- Phương pháp cực đại: Các bước thực hiện:
Chương IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB
Chương IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB MỀM MATLAB
Các chương II và III đã trình bày về các đối tượng chính của luận văn, đó là mô hình động cơ một chiều kích từ độc lập và mạng TSK trong lô gíc mờ để xử lý tín hiệu đo tốc độ của động cơ. Để tiến hành khảo sát các ý tưởng, luận văn đã xây dựng các mô hình mô phỏng để tạo tín hiệu và các chương trình để thử nghiệm các thuật toán tính toán, xử lý tín hiệu đo nhằm mục đích nhận dạng. Toàn bộ các mô hình và hệ thống được mô phỏng trong môi trường Matlab và sử dụng Toolbox Simulink.
4.1. Giới thiệu về phần mềm Matlab + Simulink [5, 6]
4.1.1 Giới thiệu về phần mềm Matlab
Matlab là một ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao được sử dụng để giải các bài toán về kỹ thuật. Matlab tích hợp được việc tính toán, thể hiện kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc rất dễ dàng cho người sử dụng. Dữ liệu cùng với thư viện được lập trình sẵn cho phép người sử dụng có thể có được những ứng dụng sau đây.
• Sử dụng các hàm có sẵn trong thư viện, các phép tính toán học thông thường.
• Cho phép lập trình tạo ra những ứng dụng mới.
• Cho phép mô phỏng các mô hình thực tế.
• Phân tích, khảo sát và hiển thị dữ liệu.
• Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh.
• Cho phép phát triển, giao tiếp với một số phần mềm khác như C++, Fortran…
Matlab ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và nó sử dụng rất nhiều các phép tính toán học. Với những đặc điểm đó và khả năng thân thiện với người sử dụng nên nó dễ dàng sử dụng hơn các ngôn ngữ lập trình khác như: Basic, Pascal, C... Matlab cung cấp một môi trường phong phú cho biểu diễn dữ liệu và có khả
Chương IV: Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab
năng mạnh mẽ về đồ họa, bạn có thể tạo các giao diện riêng cho người sử dụng (Graphical User Interface - GUIs) để giải quyết những vấn đề cho riêng mình. Thêm vào đó Matlab đưa ra những công cụ để giải quyết những vấn đề đặc biệt, gọi là Toolbox (thư viện công cụ).
Hệ thống giao diện của Matlab được chia thành 5 phần: Môi trường phát triển.
Hinh 4.1: Hệ thống giao diện của Matlab
Đây là nơi đặt các thanh công cụ, các phương tiện giúp chúng ta sử dụng các lệnh và các file, ta có thể liệt kê một số như sau:
• Desktop
• Command Window
• Command History
• Browsers for Viewing Help
Thư viện, các hàm toán học
Chương IV: Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab
Bao gồm các cấu trúc như tính tổng, sin, cosin, actan2, etc…, các phép tính đơn giản đến các phép tính phức tạp như tính ma trận nghịch đảo, trị riêng, chuyển đổi furie, laplace, symbolic library.
Ngôn ngữ Matlab
Đó là ngôn ngữ cao về ma trận và mảng, với các dòng lệnh, các hàm, cấu trúc dữ liệu vào, có thể lập trình hướng đối tượng.
Đồ hoạ trong Matlab
Bao gồm các câu lệnh thể hiện đồ hoạ trong môi trường 2D và 3D, tạo các hình ảnh chuyển động, cung cấp các giao diện tương tác giữa người sử dụng và máy tính. Giao tiếp với các ngôn ngữ khác.
Matlab cho phép tương tác với các ngôn ngữ khác như C, Fortran
4.1.2 Giới thiệu về SIMULINK
Simulink là một phần mềm mở rộng của MATLAB (là 1 Toolbox của Matlab) dùng để mô hình hoá, mô phỏng và phân tích một hệ thống động. Thông thường dùng để thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống thông tin và các ứng dụng mô phỏng khác.
Simulink là thuật ngữ mô phỏng dễ nhớ được ghép bởi hai từ Simulation và Link. Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính,hệ phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn.
Để mô hình hoá, Simulink cung cấp cho bạn một giao diện đồ họa để sử dụng và xây dựng mô hình sử dụng thao tác "nhấn và kéo" chuột. Với giao diện đồ họa ta có thể xây mô hình và khảo sát mô hình một cách trực quan hơn. Đây là sự khác xa các phần mềm trước đó mà người sử dụng phải đưa vào các phương vi phân và các phương trình sai phân bằng một ngôn ngữ lập trình.
Điểm nhấn mạnh quan trọng trong việc mô phỏng một quá trình là việc thành lập được mô hình. Để sử dụng tốt chương trình này, người sử dụng phải có kiến thức cơ bản về điều khiển, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm của lý thuyết điều khiển và từ đó thành lập nên mô hình của bài toán.
Chương IV: Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab
4.2. Mô phỏng động cơ trên phần mềm SIMULINK
Động cơ một chiều kích từ độc lập luận văn nghiên cứu có các thông số sau [5]:
• Điện áp phần ứng: UA = 220 V
• Điện áp kích từ: UK= 24 V
• Điện cảm phần ứng: LA = 0,038 H
• Điện trở phần ứng: RA = 1,5854 Ω
• Mô men quán tính của rôto: J = 0,058 Kg/m2
• Hằng số mô men: Km = 3
Từ sơ đồ khối mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta đã nghiên cứu ở chương 2, thay các tham số trên vào ta có sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập trên SIMULINK như hình 4.2.
Hình 4.2: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Chương IV: Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab
4.2.1. Mô phỏng động cơ khi làm việc bình thường
a) Trường hợp động cơ làm việc bình thường, tải định mức (tải max):
Từ sơ đồ mô phỏng hình 4.3 ta thấy động cơ điện một chiều kích từ độc lập trên khi làm việc bình thường, tải định mức có đáp ứng đầu ra là tốc độ tốt. Hệ dao động ít, thời gian quá độ ngắn tqð = 0,3 s, độ quá điều chỉnh nhỏ.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 -20 0 20 40 60 80 100 120 Time o m e g a