Ứng dụng matlab trong mô phỏng và phân tích hệ thống động lực học phần mạch điện và cơ điện

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH CƠ TIN KỸ THUẬT ooƠoo UNG DUNG MATLAB TRONG MO PHONG VA PHAN TICH HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC HỌC PHẦN MẠCH ĐIỆN VÀ CƠ ĐIỆN CBHD: TS NGUYEN TIEN DUNG SVTH: NGÔ NHẬT QUANG MSSV : 99KC072 + = P Hỗ CHÍ MINH, THANG 01 NAM 2004 BO GIAO DUC va BAO TAO Trường ĐHDL CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Kỹ Thuật Công Nghệ Độc Lập - Tự Do —- Hạnh Phúc Khoa Cơ Tin #VkkddOkKeio NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Chá ý : Sinh viên phải dán tờ vào trang thứ thuyết mình) HỌ VÀ TÊN : Mee “ye NGANH : Nhek at pn lb xa “ko Thước Số LỚP cA 1- Đầu đề Đồ án: MSSV :.SIACO LE : „.99&€21 " x4aÉ11, 2- Nhiệm v vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đâu): „MWu.~ đa (se -“⁄6k at tegen MDE ke 3- Ngày giao nhiệm vụ Đề án : ST L0 ^ pe Mee CEES, can HEAL c2 0È 2e 4- Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 212/9./ 4Â, c2 2222 C 5- Họ tên cán hướng dẫn: 1) Ts, _ +: a leo Ngày “ tháng t2 năm 2003 dD Phần hướng dẫn - - CHỦ NHIỆM KHOA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHÍNH (Ký ghỉ rõ họ tên) (Ký ghỉ rõ họ tên) an fren BO GIAO DUC va DAO TAO CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIET NAM Khoa Co Khi Fu Động-Robot xi tt *kkkkk Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM, Ngày thang nam 2004 PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho cán hướng dẫn) 1.Họ TênSV Ngành sở 2- Đề tài : :.*¿ pi Mhet Lasse,{Gon CE “han nà Tindy Ti 3- Họ tên cán hướng dẫn " MSSV : JI KEOF P: 2222 : /5 đo nước di eo ds đa ` seuss wane ce6 4- Téng quat vé ban thuyét minh : Số trang wD EN enn Số chương Sa, Số bảng số liệu ae Số hình vẽ "“ Số tài liệu tham khảo rss ALLE Phan mém tinh todn MAbah | Hiện vật (sản phẩm) a Khổ khác: Š #2 5- Tổng quát vẽ : - Tổng số vẽ : BanAl: - Số vẽ vẽ tay: : O74 Ban A2: Số vẽ máy tính: LUAN AN TOT NGHIEP i L069 CAM ON mè: tô cảm đu dự quan thm gtip dé thu tink eda tiây (duy “TIẾN cs UGUYEN TIEN DUNG sudt thir gtan thie đáp ludu du Chan than cdc on thay eb olde trating Dat Woe Din Lipp RG Thude Ciug Nghe thuse hhaa Co Ktd Te Ding Robst dé tae dééu btin eho em “tôm củi vé link vwe ing dung cing ughé tin hoe, phan tich ua tink toda by thudt UNG DUNG MATLAB TRONG MO PHONG, PHAN TICH MACH ĐIỆN VÀ CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN NY ii MởÐ Oo» LUAN AN TOT NGHIEP nay, máy móc thiết bị có phát triển vơ lớn đa dạng Nó có mặt ngành nghề, ta nói máy móc gắn liễn với sống thể tay chân gắn liên với thân thể Kể từ phát triển bánh xe (đại điện cho vật thể quay), máy móc trở thành công cự đắc lực thúc đẩy tiến hóa phát triển văn minh nhân loại Vào thời điểm này, người ta bắt đâu ý đến trình chuyển động vật thể, tìm hiểu nguyên nhân, tác động gây chuyển động vật thể ngành Động lực học đời Vì vậy, việc nghiên cứu dạng mơ hình tốn học hệ thống động lực học vấn đề thiết yếu người kỹ sư người làm công tác khoa học Một mấu chốt góp phần khơng nhỏ, q trình phát triển hệ thống động lực học, đời thiết bị điện điện tử Trong suốt nội dung bắn Luận án này, ta tập trung nghiên cứu đạng mơ hình toán học hệ thống động iực học ứng dụng phân ứch mạch điện hệ thống điện Để phân tích mạch điện, ta ứng dụng phần mềm MATLAB YV6.5, q tính tốn hiển MATLAB cho máy tính ma MATRIX va thị kết dạng đồ trả chương trình thuộc công ty "The MATHWORKS", viết PC nhằm hỗ trợ cho tính tốn khoa học Kĩ thuật với phần tử trận, máy tính cá nhân Thuật ngữ MATLAB có hai từ LABORATORY ghép lại Chương trình sử dụng nhiễu nghiên cứu vấn để tính tốn toán kĩ thuật như: Lý thuyết điểu khiển tự động, kĩ thuật thống kê xác suất, xử lý số tín hiệu, phân tích liệu, dự báo chuổi quan sát, v.v MATLAB duc điều khiển tập lệnh, tác động qua bàn phím Nó cho phép khả măng lập trình với CÚ pháp thơng địch lệnh — cịn gọi Script file Các lệnh hay lệnh MATLAB lên đến số hàng trăm ngày mở rộng phần TOOLS BOX( thư viện trợ giúp) hay thông qua hàm ứng dụng xây dựng từ người sử dụng MATLAB có 25 TOOLS BOX để trợ giúp cho việc khảo sát vấn đề có liên quan TOOL BOX SIMULINK phần mở rộng MATLAB, sử dụng để mô hệ thống động học cách nhanh chóng tiện lợi Ngồi MATLAB hỗ trợ công cụ xây dựng giao diện, giúp người sử dụng thiết kế chương trình với giao điện trực quan hiệu quả(Lập trình giao điện tháo luận chương 3) Chương trình Matiab cấp cao C, C+, Fortran, Sau đây, em trình bày cứu lĩnh vực nên sai sót bạn quan tâm bảo chạy liên kết với chương trình ngơn ngữ nội dung phần luận án Do lần nghiên điều tránh khỏi Kính mong quý thầy thêm (ING DUNG MATLAB TRONG MO PHONG, PHAN TICH MACH DIEN VA CAC HE THỐNG CƠ ĐIỆN LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP iii MUC LUC LỰC HỌC « "“— ` 1.1 Phương trình vi phân hệ thống đơng lực học : - .-ss Phương trình đáp ứng ngõ vào hệ thống > Hàm truyền dat Trong suốt chương này, ta khảo sát tốn tuyến tính hệ thống động lực học 1.1 Phương trình vi phân hệ thống đơng lực học : 1.1.1 Dinh nghia : Tập hợp hệ tọa độc lập để mơ tả hồn tất chuyển động hệ thống ví thiết lập hệ tọa độ suy rộng Cho hệ thống, thiết lập hệ tọa độ đêu sử dụng để mơ tả hồn tất chuyển động nó, có lẽ lựa chọn hệ tọa suy rộng Vì vậy, việc tập hợp hệ tọa độ không quấn Ghi : qị(i= 1,2, n) hệ tọa độ suy rộng hệ thống với n bậc tự do, đó, số bậc tự với số phần tử nhỏ hệ tọa độ độc lập yêu cầu để mơ tả vị trí tất phần tử hệ thống Về phương diện hình học, hệ tọa độ suy rộng q¡( i= 1,2, n), định nghĩa không gian Đê-các-tơ (cartesian) với n thứ nguyên, ví khơng gian cấu hình Xét hệ thống n bậc tự mà phương trình vi phân (cấp hai) tổng quát cho sau : q, = /(4.4› „.dị.d¿ đ,„,) Gy = ñ(.8: 4,s8i,đa, đ„„) (.1) ä, = /;(1:đ; đu#tsl:, đ„» ) ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN LUÂN ÁN TỐT NGHIỆP Trong q¡ ¿,Ci= I,2, n) hệ tọa độ suy rộng vận tốc suy rộng tương ứng Hàm f,0=1,2, ,n) hàm phi tuyến, nghĩa lực suy rộng hàm đại số q,, ¿,và thời gian t Hệ thống phương trình vi phân trình bầy phương trình (1.1) giả thuyết điều kiện đầu Điều kiện đầu hệ tọa độ suy rộng : q;(0), q„(0) Điều kiện đầu vận tốc suy rộng : ¿(0), ,¿,(0) Phương trình (1.1) kết hợp với phương trình (1.2) mơ 2) tả dạng cấu hình hệ thống Một lần nữa, chúng liên quan đến hệ thống hàm fẰq = 1, 2, n) tuyến tính Xác định hàm chứng minh kết hợp tuyến tính gị ¿,, họa ví dụ Ví dụ 1.1: Xét hệ thống khí đơn giản : Trong đó, xạ š¿ khoảng cách vận tốc tương ứng Cho điều kiện đầu x(0) = xọ, #(0)=#¿ Tìm phương trình chuyển động hệ thống mơ hình cấu tạo định nghĩa phương trình (1 L) x(t k —Gp— ¬Ị m —Ì b Giải : Phương trình chuyển động : mš+b.++#.x=0 Điều kiện đầu : x(0) = Xo, (0) =% Chia hai vế phương trình chuyển động cho m, ta : =» Ob, & f=-TX-—x a m m 4:4) Quan sát ta thấy phương trình có tọa độ suy rộng q¡ = x, phương trình có dạng phương trình (1.1) Hơn nữa, hàm suy rộng f¡ hàm tuyến tính VỚI X va x ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN LUAN AN TOT NGHIEP Vidu 1.2: m› 71 _ 71 J b ma ba Xét hệ thống hai bậc tự hình : Điều kiện đầu : x¡(0) = Xịo, %(0) = 4), X2(0) = X29, #;(0)= $2 Trong đó, hai số sử dụng Chỉ số biến thứ dùng để khoảng cách vận tốc hệ thống, số thứ hai dùng để điều kiện đầu Xác định phương trình tổng quát mơ hình hệ thống cho, định nghĩa phương trình (1 I} Giải : Hệ phương trình vi phân chuyển động hệ thống khí cho sau : tờ + ky.) ~hy.(, — 4) — 4, (4, —4,) = m,.¥,+b,.(d, ~X,)+k,(x,-%,) =0 Chia hai vế hệ phương trình vi phân chuyển động cho mị mạ, ta : a= alo — KX thy, = ¬ x 2= [bee —#)T-k,œ — 31) + Oy (%, -Ä)|= Ai %,%,%) sợ —x)| = /2\.x;.#., 4s) Ta thấy hệ phương trình vi phân chuyển động có dạng (1.1), có hai tọa độ suy rộng q¡ = Xị, q; = Xa Lực suy rộng f¡, f; xem tuyến tính hai tọa độ suy rộng x1, x2 hai vận tốc suy rộng %,,%, 1.1.2 Dang ma trận cấp bai : Dạng chung sử dụng thuận tiện việc trình bày hệ thốngcấp nx n phương trình vi phân cấp hai dạng ma trận chuẩn cấp hai, định nghĩa sau: mữ +c#+kư= ƒŒ) (1.2*) Trong đó, m khối lượng ma trận (n x n), c ma trận giảm chấn (n x n), k ma trận bến (n x n), x vector cấu hình (n x 1) = vector hệ tọa độ suy rộng, f vector ngoại lực (nx 1) ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN ... chứa đựng thơng tin tương tự hệ thống động lực học ỨNG DỤNG MATLAB TRONG MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỆN VÀ CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP 1.2.4 Sw rot rac 11 Trong hau hét cdc trường hợp,... ứng dụng phân ứch mạch điện hệ thống điện Để phân tích mạch điện, ta ứng dụng phần mềm MATLAB YV6.5, tính tốn hiển MATLAB cho máy tính ma MATRIX va thị kết dạng đồ trả chương trình thuộc cơng ty... trình vi phân hệ thống động lực học > Khong gian trạng thái > Phương trình đáp ứng ngõ vào hệ thống > Hàm truyền dat Trong suốt chương này, ta khảo sát tốn tuyến tính hệ thống động lực học 1.1