- Chỉ số chi phí tổng thể (OC I OCIOverall Cost Index) [3].
ỨNG DỤNG CÔNG CỤ SIMSCAPE TRONG MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG
Nguyễn Tiến Dũng1,*, Lê Út Ly2, Dương Thị Thanh Vân2
1
Bộ môn Thiết bị điện, khoa Điện – Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
2
Lớp K52TĐH.01, khoa Điện – Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
Tóm tắt: Bài báo giới thiệu công cụ Simscape mô hình hóa một và phần tử cơ bản trong mạch điện và bộ kích hoạt điện nhiệt dạng chữ V. Thực hiện mô phỏng với các tín hiệu vào phù hợp với nguyên lý làm việc của từng phần tử. Kết quả mô phỏng cho thấy các mô hình đều phản ánh đúng bản chất vật lý của đối tượng và cho đáp ứng phù hợp với tính toán giải tích hoặc mô phỏng thông qua các phần mềm, các công cụ khác.
Từ khóa: Mô hình hóa và mô phỏng, Matlab, Simulink, Simscape...
1. MỞ ĐẦU
Ngày nay khó có thể tìm thấy lĩnh vực hoạt động nào của con người mà không sử dụng phương pháp mô hình hoá ở những mức độ khác nhau. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực điều khiển các hệ thống (kỹ thuật, xã hội), bởi vì điều kiển chính là quá trình thu nhận thông tin từ hệ thống, nhận dạng hệ thống theo một mô hình nào đó và đưa ra quyết định điều khiển thích hợp. Quá trình này được tiếp diễn liên tục nhằm đưa hệ thống vận động theo một mục tiêu định trước. Ở giai đoạn thiết kế hệ thống, mô hình hoá giúp người thiết kế lựa chọn cấu trúc, các thông số của hệ thống để tổng hợp hệ thống. Ở giai đoạn vận hành hệ thống mô hình hoá giúp cho người điều khiển giải các bài toán tối ưu, dự đoán các trạng thái của hệ thống. Đặc biệt trong trường hợp kết hợp hệ chuyên gia (Expert system) với mô hình hoá người ta có thể giải được nhiều bài toán điều khiển, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như chi phí về vật chất và tài chính.
Để mô hình hóa các đối tượng (hệ thống), ta có thể sử dụng phương pháp giải tích. Đây là phương pháp dựa vào các quy luật vật lý chi phối hoạt động của hệ thống xác định các quan hệ vào – ra và xây dựng mô hình. Đối với phương pháp này người thiết kế cần am hiểu về các định luật vật lý, quá trình chuyển hóa năng lượng đặc biệt cần có những kiến thức rất sâu về các phương pháp tính toán. Mặt khác, bản thân phương pháp giải tích gặp nhiều khó khăn khi mô tả hệ thống như thường phải chấp nhận nhiều giả thiết để đơn giản hoá mô hình, do đó các kết quả nghiên cứu có độ chính xác không cao
Ngày nay với sự trợ giúp đắc lực của khoa học kỹ thuật, nhất là khoa học máy tính và công nghệ thông tin, ta có thể mô hình hoá hệ thống bằng phương pháp số (mô phỏng) hoặc kết hợp giữa phương pháp giải tích và phương pháp số. Điều này, cho phép xây dựng các mô hình ngày càng gần với đối tượng nghiên cứu, đồng thời việc thu nhận, lựa chọn, xử lý các thông tin về mô hình rất thuận tiện, nhanh chóng và chính xác, có thể mô tả các yếu tố ngẫu nhiên và tính phi tuyến của đối tượng thực, do đó mô hình càng gần với đối tượng thực [1].
Trong báo cáo này, tác giả giới thiệu công cụ Simscape trong Matlab dùng để mô hình hóa và mô phỏng các đối tượng. Công cụ này cho phép người dùng xây dựng mô hình đối tượng dựa trên các mô hình vật lý tích hợp sẵn, trực quan nên rất tiện lợi và không đòi hỏi người dùng có kiến thức quá sâu về các quá trình vật lý, các phương pháp tính trong quá trình xây dựng mô hình. Đặc biệt công cụ này cho phép ta xây dựng mô hình chuyển đổi đa trường các tín hiệu vật lý trên cùng một giao diện giống như thiết kế, lặp đặt các hệ thống thực. Mô hình simscape thuận lợi cho việc nghiên cứu, giảng dạy, khảo sát hệ thống, thiết kế bộ điều khiển, hiệu chỉnh thông số...
2.GIỚI THIỆU CÔNG CỤ SIMSCAPE
Simscape là một bộ công cụ mô phỏng đa trường (Điện, Từ trường, Nhiệt, Nhiệt lỏng, Cơ khí, Thủy lực, Khí nén, tín hiệu vật lý khác…) trong simulink, cho phép người dùng xây dựng mô hình đối tượng dựa trên các mô hình vật lý tích hợp sẵn. Chúng ta có thể mô hình hóa các hệ thống như động cơ điện, chỉnh lưu cầu, bộ truyền động cơ khí, thủy
2
lực và hệ thống nhiệt, dòng chảy… bằng cách kết nối các thành phần cơ bản thành sơ đồ. Đặc biệt công cụ này cho phép ta xây dựng mô hình chuyển đổi đa trường các tín hiệu vật lý trên cùng một giao diện giống như thiết kế, lặp đặt các hệ thống thực [2].
Hình 1. Giao diện thư viên Simscape trong Simulink
3
Simscape giúp người dùng phát triển các hệ thống điều khiển và kiểm tra hoạt động vào- ra của hệ thống. Ta có thể xây dựng mô hình từ thư viện và giao diện của simulink, khai báo tham số trực tiếp trên các phần tử của mô hình hoặc sử dụng chương trình mfile để khởi tạo, kết nối dữ liệu và chạy mô phỏng, xử lý dữ liệu một cách dễ dàng. Simscape cũng cho phép kết nối dữ liệu đến các môi trường mô phỏng khác, hoặc kết nối tới mạch thực.