LÝ THUYẾT MÔ HÌNH VÀ TỐI ƢU

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

Phƣơng 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.

idi /dt

sum

d2theta /dt2 dtheta /dt

inertia

1/J

inductance

1/L

dtro

R

damping

b

V

ScopeKt

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/dtic(t)

V

ic(t)

tfvc (t)

Transfer Fcn

1

s 2

Sine WaveScope 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

ux'' x' x

StepScopeIntegrator 1

1

s

Integrator

1

s

Gain 2

kGain 1

c

Gain

1/m

Phƣơng trình trạng thái: Dạng tổng quát:

X’ = AX + BU

Y = CX + DU

23

10A

tB

sin20

0

0

1C 0D

MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG MATLAB

HÀM TRUYỀN VÀ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNG

Hệ thống điều khiển tốc độ motor DC

Hàm truyền:

Biến đổi Laplace 2 vế ta đƣợc:

Hay:

đặt x1 = dθ/dt và x 2 = i , ta có:

Phƣơng 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

ScopeGain

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 CHƢƠNG 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 nhƣ button,…,

chƣơng 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 chƣơng trình lập trình giao diện nhƣ Visual

Basic, Visual C++,…

Di chuột qua các biểu tƣợng ở bên trái sẽ thấy tên của các điều khiển.

Push Button: giống nhƣ nút command button trong VB. Là các nút bấm

nhƣ nút OK,Cancel,..

Slider: Thanh trƣợc có một con trƣợc chạy trên đó.

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

Menu Tool có:

* Run(Ctr+T): chạy chƣơng trình mà đã viết.

* Align Object: sắp xếp các điều khiển

* Grid and Rulers: lƣới trong giao diện (nhƣ 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 lƣu dƣới tên: TUT01, đồng thời xuất hiện cửa sổ Editor và

đang mở file TUT01.m và Trong thƣ mục đang lƣu sẽ có 2 file là:

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

- TUT01.m: file chứa các mã thực thi chƣơng trình nhƣ 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

Chƣơng trình có chức năng khi nhấn vào nút bấm

thì kết quả của phép cộng giữa 2 số đƣợc 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 nhƣ Caption trong Visual Basic để đặt

tên điều khiển. Dùng tên này có thể thao tác đến cá thuộc tính

của đối tƣợng. (vd editstr1).

String: là chuổi kí tự hiện lên Edit Box.

Tƣơng tự, thay đổi thuộc tính tag của Edit Box thứ 2 thành

editstrl2. Static Box cũng tƣơng tự thành staticstr3.

Push Botton: thuộc tính tag = buttonCalculate,

String =calculate.

VIẾT LỆNH CHO CHƢƠNG TRÌNH:

Chƣơng 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, nhƣ

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

ngƣời 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: