Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung tài liệu giới thiệu chung về Simulink, cách khởi động Simulink và thao tác trong cửa sổ soạn thảo, cách xây dựng mô hình toán học bằng Simulink (xây dựng mô hình hệ thống xe tải).
THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BÀI 4: SIMULINK – CÔNG CỤ MÔ PHỎNG I MỤC TIÊU Hiểu cách công cụ mạnh hữu hiệu Matlab, Simulink, để từ sinh viên tự phát huy chức cao hai cơng cụ tính tốn mô hệ thống II THỰC HÀNH Simulink chứa thư viện chức phong phú, thí nghiệm đề cập đến gọi Từ đó, sinh viên tự nghiên cứu phát triển tiếp Simulink Simulink 5.0 (Simulation and Link - R13) MatWorks giới thiệu vào tháng năm 2003 Nó cho phép phân tích, mơ hình hóa mơ hệ thống động tuyến tính phi tuyến, liên tục rời rạc cách trực quan môi trường giao tiếp đồ họa, thao tác chuột đơn giản Có thể nói, khơng tận dụng Simulink thiệt thòi lớn cho người làm công tác mô phỏng! 1.1 Khởi động Simulink Nhập lệnh: >>simulink Hoặc nhấp chuột vào biểu tượng simulink menubar Matlab Thư viện simulink hình dưới: Cửa sổ thư viện Simulink THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN Trước tiên, sinh viên nhấp chuột vào cuộn thư viện để có nhìn thân thiện simulink Từ đây, để tạo mơ hình simulink: ƒ + Nhấp chuột vào biểu tượng New thư viện simulink ƒ + Chọn: File – New – Model Menu thư viện Simulink ƒ + Chọn: File – New – Model cửa sổ lệnh Matlab Môi trường soạn thảo Simulink 1.2 Thao tác cửa sổ soạn thảo Cửa sổ soạn thảo cho phép ta ‘nhấp - kéo - thả’ vào khối chức thư viện simulink Ví dụ, đặt vào khối ‘Sine Wave’ thư viện Simulink Library Sau đặt tất khối cần thiết mơ hình, ta nối chúng lại cách ‘nhấp - giữ’ kéo đường từ ngõ khối đến ngõ vào khối khác thả phím trái chuột, kết nối thiết lập THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN Xây dựng mơ hình tốn học Simulink 2.1 Xây dựng mơ hình hệ thống xe tải: Mơ hình hệ thống xe tải cho phương trình: m → dv u bv dt dv (u bv) dt m Trong m khối lượng xe, u lực tác động động (ngõ vào mơ hình), b hệ số ma sát v vận tốc đạt (ngõ mơ hình) Xuất phát điểm việc xây dựng mơ hình hệ thống từ phương trình vi phân tương ứng khối tích phân (Integrator) Nếu phương trình mơ tả hệ thống có vi phân bậc n ta đặt vào mơ hình n khối tích phân, quan hệ dv dt v Các bước thực hiệnƒ - Mở cửa sổ mơ hình - Đặt vào mơ hình khối ‘Integrator’ từ thư viện ‘Continuous’ kẻ đường thẳng nối đến ngõ vào ngõ khối Đặt nhãn ‘vdot’ (dv/dt) cho cho đường nối đến ngõ vào ‘v’ cho đường nối đến ngõ cách nhấp đúp chuột phía đường Từ phương trình hệ thống ta thấy dv/dt (vdot) tích thành phần (1/m) thành phần tổng (u – bv), nên ta thêm khối 1/m trước khối tích phân: - Đặt vào khối ‘Gain’ thư viện Nhấp đúp chuột vào khối để thay đổi độ lợi thành 1/m Đặt nhãn ‘inertia’ cho khối để tượng trưng cho quán tính xe (nhấp đúp vào nhãn ‘Gain’ bên khối) THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN - Bây ta đặt khối tổng với ngõ vào ‘+ -‘, ngõ vào ‘+’ nối với u, ngõ vào ‘-’ nối với thành phần bv để (u – bv) - Đặt vào khối ‘Sum’ thư viện Nhấp đúp vào khối để đổi ngõ vào từ ‘++’ sang ‘+-’ Để thành phần bv ta cần đặt thêm khối ‘Gain’ với độ lợi b: - Đặt khối ‘Gain’ có độ lợi b Đặt nhãn ‘damping’ tượng trưng cho thành phần lực cản xe Đến việc xây dựng mơ hình xe tải với ngõ vào u ngõ v coi hoàn thành Tuy nhiên, để mơ mơ hình này, ta cần đặt thêm khối ‘Step’ vào u hiển thị v khối ‘Scope’ ƒ Đặt khối ‘Step’ thư viện biên độ u ngõ vào ƒ Đặt khối ‘Scope’ thư viện ngõ v Nhớ m, b u biến cần gán trị trước mô >>m=1000 >>b=50 >>u=500 Thời gian mô hệ thống tùy thuộc vào thông số ‘Stop time’ menu ‘Simulation→Simulation paramrters’, giả sử đặt 120 THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN Để chạy mơ phỏng, ta thực cách: ƒ nhấp chuột vào biểu tượng ► menubar mơ hình ƒ chọn: Simulation → Start ƒ Ctrl-T Nhấp đúp vào ‘Scope’ để xem kết mô Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển vị trí motor DC cho phương trình vi phân sau: d 2 d K i b t dt J dt di d Ri V K e dt L dt Trong đó: J = 0.01 Kgm2/s2 moment quán tín rotor b = 0.1 Mms hệ số ma sát phận khí K = Ke = Kt = 0.01 Nm/A số sức điện động R = 10 ohm điện trở dây quấn L = 0.5 H hệ số tự cảm V điện áp đặt lên cuộn dây motor θ vị trí trục quay (ngõ mơ hình) i dòng điện chạy cuộn dây motor THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN Quan sát phương trình mơ tả hệ thống ta thấy cấu trúc chúng tương tự phương trình câu c Sinh viên thực phương trình để (hình 3.9): Kết hợp phương trình: Đặt vào mơ hình khối ‘Step’ để làm tín hiệu tham khảo, khối ‘Scope’ để quan sát đáp ứng Sinh viên gán trị cho tất thơng số mơ hình, thực mơ quan sát đáp ứng (Hình 3.11) THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN Hãy thay đổi ngõ vào mơ hình khối tạo xung vng Mơ phỏng, quan sát kết nhận xét Bài tập Hãy tính đạo hàm cấp hàm y x.e(1 x ) tay kiểm chứng kết symbolic Tính tích phân sau kiểm chứng kết symbolic: e x dx Xây dựng mơ hình hệ thống xe lửa cho phương trình: Phương trình: d x1 dx M F k ( x1 x2 ) M g M dt dt d x dx M 22 k ( x1 x2 ) M g dt dt Trong thơng số tượng trưng sau: M1=1 kg khối lượng toa kéo; M2=0.5 kg khối lượng toa khách; THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN k=1 N/sec độ cứng lò xo kết nối toa; F=1 N lực tác động đầu máy (ngõ vào mơ hình); μ=0.002 sec/m hệ số ma sát lăn; g = 9.8 m/s^2 gia tốc trọng trường x1, x2 vị trí toa (ngõ ra) ... nhãn ‘Gain’ bên khối) THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN - Bây ta đặt khối tổng với ngõ vào ‘+ - , ngõ vào ‘+’ nối với u, ngõ vào - nối với thành phần bv để (u – bv) - Đặt vào khối ‘Sum’ thư...THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN Trước tiên, sinh viên nhấp chuột vào cuộn thư viện để có nhìn thân thiện simulink Từ đây, để tạo mơ hình simulink: ƒ + Nhấp chuột vào biểu tượng New thư viện simulink. .. sức điện động R = 10 ohm điện trở dây quấn L = 0.5 H hệ số tự cảm V điện áp đặt lên cuộn dây motor θ vị trí trục quay (ngõ mơ hình) i dòng điện chạy cuộn dây motor THƯC HÀNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