Giáo trình tin học ứng dụng

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GGiáo trình UTT.

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI TS TẠ TUẤN HƢNG (Chủ biên) ThS NGUYỄN THÀNH NAM, ThS ĐỖ THÀNH PHƢƠNG ThS CHU VĂN HUỲNH, ThS VŨ THẾ TRUYỀN GIÁO TRÌNH TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG CƠ KHÍ Dùng cho đào tạo Đại học, Cao đẳng Ngành: Cơ khí NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ Hà Nội, 2020 MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG 15 LỜI NÓI ĐẦU 17 Chƣơng TỔNG QUAN 19 1.1 Ứng dụng máy tính thiết kế, lập trình mơ khí 19 1.1.1 Trợ giúp máy tính thiết kế 19 1.1.2 Trợ giúp máy tính tính tốn, phân tích 20 1.1.3 Trợ giúp máy tính điều khiển q trình gia cơng 22 1.1.4 Tính tích hợp phần mềm khí lập trình 24 1.2 Giới thiệu phần mềm MATLAB 26 1.3 Giao diện thành phần 29 1.3.1 Giao diện hình 29 1.3.2 Giao diện đồ thị 30 1.3.3 Giao diện ứng dụng 31 1.3.4 SIMULINK môđun mô 31 1.4 HELP VÀ DEMO 47 Chƣơng DỮ LIỆU VÀ TÍNH TỐN TRONG MATLAB 49 2.1 Dữ liệu số MATLAB 49 2.2 Biến hàm MATLAB 50 2.2.1 Biến 50 2.2.2 Toán tử hàm 51 2.3 Véctơ ma trận 52 2.3.1 Véctơ 53 2.3.2 Ma trận 55 2.3.3 Tính tốn với véctơ ma trận 60 2.4 Đa thức 64 2.4.1 Giá trị đa thức 64 2.4.2 Tìm nghiệm đa thức 65 2.4.3 Tìm đa thức biết trƣớc nghiệm 65 2.4.4 Cộng (trừ) đa thức 66 2.4.5 Nhân hai đa thức 66 2.4.6 Chia hai đa thức 66 2.5 Dữ liệu dạng cấu trúc trƣờng 67 2.5.1 Cấu trúc 67 2.5.2 Trƣờng 69 2.6 Chuyển đổi dạng liệu 71 2.6.1 Hàm chuyển đổi từ ký tự sang ASCII ngƣợc lại 71 2.6.2 Hàm chuyển đổi từ liệu số sang chuỗi ngƣợc lại 71 2.7 Nội ngoại suy MATLAB 75 2.7.1 Hàm nội suy biến 75 2.7.2 Hàm nội suy hai biến 76 2.7.3 Nội suy hàm polyfit 78 2.7.4 Ngoại suy hàm spline 78 2.8 Đồ họa MATLAB 78 2.8.1 Cửa sổ Figure 79 2.8.2 Đồ họa chiều (2D Graphics) 83 2.8.3 Đồ họa chiều (3D Graphics) 84 Chƣơng LẬP TRÌNH TRONG MATLAB 95 3.1 Scripts file functions 95 3.1.1 Scripts file 95 3.1.2 Function 97 3.2 Các lệnh nhập, xuất MATLAB 100 3.2.1 Các lệnh nhập liệu 101 3.2.2 Mở tệp để ghi đọc liệu 104 3.2.3 Lệnh đóng tệp fclose 104 3.2.4 Lệnh ghi liệu 104 3.2.5 Các lệnh xuất liệu 105 3.3 Các toán tử so sánh 106 3.4 Cấu trúc điều kiện rẽ nhánh 107 3.4.1 Các lệnh if 107 3.4.2 Lệnh switch 109 3.5 Các vòng lặp 112 3.5.1 Vòng lặp for 112 3.5.2 Vòng lặp while 116 3.5.3 Lệnh break 117 3.6 Một số hàm tìm nghiệm cực trị 117 3.6.1 Tìm điểm hàm số 117 3.6.2 Tìm điểm cực tiểu 118 3.7 Đạo hàm, tích phân giải phƣơng trình vi phân 120 3.7.1 Đạo hàm 120 3.7.2 Nguyên hàm tích phân 121 3.7.3 Giải phƣơng trình vi phân thƣờng 