mô phỏng (sử dụng
Simulink). Tuy nhiên, cấu hình của hệ sẽ bị mất khi thoát khỏi môi trường Matlab.
¾ File->Export->To Disk… Cấu hình hệ mờ sẽ được cất trong đĩa cứng.
Ấn đúp vào biểu tượng
tín hiệu vào để khai báo
hàm liên thuộc vào
Ấn đúp để soạn luật
Ấn đúp vào biểu tượng
tín hiệu ra để khai báo
hàm liên thuộc ra
Tên của hệ mờ
Có thể thay đổi bằng
cách chọn Save as
Lựa chọn các hàm
sử dụng trong hệ,
VD như phương
pháp giải mờ

Hình 7: Cửa sổ thiết kế chính “FIS Editor” 16