ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB ĐIỀU KHIỂN SANG SỐ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB ĐIỀU KHIỂN SANG SỐ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG. ỨNG DỤNG THƯ VIỆN ArduinoIO PHẦN MỀM MATLAB TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG APPLICATION ArduinoIO TOOLBOX (MATLABSIMULINK) IN AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS TS. Đỗ Trung Hải, Trần Đức Quân Khoa Điện Đại học Kỹ thuật Công nghiệp TÓM TẮT MATLAB là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks. Trong quá trình thiết kế các hệ thống điều khiển tự động, Matlab là một công cụ thiết yếu giúp người thiết kế mô hình hóa mô phỏng hệ thống, ngoài ra Matlab còn có thể là một phần trong hệ thống đó – thực hiện thuật toán điều khiển. Bản báo cáo này trình bày các bước ứng dụng thư viện ArduinoIO trong công cụ Simulink của Matlab để thực hiện thu thập dữ liệu, điều khiển hệ thống điều khiển tự động và thực hiện một ví dụ về cụ thể. ABSTRACT MATLAB is a numerical computing and programming environment, designed by the MathWorks. During the design of the automatic control systems, Matlab is an essential tool to help designer simulation modeling systems, besides Matlab also can be part of them – the part implements control algorithms. This report presents the steps to use ArduinoIO library in Matlab Simulink toolbox to collect data, control automated control systems and perform a specific example. Key word: Matlab, Simulink, Arduino, ArduinoIO. 1. Mở đầu MATLAB là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dung, liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác và truyền thông kết nối thiết bị thực qua các cổng kết nối nối tiếp, song song của máy tính. Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật. Đặc biệt khi kết hợp với các bo mạch thu thập dữ liệu, Matlab có thể đóng vai trò là trung tâm điều khiển trong hệ thống điều khiển số. Arduino là một hệ thống sản xuất các bo mạch mã nguồn mở được hình thành và phát triển từ năm 2005. Do các bo mạch là mã nguồn mở nên đến nay hệ thống này đã phát triển rất mạnh mẽ và có thư viện hỗ trợ cho người sử dụng rất đa dạng, phong phú. Là một thiết bị phần cứng, Arduino có thể hoạt động độc lập với chức năng thực hiện các luật điều khiển, kết nối với máy tính, hoặc một thiết bị Arduino khác, các thiết bị điện tử khác... Thư viện ArduinoIO là một thư viện trong bộ công cụ Simulink hỗ trợ các bo mạch Arduino làm việc với MatlabSimulink. Kết hợp các bo mạch Arduino và thư viện ArduinoIO, Matlab có thể tiến hành thu thập dữ liệu, thực hiện thuật toán điều khiển dễ dàng để điều khiên đối tượng thực. 2. Bo mạch Arduino và thư viện ArduinoIO 2.1. Bo mạch Arduino Các bo mạch Arduino thật ra là bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. 2 Bo mạch ArduinoUNO là bo mạch thông dụng nhất. ArduinoUno sử dụng chip Atmega328. có 14 chân vàora sô, 6 chân vào tương tự, thạch anh dao động 16Mhz. Một số thông số kỹ thuật như sau: Vi điều khiển Atmega328 Điện áp hoạt động 5V Nguồn cấp 712V Số đầu vàora số 14 (6PWM) Đầu vào tương tự 6 Dòng điện vàora số 40 mA Bộ nhơ chương trình 32 KB Xung nhịp 16 MHz Sơ đồ chân ArduinoUNO: Hình 1: ArduinoUNO USB (1): Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính. Thông qua cáp USB chúng ta có thể Upload chương trình cho Arduino hoạt động, ngoài ra USB còn là nguồn cho Arduino. Nguồn cấp một chiều cho Arduino UNO (2,3), 7÷12V Đầu vào tương tự (4), A0÷A5. Đầu vàora số (5,6), D0÷D13. Môi trường lập trình: Môi trường lập trình cho Arduino được tải về từ trang web http:arduino.ccenMainSoftware. Sau khi cài đặt xong thì giao diện chương trình như sau: Hình 2: Môi trường lập trình Arduino Để tìm hiểu lập trình cho Arduino có thể tìm hiểu qua các ví dụ và phần trợ giúp chi tiết trong Arduino. Ví dụ điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng xung PWM: Hình 3: Sơ đồ mạch Mã nguồn: int potPin = 0; int transistorPin = 9; int potValue = 0; void setup() { pinMode(transistorPin, OUTPUT);} void loop() { potValue = analogRead(potPin) 4; analogWrite(transistorPin, potValue); } 3 2.2. Thư viện ArduinoIO Thư viện ArduinoIO gồm hai gói phần mềm mã nguồn mở: gói mã lập trình ngôn ngữ cho bo mạch Arduino và gói mã lập trình .m cho các khối trong môi trường Simulink. Để sử dụng được thư viện này, Matworks khuyến cáo sử dụng phiên bản Matlab 2012a trở lên. Các bước cài đặt thư viện ArduinoIO: Tải và giải nén thư viện ArduinoIO từ trang web http:mathworks.com. Tải gói phần mềm xuống bo mạch ArduinoUNO. Gói phần mềm trong thư mục ArduinoIOpde. Thêm thư viện ArduinoIO cho MatlabSimulink: Đưa thư mục làm việc của Matlab đến thư mục ArduinoIO. Chạy tệp install_arduino.m để thêm thư viện ArduinoIO cho Simulink. Các khối trong thư viện ArduinoIO: Hình 1: Thư viện ArduinoIO Khối chức năng Arduino IO setup: thiết lập cài đặt giao tiếp với Arduino. Khi kết nối Arduino vào máy tính sẽ tạo ra một cổng giao tiếp nối tiếp (ví dụ Com3, Com4, …). Người sử dụng phải khai báo cho Matlab biết Arduino được kết nối vào cổng giao tiếp nào. Khối chức năng RealTime Pacer: Cài đặt cho Simulink chạy với thời gian thực. Khối chức năng Arduino Analog Read: đọc giá trị ADC trên các đầu vào analog của Arduino. Do bo mạch ArduinoUNO có thể biến đổi điện áp tương tự 0÷5V từ đầu vào tương tự A0÷A5 thành giá trị số 10bit nên khối này sẽ nhận được kết quả từ 0÷1024 tương ứng với giá trị điện áp ở các đầu vào tương tự được khai báo. Khối chức năng Arduino Digital Read: đọc giá trị các đầu vào số của Arduino. Kết quả khối này có thể là 0 hoặc 1 theo đầu vào số được khai báo. Khối chức năng Arduino Digital Write: ghi giá trị 0 hoặc 1 ra các đầu ra số được khai báo. Khối chức năng Arduino Analog Write: xuất giá trị tương tự trên các đầu ra tương tự của Arduino. Arduino coi các chân có chức năng điều khiển PWM như là các chân xuất ra được tín hiệu tương tự. Do Arduino sử dụng thanh ghi 8bit để điều khiển PWM nên giá trị của khối Arduino Analog Write nhận được từ 0÷255 tương tứng với xung PWM có độ rộng xung từ 0÷100%. Tần số PWM của ArduinoUNO là 980Hz. Khối chức năng Encoder Read: thiết lập và đọc giá trị bộ đếm xung của Arduino. Thư viện ArduinoIO hỗ trợ cảm biến tốc tộ mã hóa dưới dạng xung (Encoder) loại tương đối 2 kênh lệch pha nhau 90o điện. Trên bo mạch ArduinoUNO có chân 2 và 3 hỗ trợ nhận tín hiệu xung từ Encoder. ArduinoUNO sẽ tăng hoặc giá trị đếm khi có sự thay đổi trạng thái của tín hiệu xung Encoder tùy theo chiều quay của đĩa Encoder. Do đếm theo sườn xung như vậy nên ArduinoUNO đã thực hiện tăng độ phân giải của Encoder lên 4 lần. Kết quả của khối này là số xung ArduinoUNO đếm được trong 100ms. Khối chức năng Encoder Reset. Khối chức năng DC Motor: điều khiển động cơ một chiều. Khối này yêu cầu phải sử dụng bo mạch điều khiển động cơ một chiều của Arduino. Khối chức năng Stepper Motor: điều khiển động cơ bước. Khối này yêu cầu phải sử dụng bo mạch điều khiển động cơ bước của Arduino. Khối chức năng Servo Read, Servo Write: điều khiển động cơ servo. 4 3. Sử dụng bo mạch ArduinoUNO và thư viện ArduinoIO điều khiển tốc độ động cơ một chiều 3.1. Thông số động cơ Hãng sản xuất YASKAWA Mã hiệu UGFMED 03SRI21 Điện áp định mức 24V Công suất định mức 50W Tốc độ định mức 1500(vòngphút) Enconder 5V, 400 xungvòng 3.1. Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống Hình 4: Sơ đồ cấu trúc hệ 3.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống 1. Động cơ một chiều 2. Bộ biến đổi xung áp 3. Mạch tạo tín hiệu đặt 4. Bộ ghép nối Arduino 5. Tín hiệu phản hồi tốc độ 6. Máy tính (MatlabSimulink) Hình 5: Sơ đồ nguyên lý hệ 3.3. Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống sử dụng MatlabSimulink Sử dụng các khối trong thư viện ArduinoIO để xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống với bộ điều khiển được thực hiện trên MatlabSimulink trên hình 6. Chi tiết khối Động cơ một chiều (DCM) gồm: Đọc tín hiệu tốc độ động cơ, sử dụng khối Encoder Read. Đi u khi n t đ ng đóng vai trò quan tr ng trong s phát tri n c a khoa h c và k thu t.ề ể ự ộ ọ ự ể ủ ọ ỹ ậLĩnh v c này h u hi u kh p n i t h th ng phi thuy n không gian, h th ng đi u khi n tên l a,ự ữ ệ ắ ơ ừ ệ ố ề ệ ố ề ể ửmáy bay không ng i lái, ng i máy, tay máy trong các quy trình s n xu t hi n đ i, và ngay cườ ườ ả ấ ệ ạ ảtrong đ i s ng hàng ngày: đi u khi n nhi t đ , đ m...ờ ố ề ể ệ ộ ộ ẩPhát minh đ u tiên kh i đ u cho vi c phát tri n c a lĩng v c đi u khi n t đ ng là b đi uầ ở ầ ệ ể ủ ự ề ể ự ộ ộ ềt c ly tâm đ đi u ch nh nhi t đ máy h i n c c a Jame Watt năm 1874. Các công trình đángố ể ề ỉ ệ ộ ơ ướ ủchú ý trong b c đ u phát tri n lý thuy t đi u khi n là c a các nhà khoa h c Minorsky, Hazen,ướ ầ ể ế ề ể ủ ọNyquist...năm 1922. Minorky th c hi n h th ng đi u khi n t đ ng các con tàu và ch ng minhự ệ ệ ố ề ể ự ộ ứtính n đ nh c a h th ng có th đ c xác đ nh t ph ng trình vi phân mô t h th ng. Nămổ ị ủ ệ ố ể ượ ị ừ ươ ả ệ ố1932, Nyquist đã đ a ra m t nguyên t c t ng đ i đ n gi n đ xác đ nh tính n đ nh c a hư ộ ắ ươ ố ơ ả ể ị ổ ị ủ ệth ng vòng kìn d a trên c s đáp ng vòng h đ i v i các tính hi u vào hình sin tr ng thái xácố ự ơ ở ứ ở ố ớ ệ ở ạl p. Năm 1934, Hazen đã gi i thi u thu t ng đi u ch nh c t đ ng (servo mechanism) choậ ớ ệ ậ ữ ề ỉ ơ ự ộnh ng h th ng đi u khi n đ nh v vâà th o lu n đ n vi c thi t k h th ng relay đi u ch nhữ ệ ố ề ể ị ị ả ậ ế ệ ế ế ệ ố ề ỉđ ng c v i ngõ vào tín hi u thay đ i.ộ ơ ớ ệ ổTrong su t th p niên 40 c a th k 20 ph ng pháp đáp ng t n s đã giúp cjo các k số ậ ủ ế ỷ ươ ứ ầ ố ỹ ưthi t k các h th ng vòng kín tuy n tính th a các yêu c u ch t l ng đi u khi n. T cu i th pế ế ệ ố ế ỏ ầ ấ ượ ề ể ừ ố ậniên 40 cho đ n đ u th p niên 50 ph ng pháp qu đ o nghi m c a Evan đ c phát tri n kháế ầ ậ ươ ỹ ạ ệ ủ ượ ểtoàn v n.ẹPh ng pháp qu đ o nghi m và đáp ng t n s đ c xem là c t lõi c a lý thuy t đi uươ ỹ ạ ệ ứ ầ ố ượ ố ủ ế ềkhi n c đi n cho phép ta thi t k đ c nh ng h th ng n đ nh và th a các ch tiêu ch t l ngể ổ ể ế ế ượ ữ ệ ố ổ ị ỏ ỉ ấ ượđi u khi n. Nh ng h th ng này đ c ch p nh n nh ng ch a ph i là t i u, hoàn thi n nh t.ề ể ữ ệ ố ượ ấ ậ ư ư ả ố ư ệ ấCho t i cu i th p niên 50 c a th k 20 vi c thi t k m t hay nhi u h th ng d n d n đ cớ ố ậ ủ ế ỷ ệ ế ế ộ ề ệ ố ầ ầ ượchuy n qua vi c thi t k m t h th ng t i u v i ý nghĩa đ y đ h n.ể ệ ế ế ộ ệ ố ố ư ớ ầ ủ ơKhi các máy móc hi n đ i ngày càng ph c t p h n v i nhio u tín hi u vào và ra thì vi c môệ ạ ứ ạ ơ ớ ề ệ ệt h th ng đi u khi n hi n đ i này đòi h i m t l ng r t l n các ph ng trình. Lý thuy t đi uả ệ ố ề ể ệ ạ ỏ ộ ượ ấ ớ ươ ế ềkhi n c đi n liên quan các h th ng m t ngõ vào và m t ngõ ra tr nên b t l c đ phân tích cácể ổ ể ệ ố ộ ộ ở ấ ự ểh th ng nhi u đ u vào, nhi u đ u ra. K t kho ng năm 1960 tr đi nh máy tính s cho phép taệ ố ề ầ ề ầ ể ừ ả ở ờ ốphân tích các h th ng ph c t p trong mi n th i gian, lý thuy t đi u khi n hi n đ i phát tri n đệ ố ứ ạ ề ờ ế ề ể ệ ạ ể ểđ i phó v i s ph c t p c a các h th ng hi n đ i. Lý thuy t đi u khi n hi n đ i d a trên phânố ớ ự ứ ạ ủ ệ ố ệ ạ ế ề ể ệ ạ ựtích trong mi n th i gian và t ng h p dùng các bi n tr ng thái, cho phép gi i các bài toán đi uề ớ ổ ợ ế ạ ả ềkhi n có các yêu c u ch t ch v đ chính xác, tr ng l ng và giá thành c a các h th ng trongể ầ ặ ẽ ề ộ ọ ượ ủ ệ ốlĩnh v c k ngh không gian và quân s .ự ỹ ệ ựS phát tri n g n đây c a lý thuy t đi u khi n hi n đ i là trong nhi u lĩnh v c đi u khi nự ể ầ ủ ế ề ể ệ ạ ề ự ể ểt i u c a các h th ng ng u nhiên và ti n đ nh. Hi n nay máy vi tính ngày càng r , g n nh ngố ư ủ ệ ố ẫ ề ị ệ ẽ ọ ưkh năng x lý l i r t m nh nên nó đ c dùng nh là m t ph n t trong các h th ng đi uả ử ạ ấ ạ ượ ư ộ ầ ử ệ ố ềkhi n. Nh ng áp d ng g n đây c a lý thuy t đi u khi n hi n đ i vào ngay c nh ng ngành kể ữ ụ ầ ủ ế ề ể ệ ạ ả ữ ỹthu t nh : sinh h c, y h c, kinh t , kinh t xã h i.ậ ư ọ ọ ế ế ộI. NH NG KHÁI NI M C B NỮỆƠẢ1. Đi u khi n h c (Cybernctics)ềểọ:Là khoa h c nghiên c u nh ng quá trình đi u khi n và truy n thông máy móc, sinh v t vàọ ứ ữ ề ể ề ậkinh t . Đi u khi n h c mang đ c tr ng t ng quát và đ c phân chia thành nhi u lĩnh v c khácế ề ể ọ ặ ư ổ ượ ề ựnhau nh : toán đi u khi n, đi u khi n h c k thu t, đi u khi n h c sinh v t (ph ng sinh v t:ư ề ể ề ễ ọ ỹ ậ ề ể ọ ậ ỏ ậbionics), đi u khi n h c kinh t .ề ể ọ ế2. Lý thuy t đi u khi n t đ ngếềểựộ:Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG 1 GVHD: PHAÏMQUANG HUY Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoängLà c s lý thuy t c a đi u khi n h c k thu t. Đi u khi n t đ ng là thu t ng ch quáơ ở ế ủ ề ể ọ ỹ ậ ề ể ự ộ ậ ữ ỉtrình đi u khi n m t đ i t ng trong k thu t mà không có s tham gia c a con ng iề ể ộ ố ượ ỹ ậ ự ủ ườ(automatic) nó ng c l i v i quá trình đi u khi n b ng tay (manual).ượ ạ ớ ề ể ằ3. H th ng đi u khi n t đ ngệốềểựộ:M t h th ng đi u khi n t đ ng bao g m 3 ph n ch y u:ộ ệ ố ề ể ự ộ ồ ầ ủ ếThi t b đi u khi n (TBĐK).ế ị ề ểĐ i t ng đi u khi n (ĐTĐK).ố ượ ề ểThi t b đo l ng.ế ị ườHình 1.1 là s đ kh i c a h th ng đi u khi n t đ ng.ơ ồ ố ủ ệ ố ề ể ự ộHình 1.1Trong đó:C: tín hi u c n đi u khi n, th ng g i là tín hi u ra (output).ệ ầ ề ể ườ ọ ệU: tín hi u đi u khi n.ệ ề ểR: tín hi u ch đ o, chu n, tham chi u (reference) th ng g i là tín hi u vào (input).ệ ủ ạ ẩ ế ườ ọ ệN: tín hi u nhi u tác đ ng t bên ngoài vào h th ng.ệ ễ ộ ừ ệ ốF: tín hi u h i ti p, ph n h i (feedback).ệ ồ ế ả ồ4. H th ng đi u khi n kín (closed loop control system)ệốềể:Là h ht ng đi u khi n có ph n h i (feeback) nghĩa là tín hi u ra đ c đo l ng và đ a vệ ố ề ể ả ồ ệ ượ ườ ư ềthi t b đi u khi n. Tín hi u h i ti p ph i h p v i tín hi u vào đ t o ra tín hi u đi u khi n.ế ị ề ể ệ ồ ế ố ợ ớ ệ ể ạ ệ ề ểHình 1.1 chính là s đ c a h th ng kín. C s lý thuy t đ nghiên c u h th ng kín chính là lýơ ồ ủ ệ ố ơ ở ế ể ứ ệ ốthuy t đi u khi n t đ ng.ế ề ể ự ộ5. H th ng đi u khi n hệốềểở:Đ i v i h th ng h , khâu đo l ng không đ c dùng đ n. M i s thay đ i c a tín hi u raố ớ ệ ố ở ườ ượ ế ọ ự ổ ủ ệkhông đ c ph n h i v thi t b đi u khi n. S đ hình 1.2 là h th ng đi u khi n h .ượ ả ồ ề ế ị ề ể ơ ồ ệ ố ề ể ởHình 1.2: H th ng đi u khi n hệ ố ề ể ởC s lý thuy t đ nghiên c u h th ng h là lý thuy t v relay và lý thuy t ôtômát h uơ ở ế ể ứ ệ ố ở ế ề ế ữh n.ạII. PHÂN LO I H TH NG ĐI U KHI N T Đ NGẠỆỐỀỂỰỘH th ng đi u khi n có th phân lo i b ng nhi u cách khác nhau. Sau đây là m t s ph ngệ ố ề ể ể ạ ằ ề ộ ố ươpháp phân lo i:ạ1. H tuy n tính và phi tuy nệếế:Có th nói h u h t các h th ng v t lý đ u là h phi tuy n, có nghĩa là trong h th ng có ítể ầ ế ệ ố ậ ề ệ ế ệ ốnh t m t ph n t là ph n t phi tuy n (quan h vào ra là quan h phi tuy n). Tuy nhiên, n uấ ộ ầ ử ầ ử ế ệ ệ ế ếph m vi thay đ i c a các bi n h th ng không l n, h th ng có th đ c tuy n tính hóa trongạ ổ ủ ế ệ ố ớ ệ ố ể ượ ếThöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG 2 GVHD: PHAÏMQUANG HUYRTBĐKĐTĐKUCNCTBĐKĐTĐKTBĐLFR Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoängph m vi bi n thiên c a các bi n t ng đ i nh . Đ i v i h tuy n tính, ph ng pháp x p ch ngạ ế ủ ế ươ ố ỏ ố ớ ệ ế ươ ế ồcó th đ c áp d ng.ể ượ ụ2. H b t bi n và bi n thiên theo th i gianệấếếờ:H b t bi n theo th i gian (h d ng) là h th ng có các tham s không đ i (theo th i gian).ệ ấ ế ờ ệ ừ ệ ố ố ổ ờĐáp ng c a các h này không ph thu c vào th i đi m mà tín hi u vào đ c đ t vào h th ngứ ủ ệ ụ ộ ờ ể ệ ượ ặ ệ ốđi u khi n phi thuy n không gian, v i kh i l ng gi m theo th i gian do tiêu th năng l ngề ể ề ớ ố ượ ả ờ ụ ượtrong khi bay.3. H liên t c và gián đo n theo th i gianệụạờ:Trong h liên t c theo thìi gian, t t c các bi n là hàm liên t c theo th i gian. Công c phânệ ụ ấ ả ế ụ ờ ụtích h th ng liên t c là phép bi n đ i Laplace hay Fourier. Tronh khi đó, h gián đo n là hệ ố ụ ế ổ ệ ạ ệth ng có ít nh t m t tín hi u là hàm gián đo n theo th i gian. Ng i ta phân bi t h th ng giánố ấ ộ ệ ạ ờ ườ ệ ệ ốđo n g m:ạ ồ H th ng xungệ ố: là h th ng mà trong đó có m t ph n t xung (khóa đóng ng t) hay là tínệ ố ộ ầ ử ắhi u đ c l y m u (sample) và gi (hold). (Hình 1.3)ệ ượ ấ ẫ ữHình 1.3: H th ng đi u khi n xung.ệ ố ề ể H th ng sệ ố ố: là h th ng gián đo n trong đó tín hi u đ c mã hóa thanh logic 1, 0. Đó làệ ố ạ ệ ượcác h th ng có các khâu bi n đ i t ng t s (AD), s t ng t (DA) và đ k t n i k t n iệ ố ế ổ ươ ự ố ố ươ ự ể ế ố ế ốtín hi u v i máy tính s . (Hình 1.4)ệ ớ ốHình 1.4: H th ng đi u khi n sệ ố ề ể ốCông c đ phân tích h th ng gián đo n là phép bi n đ i Laplace, Fourier gián đo n hayụ ể ệ ố ạ ế ổ ạphép bi n đ i Z.ế ổ4. H đ n bi n và đa bi nệơếế:H đ n bi n là h ch có m t ngõ vào và m t ngõ ra. Công c đ phân tích và t ng h p hệ ơ ế ệ ỉ ộ ộ ụ ể ổ ợ ệđ n bi n là lý thuy t đi u khi n c đi n. Ví d : h đi u khi n đ nh v (v trí).ơ ế ế ề ể ổ ể ụ ệ ề ể ị ị ịH đa bi n là h có nhi u ngõ vào và nhi u ngõ ra. Công c đ phân tích và t ng h p h đaệ ế ệ ề ề ụ ể ổ ợ ệbi n là lý thuy t đi u khi n hi n đ i d a trên c s bi u di n h trong không gian tr ng thái. Víế ề ề ể ệ ạ ự ơ ở ể ễ ệ ạd : h đi u khi n quá trình (Process Control System) có th g m có đi u khi n nhi t đ và ápụ ệ ề ể ể ồ ề ể ệ ộsu t.ấ5. H th ng thích nghi và h th ng không thích nghiệốệố:Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG 3 GVHD: PHAÏMQUANG HUYc(t)HG(p)F(p)e(t)r(t)()Đ i t ng đi u ố ượ ềkhi nểMTSG(p)c(t)G(p)DAĐ i t ng đi u ố ượ ềkhi nểNgã vào d ng sạ ố Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoängH th ng thích nghi là h ht ng ho t đ ng theo nguyên t c t ch nh đ nh, trong đó h th ngệ ố ệ ố ạ ộ ắ ự ỉ ị ệ ốt phát hi n nh ng thay đ i c a các tham s do nh h ng c a môi tr ng bên ngoài và th cự ệ ữ ổ ủ ố ả ưở ủ ườ ựhi n vi c đi u ch nh tham s đ đ t đ c ch tiêu t i u đ c đ ra.ệ ệ ề ỉ ố ể ạ ượ ỉ ố ư ượ ề6. H xác đ nh (deterministic) và h ng u nhiên (stochastic)ệịệẫ:M t h th ng đi u khi n là xác đ nh khi đáp ng đ i v i m t ngõ vào nh t đ nh có th đ cộ ệ ố ề ể ị ứ ố ớ ộ ấ ị ể ượbi t tr c (predictable) và có th l p l i đ c (repeatable). N u không th a mãn 2 đi u ki n trên,ế ướ ể ặ ạ ượ ế ỏ ề ệh th ng đi u khi n là ng u nhiên.ệ ố ề ể ẫIII. NHI M V C A LÝ THUY T ĐI U KHI N T Đ NGỆỤỦẾỀỂỰỘĐ kh o sát và thi t k m t h th ng đi u khi n t đ ng ng i ta th c hi n các b c sau:ể ả ế ế ộ ệ ố ề ể ự ộ ườ ự ệ ướa) D a trên các yêu c u th c ti n, các mô hình v t lý ta xây d ng mô hình toán h c d a trênự ầ ự ễ ậ ự ọ ựcác quy lu t, hi n t ng, quan h c a các đ i t ng v t lý. Mô hình toán h c c a h th ng đ cậ ệ ượ ệ ủ ố ượ ậ ọ ủ ệ ố ượxây d ng t các mô hình toán h c c a các ph n t riêng l .ự ừ ọ ủ ầ ử ẻb) D a trên lý thuy t n đ nh, ta kh o sát tính n đ nh c a h th ng. N u h th ng không nự ế ổ ị ả ổ ị ủ ệ ố ế ệ ố ổđ nh ta thay đ i đ c tính c a h th ng b ng cách đ a vào m t khâu b chính (compensation) hayị ổ ặ ủ ệ ố ằ ư ộ ổthay đ i thay đ i tham s c a h đ h thành n đ nh.ổ ổ ố ủ ệ ể ệ ổ ịc) Kh o sát ch t l ng c a h theo các ch tiêu đ ra ban đ u. N u h không đ t ch tiêuả ấ ượ ủ ệ ỉ ề ầ ế ệ ạ ỉch t l ng ban đ u, ta th c hi n b chính h th ng.ấ ượ ầ ự ệ ổ ệ ốd) Mô ph ng h th ng trên máy tính đ ki m tra l i thi t k .ỏ ệ ố ể ể ạ ế ếe) Th c hi n mô hình m u (prototype) và ki m tra thi t k b ng th c nghi m.ự ệ ẫ ể ế ế ằ ự ệf) Tinh ch nh l i thi t k đ t i u hóa ch tiêu ch t l ng và h th p giá thành n u có yêuỉ ạ ế ế ể ố ư ỉ ấ ượ ạ ấ ềc u.ầg) Xây d ng h th ng th c t .ự ệ ố ự ế

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 5

DANH MỤC CÁC BẢNG SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 5

DANH MỤC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 6

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 9

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 10

LỜI CẢM ƠN 11

LỜI NÓI ĐẦU 12

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 13

I.Ưu nhược điểm của hộp số tự động 13

1.Ưu điểm 13

2.Nhược điểm 13

II Giới thiệu chung về hộp số tự động U340E 13

III Hệ thống điều khiển thủy lực 14

IV Các cảm biến tín hiệu đầu vào 19

1 Cảm biến vị trí bướm ga 19

2 Cảm biến tốc độ: 20

3 Sơ đồ chuyển số 20

CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM MATLAB 22

I Mô hình điều khiển hộp số bằng logic mờ 22

II Cơ bản về simulink 26

1 Khái niệm về simulink: 26

2 Khởi động simulink 26

3 Mô hình tập tin 27

4 Các thành phần cơ bản 28

5 Xây dựng hệ thống điều khiển hộp số 29

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ ARDUINO 50

I Khái niệm 50

II Phân loại Arduino 50

III Arduino Mega 2560 50

CHƯƠNG 4: THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ TỰ ĐỘNG 52

I Kết nối Matlab với Arduino 52

II Nạp thuật toán điều khiển hộp số tự động vào Arduino 54

III Điều khiển hộp số tự động bằng Arduino 56

1 Mạch giảm áp từ 12V của ắc quy thành nguồn 5V cung cấp cho Arduino .56 2 Mạch tăng áp 57

3 Kết nối tín hiệu đầu vào với Arduino 59

4 Kết nối tín hiệu đầu ra với 2 chân điều khiển solenoid 61

5 Vận hành hệ thống .62

6 Khảo sát trạng thái chuyển số bằng thực nghiệm trên mô hình .62

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 64

I Kết luận 64

II Đề nghị 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

1 S1 Solenoid Valve S1 Van điện từ S1

2 S2 Solenoid Valve S2 Van điện từ S2

DANH MỤC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

Hình 1.1: Van điện từ chuyển số S1 14

Hình 1.2: Sơ đồ mạch điện và chân giắc van chuyển số S1 15

Hình 1.3: Van điện từ chuyển số S2 15

Hình 1.4: Sơ đồ mạch điện van chuyển số S2 16

Hình 1.5: Chân giắc van chuyển số S2 16

Hình 1.6: Van điện từ tuyến tính SLT 17

Hình 1.7: Sơ đồ mạch điện van SLT 17

Hình 1.8: Chân giắc van chuyển số SLT 18

Hình 1.9: Van điều khiển áp suất P1 (SL) 18

Hình 1.10: Sơ đồ mạch điện van SL 18

Hình 1.11: Chân giắc van chuyển số SL 19

Hình 1.12: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 19

Hình 1.13: Cảm biến tốc độ xe loại phần tử điện từ 20

Hình 1.14: Sơ đồ chuyển số vị trí “D” 20

Hình 1.15: Sơ đồ chuyển số vị trí “D” chế độ tải nặng 21

Hình 2.1: Giao diện fuzzy logic 22

Hình 2.2: Giao diện fuzzy logic với 2 tín hiệu đầu vào 23

Hình 2.3: Giao diện fuzzy logic với tín hiệu đầu vào đầu ra đã đ ổi tên 23

Hình 2.4: Giao diện khối Alpha 24

Hình 2.5: Giao diện khối Speed 24

Hình 2.6: Giao diện khối Gear 25

Hình 2.7: Giao diện khối luật 25

Hình 2.8: Kết quả tập fuzzy đầu ra 26

Hình 2.9: Màn hình khởi động nhanh Simulink 27

Hình 2.10: Cửa sổ Simulink Library 27

Hình 2.11: Cửa sổ mô hình sau khi mở Simulink 28

Hình 2.12: Đường liên kết các khối trong Simulink 29

Hình 2.13: Mô hình hệ thống điều khiển hộp số tự động sang số 30

Hình 2.14: Mô hình mới 31

Hình 2.15: Cửa sổ lựa chọn các khối trong Simulink Libray 31

Hình 2.16: Thư viện khối của Common trong Simulink Support Package For Arduino Hardware 32

Hình 2.17: Chọn khối Analog Input trong thư viện khối của Simulink Support Package For Arduino Hardware 32

Hình 2.18: Các khối trong thư viện của User-Defined Functions 33

Hình 2.19: Chọn khối S-Function Builder trong thư viện khối của User-Defined Functions 33

Hình 2.20: Cửa sổ Math Operations 34

Hình 2.21: Các khối trong thư viện của Commonly Used Blocks 34

Hình 2.22: Chọn khối Mux trong thư viện Commonly Used Blocks 35

Hình 2.23: Chọn khối Fuzzy Logic Controller trong thư viện khối của Fuzzy Logic Toolbox 35

Hình 2.24: Các khối trong thư viện của User-Defined Functions 36

Hình 2.25: Chọn khối MATLAB Function trong thư viện User-Defined Functions36 Hình 2.26: Các khối trong thư viện của Math Operations 37

Hình 2.27: Chọn khối Rounding Function trong thư viện Math Operations 37

Hình 2.28: Các khối trong thư viện của Signal Attributes 38

Hình 2.29: Chọn khối Data Type Conversion trong thư viện Signal Attributes 38

Hình 2.30: Chọn khối S-Function Builder trong thư viện User-Defined Functions.39 Hình 2.31: Chọn khối Digital Output trong thư viện Simulink Support Package For Arduino Hardware 39

Hình 2.32: Thay đổi giá trị trong khối Analog Input 40

Hình 2.33: Thay đổi giá trị khối Gain 41

Hình 2.34: Thay đổi giá trị khối Data Type Conversion1 41

Hình 2.35: Thay đổi giá trị khối Fuzzy Logic Controller 42

Hình 2.36: Thay đổi giá trị khối Rounding Function 43

Hình 2.37: Thay đổi giá trị khối Data Type Conversion2 43

Hình 2.38: Thay đổi giá trị khối S-Function Builder 1 44

Hình 2.39: Thay đổi giá trị khối Digital Output 45

Hình 2.40: Thay đổi giá trị khối Digital Output 1 46

Hình 2.41: Thay đổi giá trị các khối 46

Hình 2.42: Thay đổi tên các khối 47

Hình 2.43: Liên kết khối do mo buom ga vào khối Gain 47

Hình 2.44: Mô tả liên kết chưa đúng 48

Hình 2.45: Mô hình điều khiển hộp số tự động sang số hoàn chỉnh 49

Hình 3.1: Board Arduino Mega 2560 50

Hình 4.1: Kết nối matlab với arduino 52

Hình 4.2: Tất cả driver Matlab hỗ trợ 53

Hình 4.3: Kết nối arduino với matlab thành công 54

Hình 4.4: Kết nối Arduino với máy tính 54

Hình 4.5: Khai báo arduino với matlab 55

Hình 4.6: Nạp thuật toán điều khiển hộp số vào arduino 55

Hình 4.7: Sơ đồ mạch điện mạch giảm áp 56

Hình 4.8: Cấu tạo mạch giảm áp 56

Hình 4.9: Sơ đồ mạch tăng áp 57

Hình 4.10: Cấu tạo mạch tăng áp 58

Hình 4.11: Kết nối tín hiệu tốc độ xe và bướm ga vào mạch điều khiển 59

Hình 4.12: 2 chân solenoid được nối vào mạch điều khiển 61

Hình 4.13: Vận hành mô hình điều khiển hộp số……… 62

Hình 4.14: Đồ thị thay đổi số theo tốc độ xe 62

Hình 4.15: Đồ thị thay đổi số theo độ mở bướm ga ……… 63

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: PHẠM NGỌC THIÊN BAN MSSV: 12145005

NGUYỄN THÀNH NHỰT MSSV: 12145126Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Tên đề tài: “Ứng dụng phần mềm máy tính điều khiển sang số hộp số tự động”.

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS LÊ THANH PHÚC

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm số: (Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

Giảng viên hướng dẫn

(Ký&ghi rõ họ tên)

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: PHẠM NGỌC THIÊN BAN MSSV: 12145005

NGUYỄN THÀNH NHỰT MSSV: 12145126Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Tên đề tài: “Ứng dụng phần mềm máy tính điều khiển sang số hộp số tự động”.

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: TS LÊ THANH PHÚC

NHẬN XÉT

7 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

8 Ưu điểm:

9 Khuyết điểm:

10 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

11 Đánh giá loại:

12 Điểm số: (Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

Giảng viên hướng dẫn

(Ký&ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Đề tài "Ứng dụng phần mềm máy tính điều khiển sang số hộp số tự động"

đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ quý thầy cô và các bạn trong lớp

Đặc biệt cảm ơn thầy hướng dẫn, GV.TS Lê Thanh Phúc, đã tận tình hướngdẫn, chỉ đạo về ý tưởng, phương hướng, nội dung và có những lời khuyên đúng lúc.Cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để nhóm chúng em nghiên cứuhoàn thành đồ án thành công

Xin chân thành cảm ơn!

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay lĩnh vực khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng và gần như chiếmlĩnh trong tất cả các mặt của đời sống xã hội Nhiều sản phẩm công nghệ ra đời vớithiết kế nhỏ, tích hợp nhiều chức năng như vi xử lý, vi điều khiển đã được sử dụnghầu hết trong các hệ thống điều khiển công nghiệp và các thiết bị dân dụng vớinhiều ưu điểm mà chúng dần dần phát triển thay thế nhằm giảm bớt sức lao độngcủa con người

Cùng với sự phát triển đó thì ngành công nghiệp ô tô đã có những thay đổi vềmặt kỹ thuật, điển hình là thay đổi về hộp số tự động trên xe, nó giảm mệt mỏi chongười lái xe và tính an toàn hơn.Với mục đích đó thì lĩnh vực điện điện tử đã đư ợcứng dụng trên ô tô rất thành công, nó gồm một bộ xử lý trung tâm (hay còn gọi làECU) với những thông tin thu thập được từ các cảm biến gửi về ECU và ECU sẽtính toán những dữ liệu nhập vào để điều khiển các chức năng chấp hành Giúp ô tôhoạt động tốt, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải độc hại

Chúng ta biết ngày nay hộp số tự động được sử dụng hầu hết trên các xe dulịch, bán tải và cả xe tải nặng Vì hộp số tự động có thể cung cấp các tỷ số truyềnthích hợp với điều kiện tải trọng của ô tô dựa trên hai tín hiệu đầu vào cơ bản là:Tốc độ động cơ và tải động cơ

ECU động cơ sẽ dựa trên tín hiệu hai cảm biến này điều khiển chuyển số êmdịu Tuy nhiên với kết cấu phức tạp của hộp số tự động sửa chữa là rất khó khăn.Vìvậy nhóm em thực hiện đề tài “Ứng dụng phần mềm máy tính điều khiển sang sốhộp số tự động” để giải quyết vấn đề trên

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

Sinh viên thực hiệnPHẠM NGỌC THIÊN BANNGUYỄN THÀNH NHỰT

CHƯƠNG 1

LÝ THUYẾT VỀ HỘP SỐ TỰ ĐỘNG

I.Ưu nhược điểm của hộp số tự động

1.Ưu điểm

- Do loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên phải chuyển số nên

giảm đi sự mệt mỏi cho lái xe

- Nó tránh cho động cơ và dòng dẫn động khỏi bị quá tải do nó nối chúng bằngthủy lực ( qua biến mô) tốt hơn so với nối bằng cơ khí

- Hộp số tự động dùng ly hợp thủy lực hoặc biến mô thủy lực việc tách nốicông suất từ động cơ đến hộp số nhờ sự chuyển động của dòng thủy lực từ bánhbơm sang bánh tua bin mà không qua một cơ cấu cơ khí nào nên không có sự ngắtquãng dòng công suất vì vậy đạt hiệu suất cao

- Thời gian sang số và hành trình tăng tốc nhanh

- Không cần bộ đồng tốc, không bị va đập khi sang số

2.Nhược điểm

- Kết cấu của hộp số tự động thường phức tạp hơn hộp số cơ khí

- Tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn sử dụng hộp số cơ khí

- Khi vận hành có thể xảy ra hiện tượng “ Trượt” hiệu suất sử dụng năng lượng

bị giảm, đặc biệt là ở tốc độ thấp do biến mô nối động cơ với hệ thống truyền độngbằng cách tác động dòng chất lỏng từ mặt này sang mặt khác trong hộp biến mô

II Giới thiệu chung về hộp số tự động U340E

Bảng 1.1: Bảng thông số kỹ thuật của hộp số U340E

Thể tích dầu hộp số 6,4 lít

Tay số P, R, N, D, 2, LCác tỉ số truyền tay số ( D ) 2,847; 1,552; 1,000; 0,700

Các tỷ số truyền tay số lùi ( R ) 2,343

Loại dầu Toyota Genuine ATF WS

2 Các van điều khiển

 Van điện từ chuyển số S1

Hình 1.1: Van điện từ chuyển số S1

Điều khiển van chuyển số 2 – 3: chuyển số bằng cách mở van chuyển số 2 – 3

và đóng ly hợp C2

 Sơ đồ mạch điện và vị trí chân van chuyển số S1

Hình 1.2: Sơ đồ mạch điện và chân giắc van chuyển số S1

 Bảng trạng thái van chuyển số S1

Chuyển số được điều khiển bằng ECU Số 1 Số 2 Số 3 Số 4

Bảng 1.2: Trạng thái van chuyển số S1

 Van điện từ chuyển số S2

Hình 1.3: Van điện từ chuyển số S2

Điều khiển van chuyển số 1 – 2 và 3 – 4: chuyển số bằng cách mở vanchuyển số 1-2 và 3-4 đồng thời điều khiển 2 ly hợp C1 và C2, phanh B1 và B2.

 Sơ đồ mạch điện

Hình 1.4: Sơ đồ mạch điện van chuyển số S2

 Vị trí chân van chuyển số S2

Hình 1.5: Chân giắc van chuyển số S2

 Bảng trạng thái van chuyển số S2

Chuyển số được điều khiển bằng ECU Số 1 Số 2 Số 3 Số 4

Bảng 1.3: Trạng thái van chuyển số S2

 Van điện từ tuyến tính SLT

Điều khiển áp suất chuẩn: điều khiển áp suất chuẩn, áp suất thứ cấp và áp suấtsau bộ tích năng

Van điều khiển áp suất P1 dùng cho số tự động ECU điều khiển áp suất bướm

ga bằng một van điện từ tuyến tính (SLT) thay cho van bướm ga, các kiểu xe như

vậy điều khiển áp suất bướm ga bằng ECU động cơ & ECT chuyển các tín hiệu tớivan điện từ tuyến tính theo các tín hiệu từ cảm biến vị trí van bướm ga.

Hình 1.6: Van điện từ tuyến tính SLT

 Sơ đồ mạch điện

Hình 1.7: Sơ đồ mạch điện van SLT

 Vị trí chân van SLT

Hình 1.8: Chân giắc van chuyển số SLT

 Van điện từ tuyến tính SL

Điều khiển áp suất ly hợp tối ưu, điều khiển ly hợp khóa biến mô

Hình 1.9: Van điều khiển áp suất P1 (SL)

 Sơ đồ mạch điện

Hình 1.10: Sơ đồ mạch điện van SL

 Vị trí chân van SL

Hình 1.11: Chân giắc van chuyển số SL

IV Các cảm biến tín hiệu đầu vào

1 Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến này phát hiện góc mở của bướm ga và gửi thông tin về ECU dướidạng tín hiệu điện áp để điều khiển thời điểm chuyển số và khóa biến mô

 Cảm biến ga loại tuyến tính

Hình 1.12: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga

Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC Khi cánh bướm ga mở,con trượt trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng dần ở cực VTA tương ứngvới góc mở cánh bướm ga Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừngnối cực IDL với cực E2 Trên đa số các xe hiện nay, cảm biến vị trí bướm ga chỉ có

3 dây VC, VTA và E2 mà không có dây IDL

2 Cảm biến tốc độ:

Ở hãng Toyota cảm biến tốc độ kiểu phần tử điện từ được sử dụng phổ biếnnhất, cảm biến này được dẫn động bởi trục thứ cấp của hộp số Cảm biến baogồm một mạch tích hợp (HIC) với một phần tử điện từ (MRE) và một vành từ

Hình 1.13: Cảm biến tốc độ xe loại phần tử điện từ

3 Sơ đồ chuyển số

ECU được lập trình để lựa chọn sơ đồ chuyển số theo chế độ lái xe và vị trí cần số

 Sơ đồ chuyển số vị trí “D” chế độ bình thường

Hình 1.14: Sơ đồ chuyển số vị trí “D”

Như sơ đồ trên ứng với góc mở cánh bướm ga 50% , tốc độ trục thứ cấp là

1500 v/p thì việc chuyển số từ 1 lên số 2 xảy ra, từ số 2 lên 3 xảy ra tại 2500 v/p và

từ số 3 lên số 4 (chọn chế độ O/D) xảy ra tại 4000 v/p

 Sơ đồ chuyển số vị trí “D” chế độ tải nặng

Tùy theo chế độ của công tắc chọn phương thức lái nên sự điều khiển thời điểmchuyển số phải khác nhau ECU căn cứ trên phương thức để điều khiển thời điểmchuyển số

Hình 1.15: Sơ đồ chuyển số vị trí “D” chế độ tải nặng

Với chế độ tăng tốc, đồng nghĩa với cánh bướm ga mở lớn và tốc độ động cơtăng lên ECU điều khiển linh hoạt thời điểm chuyển số và điểm khóa biến mô linhhoạt hơn so với chế độ bình thường, cho phép lái xe ở chế độ tải nặng với tốc độcao hơn và tăng tốc tốt hơn

Như sơ đồ khi bướm ga mở 50% việc chuyển số 1 lên số 2 ứng với trục thứ cấphộp số là 1800 v/p từ số 2 lên số 3 ứng với 3100 v/p và từ số 3 lên số truyền tăng là

4500 v/p

CHƯƠNG 2:PHẦN MỀM MATLAB

I Mô hình điều khiển hộp số bằng log ic mờ

Trong phần này chúng ta tìm hiểu công cụ fuzzy logic trong Matlab Sử dụng fuzzylogic để tạo ra các quy luật chuyển số của hộp số tự động

Khởi động fuzzy logic trong Matlab bằng lệnh:

>> fuzzy

Hình 2.1: Giao diện fuzzy logic

Trong cửa sổ fuzzy logic có 3 khối chính: đầu vào (input), đầu ra (output) và luật (rule) Double click vào từng khối cho phép ta thay đổi các thông số trong khối đó.

Để điều khiển hộp số tự động sang số cần 2 tín hiệu đầu vào là độ mở bướm ga vàtốc độ xe Chúng ta vào Edit chọn Add Variable… chọn Input

Hình 2.2: Giao diện fuzzy logic với 2 tín hiệu đầu vào

Gọi khối input1 là Alpha để chỉ độ mở bướm ga, khối input2 là Speed để chỉ tốc độ

xe, khối output là gear để chỉ số của hộp số tự động

Hình 2.3: Giao diện fuzzy logic với tín hiệu đầu vào đầu ra đã đổi tên

Mở khối Alpha ta có giao diện như Hình 2.10, trong đó có 5 hàm tính thành viêndạng trapmf 5 đường này đặc trưng cho độ mở bướm ga 20, 40, 60, 80, 100%

Hình 2.4: Giao diện khối Alpha

Mở khối Speed ta có giao diện như Hình 2.11 Trong đó gồm 14 hàm thành viên từ

I đến XIV biểu thị tốc độ xe từ 0 đến 6000 v/p

Hình 2.5: Giao diện khối Speed

Mở khối Gear ta có giao diện như hình 2.12, gồm 4 hàm thành viên đặc trưng cho 4

số của hộp số tự động

Hình 2.6: Giao diện khối Gear

Mở khối luật ở giữa để định nghĩa luật cho hệ thống như Hình 2.13 Ta thiết lập 20luật:

Hình 2.7: Giao diện khối luật

Vào View => Rule để xem kết quả tập fuzzy tổng đầu ra Dịch chuyển thanh trượt

để quan sát kết quả thu được bên phải Như trong Hình 2.14, với độ mở bướm ga là50%, tốc độ xe 3000v/p xe đang chạy ở số 4

Hình 2.8: Kết quả tập fuzzy đầu ra

Để lưu file bấm Ctrl + S, lưu với tên 4tocdo3

II Cơ bản về simulink

1 Khái niệm về simulink:

Simulink là một phần mở rộng đồ họa của MATLAB để mô hình hóa và môphỏng hệ thống Một trong những ưu điểm chính của Simulink là khả năng mô hìnhhóa một hệ thống phi tuyến Một ưu điểm khác của Simulink là khả năng đưa vàođiều kiện ban đầu

Hình 2.9: Màn hình khởi động nhanh Simulink

Khi nó bắt đầu,Simulink mang lên một cửa sổ duy nhất, mang tên "SimulinkLibrary Browser"mà có thể được nhìn thấy ở đây

Hình 2.10: Cửa sổ Simulink Library

3 Mô hình tập tin

Trong Simulink, một mô hình là một tập hợp các khối mà, nói chung, đại diệncho một hệ thống Ngoài ra, để vẽ một mô hình thành một cửa sổ mô hình trống, môhình các tập tin đã lưu trư ớc đó có thể được nạp hoặc từ menu "File" hoặc từ dấunhắc lệnh MATLAB

Mở tập tin này trong Simulink bằng cách nhập vào lệnh sau trong cửa sổ lệnhMATLAB (Ngoài ra, bạn có thể tải tập tin này bằng cách sử dụng "Open" trongmenu "File" trong Simulink, hoặc bằng cách nhấn "Ctrl-O" trong Simulink)

Cửa sổ mô hình sẽ xuất hiện.

Hình 2.11: Cửa sổ mô hình sau khi mở Simulink

Một mô hình mới có thể được tạo ra bằng cách chọn "New" từ menu "File" trongbất kỳ cửa sổ Simulink (hoặc bằng cách nhấn "Ctrl-N")

4 Các thành phần cơ bản

Có hai loại chính của các mục trong Simulink: “blocks” và “lines” Blocks được

sử dụng để tạo, chỉnh sửa, kết hợp, đầu ra, và hiển thị tín hiệu Lines được sử dụng

để truyền tín hiệu từ một khối khác

Blocks

Có một số các lớp học nói chung của khối trong thư viện Simulink:

 Sources: được sử dụng để tạo ra các tín hiệu khác nhau

 Sinks: được sử dụng để đầu ra hoặc hiển thị tín hiệu

 Continuous: các yếu tố hệ thống liên tục thời gian

 Discrete: tuyến tính, các yếu tố hệ thống rời rạc thời gian

 Math Operations: chứa nhiều hoạt động toán học phổ biến (tăng, sum, sảnphẩm, giá trị tuyệt đối, vv)

 Ports & Subsystems: chứa khối hữu ích để xây dựng một hệ thống

Blocks có số không đến một số thiết bị đầu vào và số không đến một số thiết bịđầu ra Thiết bị đầu vào không sử dụng được chỉ định bởi một tam giác nhỏ và mở.Thiết bị đầu ra không sử dụng được chỉ định bởi một điểm nhỏ hình tam giác Cáckhối hình dưới đây có một thiết bị đầu vào không sử dụng trên trái và một thiết bịđầu ra không sử dụng trên bên phải

Lines truyền tín hiệu theo hướng chỉ của mũi tên Đường dây phải luôn luôntruyền tín hiệu từ các thiết bị đầu ra của một khối để các thiết bị đầu vào của khốikhác Một ngoại lệ là một dòng có thể gõ tắt của một dòng khác, tách tín hiệu vớinhau của hai khối đích, như hình dưới đây

Hình 2.12: Đường liê n kết các khối trong Simulink

Lines không bao giờ có thể đưa một tín hiệu vào đường dây khác; "dòng" phảiđược kết hợp thông qua việc sử dụng một khối như một ngã ba tổng hợp

Một tín hiệu có thể là một tín hiệu vô hướng hoặc một tín hiệu vector Đối vớiđơn đầu vào, Single-Output (SISO) hệ thống, tín hiệu vô hướng thường được sửdụng Đối với Multi-Input, Multi-Output (MIMO) hệ thống, tín hiệu vector thườngđược sử dụng, bao gồm hai hoặc nhiều tín hiệu vô hướng Các "dây chuyền" được

sử dụng để truyền tải vô hướng và vector tín hiệu giống hệt nhau Các loại tín hiệumang bởi một dòng được xác định bởi các khối ở hai đầu của dòng

5 Xây dựng hệ thống điều khiển hộp số.

Trong phần này, bạn sẽ tìm hiểu làm thế nào để xây dựng các hệ thống trong

Simulink sử dụng các nền tảng xây dựng “Block Libraries” của Simulink Bạn sẽ

xây dựng các hệ thống sau đây

Hình 2.13: Mô hình hệ thống điều khiển hộp số tự động sang số

Đầu tiên, bạn sẽ thu thập tất cả các khối cần thiết từ các thư viện khối Sau đó,bạn sẽ sửa đổi các khối để chúng tương ứng với các khối trong mô hình mongmuốn Cuối cùng, bạn sẽ kết nối các khối với đường để tạo thành hệ thống hoànchỉnh Sau này, bạn sẽ mô phỏng các hệ thống hoàn chỉnh để xác minh rằng nó hoạtđộng

a Tập hợp các khối

Thực hiện theo các bước dưới đây để thu thập các khối cần thiết:

• Tạo một mô hình mới (New từ menu File hoặc nhấn Ctrl-N) Bạn sẽ nhận được

một cửa sổ mô hình trống

Hình 2.14: Mô hình mới.

• Nhấp chuột vào danh sách Simulink Support Package For Arduino Hardwaretrong cửa sổ Simulink chính

Hình 2.15: Cửa sổ lựa chọn các khối trong Simulink Libray

• Simulink Support Package For Arduino Hardware bao gồm các khối như analoginput, digital input, digital output được sử dụng để nhận hoặc xuất các tín hiệu giữaArduino và máy tính

Hình 2.16: Thư viện khối của Common trong Simulink Support Package For

Arduino Hardware

• Kéo khối Analog Input từ cửa sổ Simulink Support Package For ArduinoHardware vào phía bên trái của cửa sổ mô hình

Hình 2.17: Chọn khối Analog Input trong thư viện khối của Simulink Support

Package For Arduino Hardware

• Nhấp chuột vào danh sách User-Defined Functions trong cửa sổ Simulink chính