124 3.8 Lập trình giao diện đồ họa 128 3.8.1 Giới thiệu GUIDE 128 3.8.2 Một số mẫu GUIDE 129 3.8.3 Tạo ứng dụng đơn giản GUIDE 134 3.8.4 Lập trình giao diện theo chƣơng trình 144 Chƣơng SIMULINK 155 4.1 Giới thiệu chung 155 4.2 Các khối hàm SIMULINK 158 4.3 Hệ thống 185 4.3.1 Ƣu điểm hệ thống 185 4.3.2 Cách tạo hệ thống 185 4.4 Quy trình mơ hình hóa 188 4.4.1 Định nghĩa hệ thống 188 4.4.2 Mơ hình hóa hệ thống 190 4.4.3 Mô hệ thống 193 4.5 Ví dụ tạo mơ hình đơn giản 199 4.5.1 Mở mơ hình SIMULINK Editor 200 4.5.2 Tìm khối đƣa vào SIMULINK Editor 201 4.5.3 Di chuyển thay đổi kích thƣớc khối 203 4.5.4 Kết nối khối 203 4.5.5 Xác định tham số cấu hình 206 4.5.6 Chạy mô 206 4.5.7 Quan sát kết mô 207 4.6 Mở mơ hình có sẵn 208 4.7 Khắc phục lỗi mô SIMULINK 208 4.7.1 Khởi động ngừng mô 208 4.7.2 Chẩn đoán mô 210 4.7.3 Mô thử nghiệm gỡ lỗi 210 Chƣơng MÔ PHỎNG MỘT SỐ MƠ HÌNH CƠ KHÍ BẰNG MATLAB SIMULINK 217 5.1 Mơ hình dao động ¼ 217 5.1.1 Phân tích mơ hình vật lý 217 5.1.2 Xây dựng phƣơng trình vi phân mơ tả dao động mơ hình ¼ 218 5.1.3 Xây dựng mơ hình mơ mơ hình dao động ¼ 218 5.1.4 Xuất kết đánh giá 220 5.2 Mơ hình dao động ½ 223 5.2.1 Phân tích mơ hình vật lý 223 5.2.2 Xây dựng phƣơng trình vi phân mơ tả dao động mơ hình ½ 224 5.2.3 Xây dựng mơ hình mơ dao động ½ 226 5.2.4 Chạy mô đánh giá kết 229 5.3 Mơ hình xi lanh thủy lực 233 5.3.1 Phân tích mơ hình vật lý 234 5.3.2 Xây dựng phƣơng trình tốn học mô tả hệ thống 234 5.3.3 Xây dựng chƣơng trình mơ 236 5.3.4 Kết mô đánh giá 239 5.4 Mô hình ly hợp 242 5.4.1 Phân tích mơ hình vật lý 243 5.4.2 Xây dựng phƣơng trình tốn học mơ tả hệ thống 243 5.4.3 Xây dựng chƣơng trình mô 245 5.4.4 Kết mô đánh giá 250 5.5 Mơ hình động 251 5.5.1 Phân tích mơ hình vật lý 251 5.5.2 Xây dựng phƣơng trình tốn học mơ tả động đốt 252 5.5.3 Xây dựng chƣơng trình mơ 254 5.5.4 Kết mô 257 TÀI LIỆU THAM KHẢO 262 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MATLAB: MATrix LABoratory LTE: Long Term Evolution 2D: Two Dimensional space 3D: Three Dimensional space MIMO: Multiple In, Multiple Out HDL: Hardware Description Language FFT: Fast Fourier Transform HIL: Hardware-in-the-loop DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các giai đoạn thiết kế sản phẩm khí 24 Hình 1.2 Các nhóm phần mềm tích hợp thiết kế phƣơng tiện giao thông 25 Hình 1.3 Màn hình MATLAB 29 Hình 1.4 Màn hình Menu Plots 30 Hình 1.5 Màn hình APPS 31 Hình 1.6 Cửa sổ SIMULINK 32 Hình 1.7 Cửa sổ Aerospace Blockset 32 Hình 1.8 Cửa sổ Audio System Toolbox 33 Hình 1.9 Cửa sổ Communications System Toolbox 33 Hình 1.10 Cửa