LÝ THUYẾT MÔ HÌNH VÀ TỐI ƢU
Th.S Nguyễn Tấn Phúc.
Email:phucnt@hcmuaf.edu.vn Tel: 0126.7102772.
MÔ HÌNH HÓA
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG CƠ
Phương trình cân bằng
HỆ THỐNG NHIỆT
VÍ DỤ
Mô hình hóa hệ thống nhúng
Mô hình hóa tay máy hai bậc tự do
Hệ thống sấy
MỘT SỐ VÍ DỤ MÔ PHỎNG VỚI MATLAB
SIMULINK
Giải pt bậc thấp
Giải pt bậc cao
Mô phỏng Hệ thống liên tục đơn giản
Mô phỏng hệ ptrình vi phân bậc cao
Phương trình vi phân cấp cao- hệ tuyến tính
Mô hình hoá hệ phi tuyến
Mô hình hóa hệ pt vi phân- có đk ban đầu
Xây dựng mô hình hệ thống xe tải
Mô hình hệ thống điều khiển vị trí motor DC
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 điện động
R = 10 ohm là điện trở dây quấn
L = 0.5 H là hệ số tự cảm
V là điện áp đặt lên cuộn dây của motor
q là vị trí trục quay (ngõ ra của mô hình)
i là dòng điện 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 điện R,L,C mắc nối tiếp
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
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
2 3
1
A 0
B t
sin 20
0
0
C 1 D 0
MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG MATLAB
HÀM TRUYỀN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNG Hệ thống điều khiển tốc độ motor DC
Hàm truyền:
Biến đổi Laplace 2 vế ta được:
Hay:
đặt 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
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID
Trong đó hàm truyền của khâu PID là:
KP là độ lợi của khâu tỉ lệ (Proportional gain) KI là độ lợi của khâu tích phân (Integral gain) KD là độ lợi khâu vi phân (Derivative gain) Bộ điều khiển tỉ lệ P
Step State -Space
x' = Ax+Bu y = Cx+Du
Scope Gain
kp
Bộ điều khiển PID
Transfer Fcn s
kd.s +kp.s+ki2
Step State -Space
x' = Ax+Bu y = Cx+Du
Scope
LẬP TRÌNH GUI TRONG MATLAB
1. MỞ PHẦN MỀM.
2. CÁC CÔNG CỤ TRONG CỬA SỔ GUI . 3. KÉO THẢ CÁC ĐIỀU KIỆN.
4. THAY ĐỔI CÁC THUỘC TÍNH CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN.
5. VIẾT LỆNH CHO CHƯƠNG TRÌNH.
1.MỞ PHẦN MỀM
Mở phần mềm, gõ lệnh sau vào command>>guide
Blank GUI (Default): Hộp thoại GUI trống không có điều 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 để hiển thị đồ thị.
* Modal Question Dialog: Hộp thoại đặt câu hỏi Yes, No.
Create New GUI: Tạo một hộp thoại GUI mới:
Open Existing GUI: mở hộp thoại project có sẵn
2.CÁC CÔNG CỤ TRONG CỬA SỔ GUI.
Các nút điều 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 điều 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 đó.
Radio Button: Nút nhỏ hình tròn để lựa chọn (Options)
Menu Tool có:
* Run(Ctr+T): chạy chương trình mà đã viết.
* Align Object: sắp xếp các điều 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 điều 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, đồng thời xuất hiện cửa sổ Editor và đang mở file TUT01.m và Trong thư mục đang 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
Chương trình có chức năng khi nhấn vào nút bấm thì kết quả của phép cộng giữa 2 số được gõ vào 2 ô sẽ hiện lên trong Static Text
Thay đổi các thuộc tính:
Click đúp vào Edit Text bên trái để xuất hiện cửa sổ các thuộc tính của điều 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.
Thuộc tính quan trọng của Edit Box bao gồm:
Tag: là thuộc tính giống như Caption trong Visual Basic để đặt tên điều khiển. Dùng tên này có thể thao tác đến cá thuộc tính của đối tượng. (vd editstr1).
String: là chuổi kí tự hiện lên Edit Box.
Tương tự, thay đổi 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, điều khiển nào cũng có hàm Callback, như hàm ngắt trong vi điều khiển.
Hàm có một tham số:
* hObject: handle của điều khiển bottoncalculate
* handles:là một cấu trúc chứa tất cả các điều khiển và dữ liệu người dùng dùng để truy xuất các điều khiển khác.
Qua thuộc tính tag của các điều khiển truy xuất đến thuộc tính string của các điều 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’): đặt giá trị
* str2num: biến từ string sang số
* num2str để biến trở lại.
Viết hàm nhƣ sau:
Nhấn nút Run để kiểm tra kết quả:
