Mục lục bài viết
Khảo sát ứng dụng Matlab trong điều khiển tự động: Các lệnh Matlab trong điều khiển tự động
308
2 MB
0
5
5 (
22 lượt)
3082 MB
Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu
Đang xem trước 10 trên tổng 308 trang, để tải xuống xem vừa đủ hãy nhấn vào bên trên
Chủ đề tương quan
Tài liệu tương tự
Nội dung
www.vietsupport.com
-Visit –
www.dientuvietnam.net
Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoäng
GIÔÙI THIEÄU LYÙ THUYEÁT ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG
Ñieàu khieån töï ñoäng ñoùng vai troø quan troïng trong söï phaùt trieån cuûa khoa hoïc vaø kyõ thuaät.
Lónh vöïc naøy höõu hieäu khaép nôi töø heä thoáng phi thuyeàn khoâng gian, heä thoáng ñieàu khieån teân löûa,
maùy bay khoâng ngöôøi laùi, ngöôøi maùy, tay maùy trong caùc quy trình saûn xuaát hieän ñaïi, vaø ngay caû
trong ñôøi soáng haøng ngaøy: ñieàu khieån nhieät ñoä, ñoä aåm…
Phaùt minh ñaàu tieân khôûi ñaàu cho vieäc phaùt trieån cuûa lóng vöïc ñieàu khieån töï ñoäng laø boä ñieàu
toác ly taâm ñeå ñieàu chænh nhieät ñoä maùy hôi nöôùc cuûa Jame Watt naêm 1874. Caùc coâng trình ñaùng
chuù yù trong böôùc ñaàu phaùt trieån lyù thuyeát ñieàu khieån laø cuûa caùc nhaø khoa hoïc Minorsky, Hazen,
Nyquist…naêm 1922. Minorky thöïc hieän heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng caùc con taøu vaø chöùng minh
tính oån ñònh cuûa heä thoáng coù theå ñöôïc xaùc ñònh töø phöông trình vi phaân moâ taû heä thoáng. Naêm
1932, Nyquist ñaõ ñöa ra moät nguyeân taéc töông ñoái ñôn giaûn ñeå xaùc ñònh tính oån ñònh cuûa heä
thoáng voøng kìn döïa treân cô sôû ñaùp öùng voøng hôû ñoái vôùi caùc tính hieäu vaøo hình sin ôû traïng thaùi
xaùc laäp. Naêm 1934, Hazen ñaõ giôùi thieäu thuaät ngöõ ñieàu chænh cô töï ñoäng (servo mechanism) cho
nhöõng heä thoáng ñieàu khieån ñònh vò vaâaø thaûo luaän ñeán vieäc thieát keá heä thoáng relay ñieàu chænh
ñoäng cô vôùi ngoõ vaøo tín hieäu thay ñoåi.
Trong suoát thaäp nieân 40 cuûa theá kyû 20 phöông phaùp ñaùp öùng taàn soá ñaõ giuùp cjo caùc kyõ sö
thieát keá caùc heä thoáng voøng kín tuyeán tính thoûa caùc yeâu caàu chaát löôïng ñieàu khieån. Töø cuoái thaäp
nieân 40 cho ñeán ñaàu thaäp nieân 50 phöông phaùp quyõ ñaïo nghieäm cuûa Evan ñöôïc phaùt trieån khaù
toaøn veïn.
Phöông phaùp quyõ ñaïo nghieäm vaø ñaùp öùng taàn soá ñöôïc xem laø coát loõi cuûa lyù thuyeát ñieàu
khieån coå ñieån cho pheùp ta thieát keá ñöôïc nhöõng heä thoáng oån ñònh vaø thoûa caùc chæ tieâu chaát löôïng
ñieàu khieån. Nhöõng heä thoáng naøy ñöôïc chaáp nhaän nhöng chöa phaûi laø toái öu, hoaøn thieän nhaát. Cho
tôùi cuoái thaäp nieân 50 cuûa theá kyû 20 vieäc thieát keá moät hay nhieàu heä thoáng daàn daàn ñöôïc chuyeån
qua vieäc thieát keá moät heä thoáng toái öu vôùi yù nghóa ñaày ñuû hôn.
Khi caùc maùy moùc hieän ñaïi ngaøy caøng phöùc taïp hôn vôùi nhioeàu tín hieäu vaøo vaø ra thì vieäc moâ
taû heä thoáng ñieàu khieån hieän ñaïi naøy ñoøi hoûi moät löôïng raát lôùn caùc phöông trình. Lyù thuyeát ñieàu
khieån coå ñieån lieân quan caùc heä thoáng moät ngoõ vaøo vaø moät ngoõ ra trôû neân baát löïc ñeå phaân tích
caùc heä thoáng nhieàu ñaàu vaøo, nhieàu ñaàu ra. Keå töø khoaûng naêm 1960 trôû ñi nhôø maùy tính soácho
pheùp ta phaân tích caùc heä thoáng phöùc taïp trong mieàn thôøi gian, lyù thuyeát ñieàu khieån hieän ñaïi phaùt
trieån ñeå ñoái phoù vôùi söï phöùc taïp cuûa caùc heä thoáng hieän ñaïi. Lyù thuyeát ñieàu khieån hieän ñaïi döïa
treân phaân tích trong mieàn thôùi gian vaø toång hôïp duøng caùc bieán traïng thaùi, cho pheùp giaûi caùc baøi
toaùn ñieàu khieån coù caùc yeâu caàu chaët cheõ veà ñoä chính xaùc, troïng löôïng vaø giaù thaønh cuûa caùc heä
thoáng trong lónh vöïc kyõ ngheä khoâng gian vaø quaân söï.
Söï phaùt trieån gaàn ñaây cuûa lyù thuyeát ñieàu khieån hieän ñaïi laø trong nhieàu lónh vöïc ñieåu khieån
toái öu cuûa caùc heä thoáng ngaãu nhieân vaø tieàn ñònh. Hieän nay maùy vi tính ngaøy caøng reõ, goïn nhöng
khaû naêng xöû lyù laïi raát maïnh neân noù ñöôïc duøng nhö laø moät phaàn töû trong caùc heä thoáng ñieàu
khieån. Nhöõng aùp duïng gaàn ñaây cuûa lyù thuyeát ñieàu khieån hieän ñaïi vaøo ngay caû nhöõng ngaønh kyõ
thuaät nhö: sinh hoïc, y hoïc, kinh teá, kinh teá xaõ hoäi.
I. NHÖÕNG KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN
1. Ñieàu khieån hoïc (Cybernctics):
Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG
-1-
GVHD: PHAÏMQUANG HUY
Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoäng
Laø khoa hoïc nghieân cöùu nhöõng quaù trình ñieàu khieån vaø truyeàn thoâng maùy moùc, sinh vaät vaø
kinh teá. Ñieàu khieån hoïc mang ñaëc tröng toång quaùt vaø ñöôïc phaân chia thaønh nhieàu lónh vöïc khaùc
nhau nhö: toaùn ñieàu khieån, ñieàu khieãn hoïc kyõ thuaät, ñieàu khieån hoïc sinh vaät (phoûng sinh vaät:
bionics), ñieàu khieån hoïc kinh teá.
2. Lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng:
Laø cô sôû lyù thuyeát cuûa ñieàu khieån hoïc kyõ thuaät. Ñieàu khieån töï ñoäng laø thuaät ngöõ chæ quaù
trình ñieàu khieån moät ñoái töôïng trong kyõ thuaät maø khoâng coù söï tham gia cuûa con ngöôøi
(automatic) noù ngöôïc laïi vôùi quaù trình ñieàu khieån baèng tay (manual).
3. Heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng:
Moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng bao goàm 3 phaàn chuû yeáu:
Thieát bò ñieàu khieån (TBÑK).
– Ñoái töôïng ñieàu khieån (ÑTÑK).
– Thieát bò ño löôøng.
Hình 1.1 laø sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng.
N
R
TBÑK
ÑTÑK
C
F
TBÑL
Hình 1.1
Trong ñoù:
C: tín hieäu caàn ñieàu khieån, thöôøng goïi laø tín hieäu ra (output).
U: tín hieäu ñieàu khieån.
R: tín hieäu chuû ñaïo, chuaån, tham chieáu (reference) thöôøng goïi laø tín hieäu vaøo (input).
N: tín hieäu nhieãu taùc ñoäng töø beân ngoaøi vaøo heä thoáng.
F: tín hieäu hoài tieáp, phaûn hoài (feedback).
4. Heä thoáng ñieàu khieån kín (closed loop control system):
Laø heä htoáng ñieàu khieån coù phaûn hoài (feeback) nghóa laø tín hieäu ra ñöôïc ño löôøng vaø ñöa veà
thieát bò ñieàu khieån. Tín hieäu hoài tieáp phoái hôïp vôùi tín hieäu vaøo ñeå taïo ra tín hieäu ñieàu khieån.
Hình 1.1 chính laø sô ñoà cuûa heä thoáng kín. Cô sôû lyù thuyeát ñeå nghieân cöùu heä thoáng kín chính laø lyù
thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng.