sổ Computer Vision System Toolbox 34 Hình 1.11 Cửa sổ Control System Toolbox 35 Hình 1.12 Cửa sổ DSP System Toolbox 35 Hình 1.13 Cửa sổ Embedded Coder 36 Hình 1.14 Cửa sổ Fuzzy Logic Toolbox 37 Hình 1.15 Cửa sổ HDL Coder 37 Hình 1.16 Cửa sổ HDL Verifier 38 Hình 1.17 Cửa sổ Neural Network Toolbox 38 Hình 1.18 Cửa sổ Phased Array System Toolbox 39 Hình 1.19 Cửa sổ Simscape 40 Hình 1.20 Cửa sổ SIMULINK 3D Animation 40 Hình 1.21 Cửa sổ SIMULINK Coder 41 Hình 1.22 Cửa sổ SIMULINK Control Design 41 Hình 1.23 Cửa sổ SIMULINK Design Optimization 42 Hình 1.24 Cửa sổ SIMULINK Design Verifier 43 Hình 1.25 Cửa sổ SIMULINK Desktop Real-Time 43 Hình 1.26 Cửa sổ SIMULINK Real-Time 44 Hình 1.27 Cửa sổ Stateflow 44 Hình 1.28 Cửa sổ System Identification Toolbox 45 Hình 1.29 Cửa sổ Vehicle Network Toolbox 45 Hình 1.30 Cửa sổ Vision HDL Toolbox 46 Hình 1.31 Cửa sổ truy cập Help MATLAB 47 Hình 1.32 Cửa sổ truy cập Demo MATLAB 47 Hình 2.1 Hình biểu diễn liệu dạng 1×4 double 52 Hình 2.2 Hình biểu diễn liệu dạng 3×4 double 52 Hình 2.3 Hình biểu diễn liệu dạng 1×1 complex double 53 Hình 2.4 Đồ thị liệu dân số giới từ 1970 đến 2017 76 Hình 2.5 Cửa sổ Figure 79 Hình 2.6 Đồ thị đƣợc vẽ dịng lệnh 83 Hình 2.7 Đồ họa 3D vẽ lệnh plot3 84 Hình 2.8 Đồ thị hàm Z = sin(R)/(R-1) 86 Hình 2.9 Các dạng đồ thị 3D 87 Hình 2.10 Đồ thị hàm S = y/(3+2x2+y2) 87 Hình 3.1 Các giá trị đƣợc nhập vào Workspace 97 Hình 3.2 Đồ thị Pie 112 Hình 3.3 Biên dạng đƣờng ngẫu nhiên xây dựng lệnh for 116 Hình 3.4 Sơ đồ tính tích phân 121 Hình 3.5 Nghiệm phƣơng trình y‟ = sin(t) + cos(t) 125 Hình 3.6 Nghiệm phƣơng trình y‟ = 3t 126 Hình 3.7 Nghiệm phƣơng trình val der Pol 127 Hình 3.8 Các thành phần Layout Editor 129 Hình 3.9 Cửa sổ khởi đầu GUIDE 130 Hình 3.10 Cửa sổ Blank GUI 131 Hình 3.11 Cửa sổ GUI with Uicontrols 131 Hình 3.12 Giao diện ngƣời học tính khối lƣợng 132 Hình 3.13 Cửa sổ GUI Với Axes and Menu 132 Hình 3.14 Giao diện tạo rand (5) 133 Hình 3.15 Cửa sổ Modal Question Dialog 133 Hình 3.16 Giao diện ngƣời học dạng Yes/No 134 Hình 3.17 Giao diện vẽ dạng đồ thị 134 Hình 3.18 Thêm nút ấn GUI 135 Hình 3.19 Thêm Pop-up Static text 135 10 Khối tính tốn mơmen xoắn cần thiết để khóa ly hợp (Cơng thức 5.23) Hình 5.40 Một yếu tố đƣợc đặt hệ thống Lockup Detection khối Hit Crossing Khối định vị xác thời điểm mà độ trƣợt ly hợp đạt đến khơng Điều đặt q trình chuyển đổi chế độ vào thời điểm 5.4.4 Kết mô đánh giá a Định nghĩa đầu vào Hình 5.45 Đầu vào hệ thống Fn Tin Các đầu vào hệ thống lực ép, Fn mômen xoắn động cơ, Tin Mỗi số đƣợc đại diện Bảng ma trận Workspace Các đầu vào đƣợc thể Hình 5.45 Các giá trị tham số sau đƣợc sử dụng để mơ Ngƣời học thay đổi giá trị đầu vào cho phù hợp Ie = kg.m2; Iv = kg.m2; be = Nm/rad/s; bv = Nm/rad/s; µk = 1; µs = 1.5; R = m b Kết mô Đối với đầu vào đƣợc hiển thị trên, vận tốc hệ thống hoạt động nhƣ Hình 5.46 bên dƣới Mô bắt đầu chế độ 250 Unlocked, với tốc độ động ban đầu tăng lên Ở khoảng t = s, trạng thái ly hợp bị khóa, ly hợp đủ để truyền mômen xoắn Tại t = s, mômen xoắn động bắt đầu giảm, nhƣ lực Fn ma sát Do đó, trƣợt bắt đầu xảy khoảng t = 6,25 s nhƣ đƣợc tách biệt tốc độ động trục sơ cấp hộp số Tại thời điểm mà chuyển trạng thái, trình chuyển trạng thái liên tục trơn tru Đây kết việc cung cấp cho khối tích phân điều kiện ban đầu thích hợp trạng thái Enable Hình 5.46 Vận tốc góc ωe, ωv, ω Ví dụ đƣợc trình bày nguyên mẫu chƣơng trình thơng số Help MATLAB Ví dụ cho thấy cách sử dụng SIMULINK thƣ viện khối tiêu chuẩn để mơ hình hóa, mơ phân tích hệ thống có cấu trúc liên kết gián đoạn Đây ví dụ khối Hit Crossing cách đƣợc sử dụng để ghi lại kiện cụ thể trình mơ Mơ hình hƣớng dẫn tạo mơ hình có đặc điểm tƣơng tự Ngƣời học áp dụng nguyên tắc đƣợc sử dụng mơ hình cho hệ thống có cấu trúc liên kết gián đoạn khác 5.5 Mơ hình động 5.5.1 Phân tích mơ hình vật lý Phần mô tả khái niệm cách tạo mơ hình động với kỹ thuật quan trọng mơ hình hóa SIMULINK® Mơ hình sử dụng khả nâng cao SIMULINK để ghi lại 251 kiện dựa độ xác cao Trong mơ này, mơ hình hệ thống dạng triggered mơ tả chuyển đổi hỗn hợp nhiên liệu khơng khí từ ống nạp vào xi lanh thông qua van điều khiển gián đoạn Điều diễn đồng thời với q trình liên tục dịng khí nạp, tạo mơmen xoắn gia tốc Mơ hình dựa kết đƣợc cơng bố Crossley Cook (1991) Nó mô động đốt đánh lửa bốn xilanh Công việc Crossley Cook cho thấy cách mơ dựa mơ hình đƣợc xác thực liệu thử nghiệm Các phần (đƣợc liệt kê bên dƣới) phân tích yếu tố mơ hình động đƣợc Crossley Cook xác định 5.5.2 Xây dựng phƣơng trình tốn học mơ tả động đốt a Bướm ga Thông số đầu vào độ mở bƣớm ga Mơ hình tốn học đƣợc viết nhƣ sau: mai f f g ( Pm ) 2,821 0, 05231 Pamb g ( Pm ) Pamb Pm Pamb 0.10299 Pm2 Pm Pamb Pm2 0, 00063 if Pamb Pm Pamb if Pamb Pm Pamb if Pm (5.47) Pamb ̇ : Lƣu lƣợng khí nạp (g/s); θ: Độ mở bƣớm ga (deg); Pm: Áp suất đƣờng ống nạp (bar); Pamb: Áp suất khơng khí (bar) b Đường ống nạp Mơ mơ hình đƣờng ống nạp nhƣ phƣơng trình vi phân cho áp suất đƣờng ống Sự khác tốc độ dòng chảy đến thể tốc độ thay đổi thực khối khơng khí theo thời gian Đại lƣợng này, theo định luật khí lý tƣởng, tỷ lệ thuận với đạo hàm áp suất nạp (phƣơng trình 5.48) 252 (5.5.1) RT (mai Vm Pm mao ) (5.48) đó: R: Hằng số khí T: Nhiệt độ (K) Vm: Thể tích đƣờng ống nạp (m3) ̇ : Lƣu lƣợng khí nạp (g/s) ̇ : Tốc độ thay đổi áp suất (bar/s) c Lưu lượng khí nạp Lƣu lƣợng khí nạp khơng khí mà mơ hình bơm vào xilanh từ đƣờng ống nạp đƣợc mô tả phƣơng trình 5.3 phƣơng trình dẫn xuất theo kinh nghiệm mao 0,366 0,08979 N.Pm 0,0337 N.Pm2 0,0001N Pm (5.49) đó: N: Tốc độ góc động cơ; Pm: Áp suất đƣờng ống nạp Để xác định tổng lƣợng khơng khí đƣợc bơm vào xilanh, mơ tích hợp tốc độ dịng chảy từ đƣờng ống nạp lấy mẫu vào cuối hành trình nạp Điều xác định tổng khối lƣợng khơng khí có xi lanh sau hành trình nạp trƣớc nén d Hành trình nén Trong động xi lanh thẳng hàng, 180o trục khuỷu lần đánh lửa xi lanh Trong mơ hình này, lần hút, nén, đốt xả khí xảy đồng thời (tại thời điểm nào, xi lanh pha) Để tính tốn q trình nén, buồng cháy lần nạp đƣợc đặt chậm 180o góc quay trục khuỷu từ điểm dƣới hành trình nạp e Mơmen xoắn gia tốc góc Yếu tố cuối mơ mô tả mômen xoắn đƣợc tạo động Một mối quan hệ thực nghiệm phụ thuộc vào khối lƣợng khơng khí nạp, tỷ lệ hỗn hợp khơng khí/nhiên liệu, tia lửa điện tốc độ động đƣợc sử dụng để tính tốn mơmen xoắn (cơng thức 5.50) Teng 181,3 379,36ma 0, 027.N 0, 000107.N 21,91 A F 0, 00048.N 0,85 A F 2,55 .ma 0, 26 0, 0028 0, 05 2.ma (5.50) (5.5.4) 253 đó: ma: Khối lƣợng lƣợng khí buồng cháy (g); : Tỷ số khí/nhiên liệu; : Góc đánh lửa sớm (deg); Teng: Mơmen xoắn sinh động (Nm) Tính gia tốc góc động phƣơng trình 5.51 JN Teng Tload (5.51) đó: J: Mơmen qn tính động (kg.m2); ̇ : Gia tốc góc quay động (rad/s2) 5.5.3 Xây dựng chƣơng trình mơ Mơ hình đƣợc xây dựng SIMULINK theo phƣơng trình khối nhƣ hình sau Xây dựng khối đơn, sau sử dụng lệnh tạo khối theo cấp để tạo chƣơng trình mơ đầy đủ nhƣ Hình 5.47 Hình 5.47 Sơ đồ mơ động 254 Hình 5.48 Sơ đồ khối Throttle Manifold Hình 5.49 Sơ đồ khối Throttle Hình 5.50 Sơ đồ khối Manifold 255 Các mơ hình SIMULINK cho hệ thống bƣớm ga ống nạp đƣợc thể Hình 5.48 đến Hình 5.50 Họng hút hoạt động theo phƣơng pháp phi tuyến đƣợc mơ hình hóa nhƣ hệ thống với ba đầu vào SIMULINK thực phƣơng trình riêng lẻ, dƣới dạng khối chức Chúng cung cấp cách thuận tiện để mơ tả phƣơng trình phi tuyến số biến Khối Switch xác định xem dịng chảy có phải âm hay khơng cách so sánh tỷ lệ áp suất với ngƣỡng chuyển đổi nó, đƣợc đặt nửa (cơng thức 5.47) Hƣớng dòng chảy từ áp suất cao đến thấp hơn, nhƣ đƣợc xác định khối Sign Khối Min đảm bảo tỷ lệ áp suất thống Hệ thống valve timing phát xung tƣơng ứng với góc quay để xác định thời gian nạp nén Các kiện van xảy vòng quay cam, vòng quay trục khuỷu 180o Mỗi kiện kích hoạt thực thi hệ thống Compression Đầu khối trigger đƣợc đƣa trở lại để thiết lập lại Intake Theo cách này, hai kích hoạt mặt khái niệm xảy lúc, đầu tích hợp đƣợc xử lý hệ thống Compression trƣớc đƣợc đặt lại Hình 5.51 Sơ đồ khối Compression Mơmen xoắn động hàm bốn biến Mơ hình sử dụng khối Mux để kết hợp biến thành véctơ cung cấp đầu vào cho đƣợc mô khối Torque Gen (Hình 5.51) Một khối tính tốn Mômen xoắn động (đƣợc mô tả theo kinh nghiệm phƣơng trình 5.50) Mơmen xoắn tải động cơ, đƣợc tính chức bƣớc khối Drag Torque Hình 5.55 Hình 5.52 Sơ đồ khối Combustion 256 Hình 5.53 Sơ đồ khối Engine Dynamics Hình 5.54 Sơ đồ khối valve timing Hình 5.55 Sơ đồ khối Drag Torque 5.5.4 Kết mô Sử dụng giá trị sau để mô tả đầu vào cho động đốt theo thơng số góc θ mômen xoắn Tload đƣợc định nghĩa trƣớc theo giá trị sau Kết xuất đồ thị đầu vào đƣợc thể nhƣ Hình 5.56 257 Hình 5.56 Tín hiệu đầu vào θ = 8,97 (deg) t < s; θ = 11,93 (deg) t ≥ s; Tload = 25 (Nm) t ≤ t ≥ 8; Tload = 20 (Nm) < t ≤ Các thơng số mơ hình điều kiện đầu vào đƣợc tham khảo theo ví dụ có MATLAB Help Ngƣời học thay đổi giá trị để khảo sát điều kiện khác Một số kết mang tính biểu diễn đƣợc xuất Workspace đồ thị hóa lệnh Plot đồ thị Hình 5.57 5.58 Các kết đƣợc kiểm chứng phù hợp với quy luật vật lý làm việc đối tƣợng mơ Hình 5.57 Tốc độ động 258 Hình 5.58 Mơmen xoắn động Ví dụ cho thấy khả mơ hình phi tuyến, hệ thống phức tạp, nhƣ mơ hình động đƣợc mơ tả ví dụ này, tính ƣu việt SIMULINK SIMULINK giữ lại độ trung thực mơ hình, bao gồm thời điểm nạp xi lanh đƣợc xác định xác, điều quan trọng việc tạo mơ hình loại Mơ hình động cho thấy linh hoạt SIMULINK Mục tiêu ví dụ minh họa phƣơng pháp mô hệ thống với hàm thực nghiệm đƣợc nhập trực tiếp khối chƣơng trình f(u) Ngƣời học hồn tồn nhập hàm từ hàm định nghĩa bên ngồi hàm phức tạp Ngồi ra, ví dụ thể tác dụng khối Trigger khối điều khiển Bài tập ứng dụng Bài Cho hệ dao động gồm vật nặng có khối lƣợng M; lị xo có độ cứng C1,C2 giảm chấn có hệ số cản K Hệ chịu lực kích động điểm O có phƣơng trình Biết phƣơng trình dao động hệ là: x x đó: x q sin t K ; 2M C1 C2 ;q M C2 a M Yêu cầu: 259 Mô SIMULINK dao động hệ Thiết lập Scripts file có tên hovaten_lop.m với giá trị thông số nhập từ bàn phím để xuất đồ thị gồm: kích thích dao động, vị trí, vận tốc gia tốc khối lƣợng M Số liệu cho trƣớc nhƣ sau: M (kg) C1 (N/m) C2 (N/m) K (N.s/m) a (m) ω (rad/s) 210 390 19,2 0,58 21,6π Bài Cho hệ khối lƣợng nhƣ hình sau với hệ phƣơng trình mơ tả chuyển động nhƣ sau: m1 y1 C1 y1 m2 y2 C2 ( y2 K1 y1 C2 ( y2 y1 ) K ( y2 y1 ) K ( y2 y1 ) F (t ) y1 ) Biết m1 = 65 kg; m2 = 170 kg; C1 = 630 N/m; C2 = 455 N/m; K1 = 55 N.s/m; K2 = 42 N.s/m Hãy lập chƣơng trình nhập thơng số từ bàn phím khảo sát chuyển động m1 m2 biết lực kích động định nghĩa trƣớc: a Dạng xung vng có biên độ thay đổi thời gian xung khơng đổi b Dạng xung vng có biên độ khơng đổi thời gian xung thay đổi c Dạng Sine có biên độ thay đổi tần số khơng đổi d Dạng Sine có biên độ khơng đổi tần số thay đổi Bài Khảo sát vẽ đồ thị ảnh hƣởng hệ số cản K đến chuyển động tơ đơn giản có khối lƣợng M = 1.500 kg; lực kéo sinh động F = 500 N Theo phƣơng trình nhƣ sau: m 260 dv dt F K v Bài Xây dựng mơ hình chuyển động xe lửa gồm xe đầu kéo M1 = kg; toa xe M2 = kg với phƣơng trình sau: d x1 dt d x2 M2 dt M1 F C ( x1 C ( x1 x2 ) x2 ) M1 g M2g dx1 dt dx2 dt Xây dựng mơ hình chuyển động xe lửa nhƣ Hình với thơng số cho trƣớc C = N/m; µ = 0,005; g = 9,81; chịu lực kéo F tăng dần từ đến N thời gian s sau giữ ổn định N 261 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tăng Cƣờng, Lê Chung, Huỳnh Lƣơng Nghĩa (2001) MATLAB (tài liệu dành cho đào tạo cao học chuyên ngành Kỹ thuật Tự động hóa Điều khiển Từ xa), Nhà xuất Quân đội nhân dân [2] Nguyễn Quang Hoàng (2019) MATLAB SIMULINK cho kỹ sư, NXB Bách khoa Hà Nội [3] Võ Văn Hƣờng, Nguyễn Tiến Dũng, Dƣơng Ngọc Khánh, Đàm Hồng Phúc (2014) Động lực học tơ, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội [4] Nguyễn Văn Khang (2007) Động lực học hệ nhiều vật, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Vũ Đức Lập (1994) Dao động ô tô, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội [6] Nguyễn Phùng Quang (2005) MATLAB&SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật [7] Bùi Hải Triều, Nguyễn Đình Tùng (2018) Truyền động điều khiển thủy lực ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật [8] Bùi Hải Triều, Nguyễn Đình Tùng (2015) Mơ hình hóa mơ hệ thống kỹ thuật khí, NXB Nơng nghiệp [9] Vũ Quang Thập, Vũ Trung Thành, Đào Đức Thụ, Trịnh Minh Hoàng (2014) Ứng dụng phần mềm MATLAB SIMULINK giải tốn động lực học tơ, NXB Khoa học Kỹ thuật [10] Lê Trọng Vinh, Trần Minh Toàn (2013) Giáo trình phương pháp tính MATLAB, NXB Bách khoa Hà Nội [11] MATLAB Help and Demo [12] Sergey E Lyshevski (2003) Engineering and Scientific Computations Using MATLAB®, Roschester Institute of Technology, A John and Wiley Son, Inc, Publication [13] David F Griffiths (2001) An Introduction to MATLAB Version 2.2, Dundee University 262 [14] James A Carnell (2003) MATLAB® Applications in Chemical Engineeing, North Carolina State University [15] MathWorks® Automotive Advisory Board (2015) Control Algorithm Modeling Guidelines Using MATLAB®, SIMULINK®, and Stateflow®, The MathWorks, Inc, [16] Karel Perutka (2011) MATLAB For Engineers - Applications in Control, Electrical Engineering, It and Robotics, InTech [17] ISO 8608:1995, Mechanical vibration - Road surface profiles Reporting of measured data [18] M Agostinacchio & D Ciampa & S Olita (2014) The vibrations induced by surface irregularities in road pavements - a MATLAB® approach, European Transport Research Review volume 267–275 [19] Georg Rill (2012) Road Vehicle Dynamics Fundamentals and Modeling, CRC Press, Taylor & Francis Group, USA [20] Using SIMULINK® and StateflowTM in Automotive Applications 263 NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CƠNG NGHỆ Nhà A16 - Số 18 Hồng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội Điện thoại: Phòng Phát hành: 024.22149040; Phòng Biên tập: 024.37917148; Phòng Quản lý Tổng hợp: 024.22149041; Fax: 024.37910147; Email: nxb@vap.ac.vn; Website: www.vap.ac.vn GIÁO TRÌNH TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG CƠ KHÍ (Dùng cho đào tạo đại học, cao đẳng ngành khí) TS Tạ Tuấn Hưng (Chủ biên), ThS Nguyễn Thành Nam, ThS Đỗ Thành Phương, ThS Chu Văn Huỳnh, ThS Vũ Thế Truyền Chịu trách nhiệm xuất Giám đốc PHẠM THỊ HIẾU Chịu trách nhiệm nội dung Q Tổng biên tập ĐOÀN THỊ YẾN OANH Biên tập: Hà Thị Thu Trang Trình bày kỹ thuật: Đỗ Hồng Ngân Trình bày bìa: Đỗ Hồng Ngân Liên kết xuất bản: Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải Địa chỉ: Số 54 Phố Triều Khúc, Thanh Xuân Nam, Thanh Xuân, Hà Nội ISBN: 978-604-9955-45-7 In 100 cuốn, khổ 16x24 cm, Công ty Cổ phần Khoa học Cơng nghệ Hồng Quốc Việt Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội Số xác nhận đăng ký xuất bản: 2558-2020/CXBIPH/04-35/KHTNVCN Số định xuất bản: 56/QĐ-KHTNCN, cấp ngày 03 tháng năm 2020 In xong nộp lưu chiểu quý III năm 2020 ... ĐẦU Giáo trình Tin học ứng dụng khí dùng cho đại học, cao đẳng ngành khí Trƣờng Đại học Cơng nghệ Giao thơng vận tải Giáo trình tập trung cung cấp cho ngƣời học kiến thức MATLAB-SIMULINK ứng dụng. .. nói chung Sau phần giới thiệu tin học ứng dụng thiết kế, lập trình, mơ tổng quan lịch sử phát triển, cơng dụng, thành phần phần mềm MATLAB (Chƣơng 1), giáo trình trình bày biến hàm, liệu tính... chỉnh;  Ứng dụng điều chỉnh, phân loại liệu, phân tích tín hiệu, điều chỉnh hệ thống điều khiển nhiều tác vụ khác;  Toolbox hỗ trợ cho nhiều ứng dụng khoa học kỹ thuật;  Công cụ xây dựng ứng dụng