HỆ THỐNG ðIỆN

1

LÝ THUYẾT MÔ HÌNH VÀ TỐI ƯU

Th.S Nguyễn Tấn Phúc.

Email:phucnt@hcmuaf.edu.vn Tel: 0126.7102772.

MÔ HÌNH HÓA

2

HỆ THỐNG ðIỆN

HỆ THỐNG CƠ

3

Phương trình cân bằng

4

HỆ THỐNG NHIỆT

5

6

VÍ DỤ

Mô hình hóa hệ thống nhúng

7

8

9

Mô hình hóa tay máy hai bậc tự do

10

11

Hệ thống sấy

12

MỘT SỐ VÍ DỤ MÔ PHỎNG VỚI MATLAB

SIMULINK

13 Giải pt bậc thấp

Giải pt bậc cao

Mô phỏng Hệ thống liên tục ñơn giản

Mô phỏng hệ ptrình vi phân bậc cao

14 Phương trình vi phân cấp cao- hệ tuyến tính

Mô hình hoá hệ phi tuyến

15 Mô hình hóa hệ pt vi phân- có ñk ban ñầu

Xây dựng mô hình hệ thống xe tải

16

Mô hình hệ thống

J = 0.01 Kgm2/s2 là moment quán tín của rotor b = 0.1 Mms là hệ số ma sát của các bộ phận cơ khí K = Ke = Kt = 0.01 Nm/A là hằng số sức ñiện ñộng

R = 10 ohm là ñiện trở dây quấn

L = 0.5 H là hệ số tự cảm

V là ñiện áp ñặt lên cuộn dây của motor

θ là vị trí trục quay (ngõ ra của mô hình)

i là dòng ñiện chạy trong cuộn dây của motor.

di /dt i

sum

d2theta /dt 2 dtheta /dt

inertia 1/J inductance

1/L dtro

R

damping b V

Scope Kt

K Ke K

Integrator 2 1 s Integrator 1

1 s Integrator

1 s

Mô phỏng mạch ñiện R,L,C mắc nối tiếp

17

Mạch R,L,C mắt song song

V(t) tichphanV

Sine Wave

Scope Integrator

1 s

Gain 2 C

Gain 1 1/L

Gain R Derivative

du /dt

Add

Mạch R nối tiếp L,C mắt song song

i(t)

dVc /dt ic(t)

V

ic (t)

tfvc (t)

Transfer Fcn 1 s 2

Sine Wave Scope 1

Integrator 1 s Gain 5

1/C

Gain 4 C

Gain 3 1/C

Gain 2 1/L Gain 1

1/R

18

Mô phỏng hệ thống lò xo

u = F

u x'' x' x

Step Integrator 1 Scope

1 s Integrator

1 s

Gain 2 Gain 1 k

c Gain 1/m

Phương trình trạng thái: Dạng tổng quát:

X’ = AX + BU Y = CX + DU



 





−

−

= 3 2 1

A 0 



 



=

t B 20sin

0



 



= 0

C 1 D=0

19

MÔ HÌNH HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TỰ ðỘNG ỨNG DỤNG MATLAB

HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNG Hệ thống ñiều khiển tốc ñộ motor DC

Hàm truyền:

Biến ñổi Laplace 2 vế ta ñược:

Hay:

ñặt x1 = dθ/dt và x 2 = i , ta có:

Phương trình trạng thái: Dạng tổng quát:

X’ = AX + BU Y = CX + DU

State -Space x' = Ax+Bu y = Cx+Du

Sine Wave Scope

20

BỘ ðIỀU KHIỂN PID

Trongñó hàm truyền của khâu PID là:

KP là ñộ lợi của khâu tỉ lệ (Proportional gain) KI là ñộ lợi của khâu tích phân (Integral gain) KD là ñộ lợi khâu vi phân (Derivative gain) Bộ ñiều khiển tỉ lệ P

Step State -Space

x' = Ax+Bu y = Cx+Du

Scope Gain

kp

Bộ ñiều khiển PID

Transfer Fcn s kd.s +kp.s+ki2

Step State -Space

x' = Ax+Bu y = Cx+Du

Scope

L Ậ P TRÌNH GUI TRONG MATLAB

1. MỞ PHẦN MỀM.

2. CÁC CÔNG CỤ TRONG CỬA SỔ GUI . 3. KÉO THẢ CÁC ðIỀU KIỆN.

4. THAY ðỔI CÁC THUỘC TÍNH CỦA CÁC ðIỀU KIỆN.

5. VIẾT LỆNH CHO CHƯƠNG TRÌNH.

21

1.MỞ PHẦN MỀM

Mở phần mềm, gõ lệnh sau vào command>>guide

Blank GUI (Default): Hộp thoại GUI trống không có ñiều khiển unicontrol nào cả.

* GUI With Unicontol: Hộp thoại GUI với vài unicontrol như button,…, chương trình có thể chạy ngay.

* GUI With Axes Menu: Hộp thoại với một unicontrol axse và button, các menu ñể hiển thị ñồ thị.

* Modal Question Dialog: Hộp thoại ñặt câu hỏi Yes, No.

Create New GUI: Tạo một hộp thoại GUI mới:

Open Existing GUI: mở hộp thoại project có sẵn

22

2.CÁC CÔNG CỤ TRONG CỬA SỔ GUI.

Các nút ñiều khiển khác:

Check Box, Edit Text, Static Text, Pop-up Menu, List Box, Axes, Panel, Button Group, AtiveX Control, Toggle Button.

• Giao diện rất giống với các chương trình lập trình giao diện như Visual Basic, Visual C++,…

Di chuột qua các biểu tượng ở bên trái sẽ thấy tên của các ñiều khiển.

Push Button: giống như nút command button trong VB. Là các nút bấm như nút OK,Cancel,..

Slider: Thanh trược có một con trược chạy trên ñó.

Radio Button: Nút nhỏ hình tròn ñể lựa chọn (Options)

23 Menu Tool có:

* Run(Ctr+T): chạy chương trình mà ñã viết.

* Align Object: sắp xếp các ñiều khiển

* Grid and Rulers: lưới trong giao diện (như một ma trận các ô vuông nhỏ), và sắp xếp vị trí.

Menu Editor: tạo menu cho ñiều khiển.

* Tab Order Editor: sắp xếp Tab order là thứ tự khi ta nhấn phím Tab

* Gui Options: lựa chọn cho giao diện GUI

Khi lưu dưới tên: TUT01, ñồng thời xuất hiện cửa sổ Editor và ñang mở file TUT01.m và Trong thư mục ñang lưu sẽ có 2 file là:

- TUT01.fig: file này chứa giao diện của chương trình

- TUT01.m: file chứa các mã thực thi chương trình như các hàm khởi tạo, các hàm callback,…

Ví dụ thực hành:

kéo vào trong giao diện 2 edit box, 1 static box và 1 push botton

24 Chương trình có chức năng khi nhấn vào nút bấm

thì kết quả của phép cộng giữa 2 số ñược gõ vào 2 ô sẽ hiện lên trong Static Text

Thay ñổi các thuộc tính:

Click ñúp vào Edit Text bên trái ñể xuất hiện cửa sổ các thuộc tính của ñiều khiển. Có thể sắp xếp theo chức năng hoặc theo thứ tự A-Z của tên thuộc tính bằng nút hiện ở gõ bên trái.

25 Thuộc tính quan trọng của Edit Box bao gồm:

Tag: là thuộc tính giống như Caption trong Visual Basic ñể ñặt tên ñiều khiển. Dùng tên này có thể thao tác ñến cá thuộc tính của ñối tượng. (vd editstr1).

String: là chuổi kí tự hiện lên Edit Box.

Tương tự, thay ñổi thuộc tính tag của Edit Box thứ 2 thành editstrl2. Static Box cũng tương tự thành staticstr3.

Push Botton: thuộc tính tag = buttonCalculate, String =calculate.

VIẾT LỆNH CHO CHƯƠNG TRÌNH:

Chương trình có tác dụng khi nhấn vào nút Push Button sẽ hiện lên kết quả ở Static Box viết vào hàm này mà khi nhấn vào nút Push Box sẽ gọi.

Hàm Callback, ñiều khiển nào cũng có hàm Callback, như hàm ngắt trong vi ñiều khiển.

26 Hàm có một tham số:

* hObject: handle của ñiều khiển bottoncalculate

* handles:là một cấu trúc chứa tất cả các ñiều khiển và dữ liệu người dùng dùng ñể truy xuất các ñiều khiển khác.

Qua thuộc tính tag của các ñiều khiển truy xuất ñến thuộc tính string của các ñiều khiển editstr1, editstr2, editstr3 bằng các lệnh get, set.

* Get(handles.tag_dieu_khien,’ten thuoc tinh’): lấy giá trị

* set(handles.tag_dieu_khien,’ten_thuoc_tinh’,’gia_tri’): ñặt giá trị

* str2num: biến từ string sang số

* num2str ñể biến trở lại.

Viết hàm như sau:

27 Nhấn nút Run ñể kiểm tra kết quả:

TỐI ƯU HÓA

Bài toán quy hoạch tuyến tính tốiưu hóa dùng excel.

Bài toán quy hoạch tuyến tính dùng mathlab.

28

BÀI TOÁN ðẶT RA

CÂU LỆNH EXCEL

29

DÙNG CÂU LỆNH MATHLAB

MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG

30 Mô phỏng

mặt ñồng (Laser leveling)

Mô phỏng nhiệt ñộ trong nhà kính