5. Heä thoáng ñieàu khieån hôû:
Ñoái vôùi heä thoáng hôû, khaâu ño löôøng khoâng ñöôïc duøng ñeán. Moïi söï thay ñoåi cuûa tín hieäu ra
khoâng ñöôïc phaûn hoài veà thieát bò ñieàu khieån. Sô ñoà hình 1.2 laø heä thoáng ñieàu khieån hôû.
R
TBÑK
U
ÑTÑK
C
Hình 1.2: Heä thoáng ñieàu khieån hôû
Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG
-2-
GVHD: PHAÏMQUANG HUY
Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoäng
Cô sôû lyù thuyeát ñeå nghieân cöùu heä thoáng hôû laø lyù thuyeát veà relay vaø lyù thuyeát oâtoâmaùt höõu
haïn.
II. PHAÂN LOAÏI HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG
Heä thoáng ñieàu khieån coù theå phaân loaïi baèng nhieàu caùch khaùc nhau. Sau ñaây laø moät soá phöông
phaùp phaân loaïi:
1. Heä tuyeán tính vaø phi tuyeán:
Coù theå noùi haàu heát caùc heä thoáng vaät lyù ñeàu laø heä phi tuyeán, coù nghóa laø trong heä thoáng coù ít
nhaát moät phaàn töû laø phaàn töû phi tuyeán (quan heä vaøo ra laø quan heä phi tuyeán). Tuy nhieân, neáu
phaïm vi thay ñoåi cuûa caùc bieán heä thoáng khoâng lôùn, heä thoáng coù theå ñöôïc tuyeán tính hoùa trong
phaïm vi bieán thieân cuûa caùc bieán töông ñoái nhoû. Ñoái vôùi heä tuyeán tính, phöông phaùp xeáp choàng
coù theå ñöôïc aùp duïng.
2. Heä baát bieán vaø bieán thieân theo thôøi gian:
Heä baát bieán theo thôøi gian (heä döøng) laø heä thoáng coù caùc tham soá khoâng ñoåi (theo thôøi gian).
Ñaùp öùng cuûa caùc heä naøy khoâng phuï thuoäc vaøo thôøi ñieåm maø tín hieäu vaøo ñöôïc ñaët vaøo heä thoáng
ñieàu khieån phi thuyeàn khoâng gian, vôùi khoái löôïng giaûm theo thôøi gian do tieâu thuï naêng löôïng
trong khi bay.
3. Heä lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn theo thôøi gian:
Trong heä lieân tuïc theo thìi gian, taát caû caùc bieán laø haøm lieân tuïc theo thôøi gian. Coâng cuï phaân
tích heä thoáng lieân tuïc laø pheùp bieán ñoåi Laplace hay Fourier. Tronh khi ñoù, heä giaùn ñoaïn laø heä
thoáng coù ít nhaát moät tín hieäu laø haøm giaùn ñoaïn theo thôøi gian. Ngöôøi ta phaân bieät heä thoáng giaùn
ñoaïn goàm:
– Heä thoáng xung: laø heä thoáng maø trong ñoù coù moät phaàn töû xung (khoùa ñoùng ngaét) hay laø tín
hieäu ñöôïc laáy maãu (sample) vaø giöõ (hold). (Hình 1.3)
e(t)
r(t)
(-)
H
Ñoái töôïng ñieàu khieån
c(t)
G(p)
F(p)
Hình 1.3: Heä thoáng ñieàu khieån xung.
– Heä thoáng soá: laø heä thoáng giaùn ñoaïn trong ñoù tín hieäu ñöôïc maõ hoùa thanh logic 1, 0. Ñoù laø
caùc heä thoáng coù caùc khaâu bieán ñoåi töông töï / soá (A/D), soá/ töông töï (D/A) vaø ñeå keát noái keát noái
tín hieäu vôùi maùy tính soá. (Hình 1.4)
Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG
-3-
GVHD: PHAÏMQUANG HUY
Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoäng
Ngaõ vaøo
dang soá
MTS
D/A
Ñoái töôïng ñieàu khieån
c(t)
G(p)
G(p)
Hình 1.4: Heä thoáng ñieàu khieån soá
Coâng cuï ñeå phaân tích heä thoáng giaùn ñoaïn laø pheùp bieán ñoåi Laplace, Fourier giaùn ñoaïn hay
pheùp bieán ñoåi Z.
4. Heä ñôn bieán vaø ña bieán:
Heä ñôn bieán laø heä chæ coù moät ngoõ vaøo vaø moät ngoõ ra. Coâng cuï ñeå phaân tích vaø toång hôïp heä
ñôn bieán laø lyù thuyeát ñieàu khieån coå ñieån. Ví duï: heä ñieàu khieån ñònh vò (vò trí).
Heä ña bieán laø heä coù nhieàu ngoõ vaøo vaø nhieàu ngoõ ra. Coâng cuï ñeå phaân tích vaø toång hôïp heä ña
bieán laø lyù thuyeàt ñieàu khieån hieän ñaïi döïa treân cô sôû bieåu dieãn heä trong khoâng gian traïng thaùi. Ví
duï: heä ñieàu khieån quaù trình (Process Control System) coù theå goàm coù ñieàu khieån nhieät ñoä vaø aùp
suaát.
5. Heä thoáng thích nghi vaø heä thoáng khoâng thích nghi:
Heä thoáng thích nghi laø heä htoáng hoaït ñoäng theo nguyeân taéc töï chænh ñònh, trong ñoù heä thoáng
töï phaùt hieän nhöõng thay ñoåi cuûa caùc tham soá do aûnh höôûng cuûa moâi tröôøng beân ngoaøi vaø thöïc
hieän vieäc ñieàu chænh tham soá ñeå ñaït ñöôïc chæ tieâu toái öu ñöôïc ñeà ra.
6. Heä xaùc ñònh (deterministic) vaø heä ngaãu nhieân (stochastic):
Moät heä thoáng ñieàu khieån laø xaùc ñònh khi ñaùp öùng ñoái vôùi moät ngoõ vaøo nhaát ñònh coù theå ñöôïc
bieát tröôùc (predictable) vaø coù theå laëp laïi ñöôïc (repeatable). Neáu khoâng thoûa maõn 2 ñieàu kieän
treân, heä thoáng ñieàu khieån laø ngaãu nhieân.
III. NHIEÄM VUÏ CUÛA LYÙ THUYEÁT ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG
Ñeå khaûo saùt vaø thieát keá moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng ngöôøi ta thöïc hieän caùc böôùc sau:
a) Döïa treân caùc yeâu caàu thöïc tieãn, caùc moâ hình vaät lyù ta xaây döïng moâ hình toaùn hoïc döïa treân
caùc quy luaät, hieän töôïng, quan heä cuûa caùc ñoái töôïng vaät lyù. Moâ hình toaùn hoïc cuûa heä thoáng ñöôïc
xaây döïng töø caùc moâ hình toaùn hoïc cuûa caùc phaàn töû rieâng leû.
b) Döïa treân lyù thuyeát oån ñònh, ta khaûo saùt tính oån ñònh cuûa heä thoáng. Neáu heä thoáng khoâng oån
ñònh ta thay ñoåi ñaëc tính cuûa heä thoáng baèng caùch ñöa vaøo moät khaâu boå chính (compensation) hay
thay ñoåi thay ñoåi tham soá cuûa heä ñeå heä thaønh oån ñònh.
c) Khaûo saùt chaát löôïng cuûa heä theo caùc chæ tieâu ñeà ra ban ñaàu. Neáu heä khoâng ñaït chæ tieâu
chaát löôïng ban ñaàu, ta thöïc hieän boå chính heä thoáng.
d) Moâ phoûng heä thoáng treân maùy tính ñeå kieåm tra laïi thieát keá.
e) Thöïc hieän moâ hình maãu (prototype) vaø kieåm tra thieát keá baèng thöïc nghieäm.
f) Tinh chænh laïi thieát keá ñeå toái öu hoùa chæ tieâu chaát löôïng vaø haï thaáp giaù thaønh neàu coù yeâu
caàu.
g) Xaây döïng heä thoáng thöïc teá.
Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG
-4-
GVHD: PHAÏMQUANG HUY
Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoäng
Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TR ÖÔØNG
-5-
GVHD: PHAÏMQUANG HUY
Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoäng
TAÄP LEÄNH CÔ BAÛN CUÛA MATLAB
I.
LEÄNH CÔ BAÛN
Chuù yù: Caùc leänh ñeàu vieát baèng chöõ thöôøng, nhöng vì taùc giaû muoán vieát hoa ñeå ngöôøi xem tieän
theo doõi.
1. Leänh ANS
a) Coâng duïng: (Purpose)
Laø bieán chöùa keát quaû maëc ñònh.
b) Giaûi thích: (Description)
Khi thöïc hieän moät leänh naøo ñoù maø chöa coù bieán chöùa keát quaû, thì MATLAB laáy bieán Ans
laøm bieán chöùa keát quaû ñoù.
c) Ví duï: (Examples)
2-1
ans = 1
2. Leänh CLOCK
a) Coâng duïng: (Purpose)
Thoâng baùo ngaøy giôø hieän taïi.
b) Cuù phaùp:(Syntax)
c = clock
c) Giaûi thích: (Description)
Ñeå thoâng baùo deã ñoïc ta duøng haøm fix.
d) Ví duï: (Examples)
c = clock
c=
1.0e+003*
2.0010 0.0040 0.0200 0.0030 0.0420 0.0501
c = fix(clock)
c = 2001
4
20
3
43
3
3. Leänh COMPUTER
a) Coâng duïng: (Purpose)
Cho bieát heä ñieàu haønh cuûa maùy vi tính ñang söû duïng Matlab.
Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TRÖÔØNG
-1-
GVHD: PHAÏM QUANG HUY
Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoäng
b) Cuù phaùp: (Syntax)
computer
[c,m] = computer
c) Giaûi thích: (Description)
c: chöùa thoâng baùo heä ñieàu haønh cuûa maùy.
m: soá phaàn töû cuûa ma traän lôùn nhaát maø maùy coù theå laøm vieäc ñöôïc vôùi Matlab.
d) Ví duï: (Examples)
» [c,m]=computer
c=
PCWIN
m=
2.1475e+009
4. Leänh DATE
a) Coâng duïng: (Purpose)
Thoâng baùo ngaøy thaùng naêm hieän taïi
b) Cuù phaùp: (Syntax)
s = date
c) Ví duï:
» s=date
s=
20-Apr-2001
5. Leänh CD
a) Coâng duïng:
Chuyeån ñoåi thö muïc laøm vieäc.
Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TRÖÔØNG
-2-
GVHD: PHAÏM QUANG HUY
Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoäng
b) Cuù phaùp:
cd
cd diretory
cd ..
c) Giaûi thích:
cd: cho bieát thö nuïc hieän haønh.
diretory: ñöôøng daãn ñeán thö muïc muoán laøm vieäc.
cd .. chuyeån ñeán thö muïc caáp cao hôn moät baäc.
6. Leänh CLC
a) Coâng duïng:
Xoùa cöûa soå leänh.
b) Cuù phaùp:
clc
c) Ví duï:
clc, for i: 25, home, A = rand(5), end.
7. Leänh CLEAR
a) Coâng duïng:
Xoùa caùc ñeà muïc trong boä nhôù.
b) Cuù phaùp:
clear
clear name
clear name1 name2 name3
clear functions
clear variables
clear mex
clear global
clear all
c) Giaûi thích:
clear: xoùa taát caû caùc bieán khoûi vuøng laøm vieäc.
clear name: xoùa caùc bieán hay haøm ñöôïc chæ ra trong name.
clear functions: xoùa taát caû caùc haøm trong boä nhô.ù
Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TRÖÔØNG
-3-
GVHD: PHAÏM QUANG HUY
Khaûo saùt öùng duïng MATLAB trong ñieàu khieån töï ñoäng
clear variables: xoùa taát caû caùc bieán ra khoûi boä nhôù.
clear mex: xoùa taát caû caùc taäp tin .mex ra khoûi boä nhôù.
clear: xoùa taát caû caùc bieán chung.
clear all: xoùa taát caû caùc bieán, haøm, vaø caùc taäp tin .mex khoûi boä nhôù. Leänh naøy laøm cho boä nhôù
troáng hoaøn toaøn.
8. Leänh DELETE
a) Coâng duïng:
Xoùa taäp tin vaø ñoái töôïng ñoà hoïa.
b) Cuù phaùp:
delete filename
delete (n)
c) Giaûi thích:
file name: teân taäp tin caàn xoùa.
n: bieán chöùa ñoái töôïng ñoà hoïa caàn xoùa. Neáu ñoái töôïng laø moät cöûa soå thì cöûa soå seõ ñoùng
laïi vaø bò xoùa.
9. Leänh DEMO
a) Coâng duïng:
Chaïy chöông trình maëc ñònh cuûa Matlab.
b) Cuù phaùp:
demo
c) Giaûi thích:
demo: laø chöông trình coù saün trong trong Matlab, chöông trình naøy minh hoïa moät soá chöùc
naêng cuûa Matlab.
10. Leänh DIARY
a) Coâng duïng:
Löu vuøng thaønh file treân ñóa.
b) Cuù phaùp:
diary filename
c) Giaûi thích:
filename: teân cuûa taäp tin.
11. Leänh DIR
a) Coâng duïng:
Thöïc hieän: PHAÏM QUOÁC TRÖÔØNG
-4-
GVHD: PHAÏM QUANG HUY
Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay
