Đề cương bài giảng ứng dụng máy tính trong thiết kế tính toán ô tô

TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN KHOA C KH NG LC BI GING HC PHN: NG DNG MY TNH TRONG TNH TON THIT K ễ Tễ S TN CH: 02 LOI HèNH O TO: I HC CHNH QUY NGNH: CễNG NGH K THUT ễ Tễ Hng Yờn - 2015 Lời nói đầu : Môn ứng dụng Matlap kỹ thuật ô tô đ-ợc biên soạn nhằm giúp bạn sinh viên ngành khoa học kỹ thuật nắm đựoc sở phần mềm trợ giúp tính toán Matlap ,qua dùng Matlap để giải tập lớn ,đồ án ,luận văn tốt nghiệp Matlap thực phần mềm mạnh ,vừa có khả lập trình nh- nhiều ngôn ngữ khác ,vừa môi tr-ờng tính toán thực dụng dùng hàng trăm hàm ch-ơng trình đ-ợc lập trình sẵn để giải toán ma trận ,đại số tuyến tính ,giải tích số ,ph-ơng trình vi phân ,quy hoạch tuyến tính tối -u hoá nh- ch-ơng trình đồ hoạ Hiện Matlap xâm nhập vào hầu hết lĩnh vực ,từ kỹ thuật sở đến vấn đề có tính chuyên môn cao Một -u điểm Matlap học học tập phần mềm đơn giản ,chỉ cần vài buổi học học viên nắm đ-ợc phần ch-ơng trình để qua tìm hiểu thêm tài liệu phong phú Matlap mạng internet Đối với bạn thành thạo ngôn ngữ truyền thống ,việc tham khảo phần mềm Matlap giúp cho bạn hội tham khảo nhiều ch-ơng trình tính toán tinh vi Matlap qua tập tin nguồn có sẵn ,dựa vào bạn viết lại ngôn ngữ mà bạn -a thích Thiết kế giảng : Thac sĩ : Lê Anh Vũ Thạc sỹ : Đồng Minh Tuấn Ch-ơngI: gii thiệu chung Matlap, phạm vi ứng dụng 1.1.Giới thiệu chung matlap Matlap vừa ngôn ngữ lập trình vừa phần mềm ứng dụng tính toán hiệu Matlap từ viết tắt Matrix Laboratory phát triển tập đoàn The Math Works,Ins of Natick,Massachusetts Hoa kỳ từ năm 1970.Lúc đầu Matlap đ-ợc dùng chủ yếu để giải vấn đề matrân ,đại số tuyến tính ,giải tích số, khả tính toán Matlap lớn ,bao trùm nhiều lĩnh vực khác Matlap 6.0 đ-ợc phát hành vào mùa thu năm 2000 chạy nhiều hệ điều hành khác tiếp phiên 6.5 7.0 hiên 7.5 Tr-ơng trình Matlap bao gồm phần lõi (core) Modul phần mềm đ-ợc gọi toolbox (hộp công cụ) Mỗi toolbox phục vụ tính toán riêng biệt ,Ví dụ toolbox optimization chuyên để giải toán tối -u vv 1.1.1.cách cài đặt Matlap giới thiệu cho bạn cách cài đặt Matlap 7.5 bạn chọn mua đĩa Matlap phiên 7.5 cửa hiệu máy tính Sau cho đĩa vào ổ CD rom Sau mở dĩa CD vào setup hình hien nhu sau: Chọn install,sau bấm next hình sau : Nhập mã số vào password bấm next Một hình ra: Chọn yes bấm next hình sau ra: Chọn Typical tiếp tục bấm next Chọn ổ C làm nơi cài ch-ơng trình Matlap bấm next Nh- Matlap tự động cài ch-ơng trình vào máy bạn 1.2 Giao diện đồ hoạ, phím chức 1.2.1 Các kiểu biến Matlap Trong Matlap sử dụng biến sau: a.Biến toàn cục Muốn truy xuất đ-ợc biến dùng chung cho ch-ơng trình tập tin hàm (đóng vai trò nh- ch-ơng trình ) phải khai báo biến biến toàn cục dòng lệnh >> Goloball ten_bien1 b.Biến kiểu xâu ký tự (string): Cú pháp lệnh: names = Dong Minh Tuan names = Dong Minh Tuan number = 0983744750 number = 983744750 c.Biến symbolic : Cú pháp lệnh để tạo đối t-ợng simbolic >> x=symm(x) x= x Ngoài dùng lệnh symm để khai báo nhiều biến symbolic lúc : >> Symm (x,y,z) : Tạo ba biến symbolic x,y,z 1.2.2 Giao diện đồ hoạ Matlap gồp có hình : Màn hình comand Màn hình comand Work Màn hình comand off 1.2.3 Các phím chức : phím enter : phím quay lại : Dịch chuyển chuột bên phải man hình : Dịch chuyển chuột bên trái hình : phím dịch chuyển chuột xuống d-ới hình lệnh 1.3.Các ph-ơng pháp làm việc với Matlap 1.3.1các lệnh Các hàm thông dụng: Sqrpt(x) : Expe(x) Log(x) : Log10(x) Shin(x) : Cose(x) Tang(x) Coto(x) Asin(x) Accos(x) Actan(x) Acot(x) Sninh(x) Sign(x) Các đ-ợc định nghĩa tr-ớc Matlap(predefined constants) Biến,hằng Pi Ans Eps I,j Inf ý nghĩa NaN 1.3.2.Các lệnh dùng không gian hình làm việc Thứ tự 10 Lệnh Công dụng Cl Clear Clear var1 inpput Exist Quit Who Whoss % Dis 1.4 Quy cách viết dãy lệnh, biểu thức Matlap Chế độ t-ơng tác cách thích hợp với toán nhỏ ,đơn giản Đối với toán đòi hỏi phải sử dụng nhiều lệnh ,một tập lệnh đ-ợc dùng lặp lặp lại làm việc với dãy số có số phần tử lớn cần tạo Script file 1.4.1Tạo sử dụng Script file Chúng ta viết l-u tr-ơng trình Matlap tập tin có phần đuôi dạng (.m) đ-ợc gọi M file Matlap dùng hai loại M-file Cript file (tập tin lệnh) funtion file (tập tin hàm ) Hai loại khác tạo file sử dụng Cách tạo : Sau vào M- file có cửa sổ (hình2) Sau soạn xong l-u lại tên file (không vào tên đuôi m ).Tên file tuân theo quy tắc tên biến Matlap ,file đ-ợc l-u th- mục hành (current directory) th-ờng th- mục work ,sau l-u trở lại hình Destop để chạy ch-ơng trình Cấu trúc đề nghị cript file gồm phần sau: Phần thích (comments section) : viết dòng thích cho tr-ơng trìnhgồm: tên ch-ơng trình từ khoá mo tả ch-ơng trình ,định nghĩa biến đầu vào đầu ,chú ý phải xác định rõ đơn vị đo l-ờng cho tất biến đầu vào đầu ,tên hàm tự tạo đ-ợc sử dụng ch-ơng trình 1.4.2.Tạo sử dụng funtion file Một dạng M- file Matlap function file (tập tin hàm ) hàm ng-ời sử dụng tạo Khác với script file tất biến tập tin hàm có tính chất cục (local) có nghĩa giá trị biến không đ-ợc truy xuất bên không gian tập tin hàm dùng tập tin hàm để tránh việc lặp lặp lại tập lệnh Goloball: Việc khai báo phải thực ch-ơng trình function file có liên quan Trong tập tin hàm phải khai báo biến toàn cục dòng thực thi th-ờng viết hoa 1.5 Làm việc với tệp liệu Matlap Dòng function file đ-ợc gọi dòng định nghĩa hàm (function definition line) Function[output variables] Nhờ từ khoá function Matlap phân biệt đ-ợc M_file function file script file Tên hàm tự đặt tuân theo tên biến Matlap Các dòng dòng thích ,các biến đầu vào đầu ,các đơn vị đo l-ờng 1.5.1 Những l-u ý tập tin hàm : Function seqppllot (ý nghĩa ng-ời lập muốn vẽ hình vuông biết cạnh ) Trong ch-ơng trình tính toán dùng Matlap ,nếu không cần truy xuất tất biến script file sử dụng tập tin hàm thay script file làm cho workspace bớt cồng kềnh giảm đ-ợc nhớ ch-ơng ii: xử lý liệu dạng mảng matlap Bài Lập trình để tính toán xi lanh c-ờng hoá ứng dụng số liệu cụ thể Bài 4.Lập trìnhđể xác định tải trọng tính toán cho hệ thống lái ứng dụng số liệu cụ thể Bài5 : Lập trình tính toán giảm chấn Vẽ đồ thị độ dịch chuyển pistong trình làm việc (Tính toán cho kiểu giảm chấn cụ thể) Bài 6: Tính toán lực tác dụng lên bánh côn truyền hypôit.(áp dụng số liệu cụ thể ) Bài7.Lập trình tính trục hộp số (gồm chọ sơ kích th-ớc,tính sức bền ) Bài 8.Lập trình để tính toán sức bền của chi tiết ly hợp (gồm đinh tán ,Moay đĩa bị động,trục ly hợp ,lò xo ép) ứng dụng số liệu cụ thể Bài9: Lập trình tính toán phản lực tác dụng lên bánh xe ô tô lên dốc ứng dụng số liệu cụ thể Bài 10: Lập trình để tính toán lực mô men tác dụng lên bánh xe ứng dụng số liệu cụ thể Bài11:Lập trình để vẽ đồ thị cân lực kéo ô tô ứng dụng cho số liệu cụ thể 34 ch-ơng IV : Đồ thị Matlap Các đồ thị, hình vẽ đóng vai trò quan trọng việc trình bày kết tính toán vấn đề kỹ thuật Chúng gây đ-ợc ấn t-ợng mạnh mẽ có sức thuyết phục ng-ời nghe số dầy đặc bảng biểu Ch-ơng trình Matlap cung cấp nhiều hàm dùng để vẽ đồ thị hai chiều ,ba chiều ,vẽ mặt cắt với tiện ích phong phú dẽ sử dụng 4.1 Tạo đồ thị 4.1.1 Hàm pollot Đồ thị hiển thị cửa sổ đồ hoạ (graphics window ) riêng có tên figure No.1 Các lệnh nh- sau : >> y = f(x) ; >> pollot Ngoài dùng hàm guytext cho phép ng-ời vẽ đặt dòng text vào vị trí tuỳ ý đồ thị cách nhấm phím trái chuột đồ thị đ-ợc vẽ xong ,ch-ơng trình dừng lại để chờ thực thao tác Mỗi hàm guytext nhấn lần Chú ý hàm phải xuất sau hàm polllot Để in đồ thị máy in vào menu File chọn mục print (trên cửa sổ graphíc Window ) đánh lệnh print từ dòng lệnh Có thể vẽ nhiều đồ thị cửa sổ (overlay plots) ví dụ : Vẽ đồ thị hai hàm y = Z = sin3x với 0< x > y=2squrt(x); 35 >> z=2.sin(3.x); >> pollot Kết đồ thị thể hình y z -1 -2 0.5 1.5 1: 2.5 x 3.5 4.5 4.1.2.Hiệu chỉnh đ-ờng mầu lệnh plot Các kiểu đ-ờng(line types): Kiểu đ-ờng Solid line Dashed line Dash- dotted line Dotted line m) Kí hiệu nằm dấu ngoặc đơn - .- : Các mầu thông dụng hàm plot: Mầu Ký hiệu g r y c m W b k 36 4.1.3 Các loại điểm đánh dấu đồ thị : Nếu quan hệ hai đại l-ợng x,y cần đ-ợc vẽ điểm rời rạc ,thay đ-ờng liên tục nh- vẽ hàm ,hàm plot dùng điểm đ-ợc đánh dấu (data marker) Các kiểu data marker Ký hiệu lệnh plot k O + y e q (dot) (asterisk) (cross) (circle) (plus sign) (square) (diamond) Star 4.2 Chia cửa sổ đồ hoạ làm nhiều phần : Câu lệnh : >>ffplot ví dụ: vẽ đồ thị f(x)=sin(tan(x))-tan(sin(x) Các b-ớc tiến hành >> f=sin(tan(x))-tan(sin(x) >> ffplot -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 37 4.2.1 Lệnh subbpolot Thuật toán : y1 = f(x); subbpolot subbpolot x2 = (c : d); y2 = g(x); subbpolot subbpolot (x,y) Kết : t = 0-pi; toado = cylinde(4.cos(t)); subbpolot ; mesh(X) subbpolot; mesh(Y) subbpolot; mesh(Z) 38 subbpolot mesh(X,Y,Z) Lệnh polar Dùng để vẽ đ-ờng cong hệ toạ độ cực Đồ thị đ-ợc vẽ hệ l-ới gồm vòng tròn đồng tâm tia cực cách 300 Cú pháp lệnh : >> Pollare(theta,r) Trong theta góc cực tính radian r bán kính véc tơ đ-ợc xem nhlà hàm theta ví dụ : vẽ đ-ờng xoắn ốc Archimede với r = >> r = 2.theta; >> Pollare duong xoan oc Archimede r = 90 30 120 60 20 150 30 10 180 210 330 240 300 270 4.2.3 Vẽ số phức : Cú pháp lệnh >> n = (c : d); >> pollot 39 ví dụ: z=.1+.9i; pollot Do thi so phuc 0.8 0.6 Imaginary 0.4 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 Real 0.2 0.4 0.6 0.8 4.2.4 Đồ thị không gian 3D (R3) Để vẽ đồ thị không gian ba chiều Matlap sử dụng hàm plot4(x,y,z) Trong x,y,z véc tơ có phần tử Cấu trúc lệnh x= f1(t); y= f2(t); z =f3(t); pollot4 4.2.5 Vẽ mặt hàm hai biến Hàm meshrid tạo l-ới điểm mặt phẳng xy Cú pháp lệnh y = ( ymin : ymax) 40 meshrid(x) Trong x có m phần tử ,y có n phần tử ,xác định phậm vi thay đổi biến x,y Kế tiếp ta tính matran Z = f(X,Y) ,chú ý phải dùng phép tính mảng thay cho phép tính thông th-ờng ví dụ : vẽ mặt >> y=(-2:b); meshrid(x,y); >> Z=X -15 x 10 1.5 z 0.5 -0.5 -1 2 0 -1 y -1 -2 -2 x 4.2.5 Các hàm khác không gian 3D - Hàm meshp (X,Y,Z) tạo đ-ờng đồng mức phía d-ới mặt - Hàm meshze(X,Y,Z) tạo đ-ờng thẳng đứng (theo ph-ơng dọc trục z) phía d-ới mặt 41 - Hàm surfre(X,Y,Z) surfc(X,Y,Z) tạo mặt giống nh- thực lệnh mesh meshc nh-ng mặt đ-ợc tô bóng - Hàm contourtr(X,Y,Z) vẽ đ-ờng đồng mức mặt phẳng xy 4.3 Điều khiển trục toạ độ Để điều khiển trục toạ độ dùng lệnh Axis Cú pháp lệnh >> Axis 4.4.Ghi đồ thị Cách thức tiến hành thể hình vẽ; 4.5 In ấn đồ thị: Để in đồ thị cóp Word ta dùng lệnh print Cú pháp lệnh: File -print 42 Bài tập cuối ch-ơng:; Câu 1: Dùng hàm fploet vẽ đồ thị hàm số : Với x biến thiên khoảng x = [1: 0.1:10] Câu vẽ đồ thị so sánh dạng đồ thị hai hàm với x = [0 : với x = [-6 : 0.01: 6] hình Window 0.01:5] y = Câu : Cho số liệu xe : xe Không tải đầy tải đặc điểm a0, m b0, m h0, m m0, kg a0, m a, m b, m h, m Dẫn động Cơ cấu phanh tr-ớc Cơ cấu phanh sau N1 1.094 1.281 0.6 1650 1.387 0.988 0.560 2450 dòng đĩa Trống N2 1.224 1.176 0.71 1967 1.368 1.103 0.78 2510 dòng Trống Trống N3 1.264 2.036 1.160 3470 1.740 1.560 1.25 5800 dòng Trống Trống N4 1.926 1.874 1.400 4300 2.852 0.948 1.55 10526 dòng Trống Trống N5 2.186 1.789 1.160 6460 2.743 1.232 1.25 10185 dòng Trống Trống N6 2.282 1.944 1.360 7900 2.958 1.268 1.40 13200 dòng Trống Trống %%Dung duong dac tinh ly tuong P1-P2 %% Nhap du lieu a0=2.282;b0=1.944;h0=1.360;m0=7900;%xe khong tai a=2.958;b=1.268;h=1.402;m=13200;%xe day tai l=a+b; %tinh phan bo tai tinh m01=m0*b0/L;m02=m0*a0/L;%phan bo tai len cac cau,xe khong tai; m1=m*b/L;m2=m*a/L;%phan bo tai len cac cau,xe day tai; g=9.81; %tri so phi ung voi cac diem dac biet; phi01=-b0/h0; phi02=a0/h0; phi0=phi01:0.01:phi02; p01=m0*g/l*(b0+h0.*phi0).*phi0; P10=max(p01); p02=m0*g/l*(a0-h0.*phi0).*phi0; P20=max(p02); 43 phi1=-b/h; phi2=a/h; phi=phi1:0.01:phi2; p1=m*g/l*(b+h.*phi).*phi; P1=max(p1); p2=m*g/l*(a-h.*phi).*phi; P2=max(p2); %%diem cat cua dac tinh thuc voi duong ly tuong ,xe khong tai phi0lim=(a0-b0)/2/h0; p01lim=m0*g/l*(b0+h0*phi0lim)*phi0lim; p02lim=m0*g/l*(a0-h0*phi0lim)*phi0lim; %%diem cat cua dac tinh thuc voi duong ly tuong ,xe day tai philim=(a-b)/2/h; p1lim=m*g/l*(b+h*philim)*philim; p2lim=m*g/l*(a-h*philim)*philim; phimax =0.85;%he so bam lon nhat cua duong; %Tinh cac he so P1,P2 ung voi phi max; %khong tai pp01=m0*g/l*(b0+h0*phimax)*phimax; pp02=m0*g/l*(a0-h0*phimax)*phimax; %day tai pp1=m*g/l*(b+h*phimax)*phimax; pp2l=m*g/l*(a-h*phimax)*phimax; %cac gia tri kp1=[p01lim p02lim p1lim p2lim ] kq2=[pp01 pp02 pp1 pp2] fprintf('\n xe khong tai \n P10=%1.0f/n P02=%1.0f\n xe day tai\n P1=%1.0f/n P2=%1.0f\n',kq1'); fprintf('\n tri so luc P1,P2 ung voi phi =0.85\n') fprintf('\n xe khong tai \n P10=%1.0f/n P02=%1.0f\n xe day tai\n P1=%1.0f/n P2=%1.0f\n',kq2'); choice =input('chon de ve thi P1-P2 1/0); if choicev=1 figure(1) plot(p01,p02,'b',p1',p2','r',p02lim,p02lim,'b*',pp01,pp02,'r0',pp1,pp2,'bo') title('quan he ly thuyet P1-P2'); xlabel('luc phanh cau truoc'); ylabel('lucphanhcau sau'); grid on end; %ve he truc xmin=-0.2*P1; xmax=1.1*P1; x=xmin:xmax; ymin=1.1*P2; ymax=-0.5*P2; y=ymin:ymax; hold on plot(x,zeros(1,length(x)),'K',zeros(1,length(y)),y,'k') 44 quan he ly thuyet P1-P2 x 10 lucphanhcau sau -2 -4 -6 -8 -10 -12 -1 -0.5 0.5 1.5 luc phanh cau truoc 2.5 x 10 45 Ch-ơng V: Môphỏng hệ thống động lực Simulink 5.1.Giới thiệu chung simulink Simulink ch-ơng trình đồ hoạ ,định h-ớng sơ đồ khối dùng để mô hệ động lực Đây sản phẩm nằm bên Matlap để tăng thêm độ mềm dẻo Với simulink xây dựng mô hình toán học hệ thống giống nhta vẽ sơ đồ khối Simulink có th- viện với nhiều khối chức khác Từ th- viện ta chọn phần tử sở cho mô hình hệ thống phân tích Bên cạnh có nhiều cách để thêm khối chức vào hệ thống Ngay sau mô hình đ-ợc xây dựng ta thực trình mo theo nhiều cách khác Nhiều ph-ơng pháp tích phân đ-ợc sử dụng ng-ời dùng cần định nghĩa giới hạn b-ớc thời gian ,các tiêu chuẩn hội tụ Các kết mô đ-ợc hiển thị qua khối simulink,hoặc chuyển xang môi tr-ờng làm việc (bộ nhớ củâMatlap) ,có thể dùng hình đồ hoạ mạnh để hiển thị kết Phần lại ch-ơng giới thiệu cách sơ l-ợc việc sử dụng Simulink để sử lý toán đơn giản điều cần thiết cho sinh viên muốn tiếp cận với Simulink Tuy nhiên để có đầy đủ kiến thức Simulink sinh viên cần phải tham khảo thêm phần mềm trực tuyến Cách thức khởi tạo Simulink Matlap Nháy đúp chuột vào biểu t-ợng Matlap hình ,tại dòng nhắc Matlap ta go Simulink (hoặc nháy vào biểu t-ợng simulink công cụ ta kích hoạt tr-ơng trình simulink ) cửa sổ Simulink Hãy nháy vào biểu t-ợng Newđể xây dựng mô hình mô Việc xây dựng mô hình việc khối Simulink cách nháy chuột vào mục Simulink th- viện ta chọn khối tích hợp cho ch-ơng trình mô Trong th- viện Simulink chia làm nhóm : continous,Dỉerete,function & table,Math,Nonlinear,Sinals & systems,Sinks ,Soure - Th- viện Soure (các khối nguồn tín hiệu ) - Th- viện Sinks (các khối xuất tín hiệu ); - Th- viện Math (các khối ghép nối toán học ) 46 - Signals & Systems (các khối tín hiệu hệ con) Continous (các khối liên tục) Nonlinear (các khối phi tuyến ) Functions & tables (chứa khối thực việc gọi hàm từ Matlap khối nội suy khối hàm truyền) - Discrete (các khối gián đoạn ) 5.2,Th- viện Sources Sinks 4.2.1.Th- viện Sources Khi nháy chuột kép vào ký hiệu Sources ,cửa sổ th- viện với khối chức ,các khối chuẩn bao gồm nguồn phát tín hiệu ,các khối cho phép nhập số liệu từ file, từ Matlap Workspace.Sau ta xét khối : a,Khối constant 47 (không phụ thuộc vào thời gian )thực phức ,hằng số scalar,véc tơ hay ma trận ,tuỳ theo cách ta khai báo tham số Constant Value ô Interpret vector parameter as 1_D có đ-ợc chọn hay không Nếu ô đ-ợc chọn ta khai báo tham số Constant Value vector hàng hay cột với kích cỡ [1 x n] hay [n x 1] d-ới dạng ma trận [ 10 11 12] Constant Constant1 Constant2 b,Khối step Ramp Giống nh- khối constant ,ta dùng tham số tuỳ chọn Interpret vector parameter as 1_D để định tín hiệu dạng b-ớc nhẩy hay dạng dốc tuyến tính có giá trị Scalar hay vector hay matran c,khối From File Bằng khối From File ta lấy số liệu từ Matlap file ,hoặc kết lần mô tr-ớc ,đã đ-ợc tạo lên cất nhờ khối To file sơ đồ Simulink Số liệu cất Matlap file phải có định dạng nh- sau: 48 ...Lời nói đầu : Môn ứng dụng Matlap kỹ thuật ô tô đ-ợc biên soạn nhằm giúp bạn sinh viên ngành khoa học kỹ thuật nắm đựoc sở phần mềm trợ giúp tính toán Matlap ,qua dùng Matlap để... thích Thiết kế giảng : Thac sĩ : Lê Anh Vũ Thạc sỹ : Đồng Minh Tuấn Ch-ơngI: gii thiệu chung Matlap, phạm vi ứng dụng 1.1.Giới thiệu chung matlap Matlap vừa ngôn ngữ lập trình vừa phần mềm ứng dụng. .. có khả lập trình nh- nhiều ngôn ngữ khác ,vừa môi tr-ờng tính toán thực dụng dùng hàng trăm hàm ch-ơng trình đ-ợc lập trình sẵn để giải toán ma trận ,đại số tuyến tính ,giải tích số ,ph-ơng trình