GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP NỘI DUNG CHƯƠNG : LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRUYỂN Khái quát MATLAB môi trường tính toán số lập trình, thiết kế công ty MathWorks MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực thuật toán, tạo giao diện người dùng liên kết với chương trình máy tính viết nhiều ngôn ngữ lập trình khác MATLAB giúp đơn giản hóa việc giải toán tính toán kĩ thuật so với ngôn ngữ lập trình truyền thống C, C++, Fortran Lịch sử hình thành Matlab viết tắt từ "MATrix LABoratory", Cleve Moler phát minh vào cuối thập niên 1970, sau chủ nhiệm khoa máy tính Đại học New Mexico MATLAB, nguyên sơ viết ngôn ngữ Fortran, 1980 phận dùng nội Đại học Stanford Năm 1983, Jack Little, người học MIT Stanford, viết lại MATLAB ngôn ngữ C xây dựng thêm thư viện phục vụ cho thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống hộp công cụ (tool box), mô Jack xây dựng MATLAB trở thành mô hình ngôn ngữ lập trình sở ma trận (matrix-based programming language) SVTH: Đinh Quang Cảnh GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Steve Bangert người viết trình thông dịch cho MATLAB Công việc kéo dài gần 1½ năm Sau này, Jack Little kết hợp với Moler Steve Bangert định đưa MATLAB thành dự án thương mại công ty The MathWorks đời thời gian - năm 1984 Phiên MATLAB 1.0 dời năm 1984 viết C cho MSDOS PC phát hành IEEE Conference on Design and Control (Hội nghị IEEE thiết kế điều khiển) Las Vegas, Nevada Ban đầu Matlab phát triển để hỗ trợ sinh viên sử dụng hai thư viện LINPACK EISPACK dùng cho đại số tuyến tính (viết Fortran) mà không cần biết lập trình Fortran Năm 1986, MATLAB đời hỗ trợ UNIX Năm 1987, MATLAB phát hành Năm 1990 Simulink 1.0 phát hành gói chung với MATLAB Năm 1992 MATLAB thêm vào hỗ trợ 2-D 3-D đồ họa màu ma trận truy tìm Năm cho phát hành phiên MATLAB Student Edition (MATLAB ấn cho học sinh) Năm 1993 MATLAB cho MS Windows đời Đồng thời công ty có trang web www.mathworks.com Năm 1995 MATLAB cho Linux đời Trình dịch MATLAB có khả chuyển dịch từ ngôn ngữ MATLAB sang ngôn ngữ C phát hành dịp Năm 1996 MATLAB bao gồm thêm kiểu liệu, hình ảnh hóa, truy sửa lỗi (debugger), tạo dựng GUI Năm 2000 MATLAB cho đổi môi trường làm việc MATLAB, thay LINPACK EISPACK LAPACK BLAS.[1] Năm 2002 MATLAB 6.5 phát hành cải thiện tốc độ tính toán, sử dụng phương pháp dịch JIT (Just in Time) tái hỗ trợ MAC SVTH: Đinh Quang Cảnh GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Năm 2004 MATLAB phát hành, có khả xác đơn kiểu nguyên, hỗ trợ hàm lồng nhau, công cụ vẽ điểm, có môi trường phân tích số liệu tương tác Đến tháng 12, 2008, phiên 7.7 phát hành với SP3 cải thiện Simulink với 75 sản phẩm khác Năm 2009 cho đời phiên 7.8 (R2009a) 7.9 (R2009b) Năm 2010 phiên 7.10 (R2010a) phát hành Matlab dùng rộng rãi giáo dục, phổ biến giải toán số trị (cả đại số tuyến tính lẫn giải tích) nhiều lĩnh vực kĩ thuật Các công cụ matlap MATLAB gồm phần chính: • Development Environment: công cụ giúp ta sử dụng hàm tập tin MATLAB Nó bao gồm: MATLAB desktop, Command Window, a command history, an editor, debugger, browsers for viewing help, the workspace, files, the search path • MATLAB Mathematical Function Library: tập hợp hàm tóan học sum, sine, số học, v.v • MATLAB Language (scritp): ngôn ngữ lập trình bậc cao • Graphics: công cụ giúp hiễn thị liệu dạng đồ thị Ngòai cho phép xây dựng giao diện đồ họa • MATLAB Application Program Interface (API): thư viện cho phép ta sử dụng hức tính tóan MATLAB chương trình C hay FORTRAN Với công cụ quan trọng là: • MATLAB Product Family (tính toán số, lập trình, phân tích liệu, hiển thị đồ thị…) • Simulink Product Family (mô khối, thiết kế mô hình, hệ thống nhúng…) SVTH: Đinh Quang Cảnh GVHD: Lê Quốc Dũng • TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Polyspace Product Family (phân tích, kiểm tra,… liên quan đến lập trình C, C++, kit chứng DO, IEC) CHƯƠNG 2: PHẠM VI ỨNG DỤNG Các ưu điểm: - Cung cấp công cụ tính toán lập trình bậc cao dễ sử dụng, hiệu thân thiện SIMULINK giúp người sử dụng thực toán mô hình hóa mô máy tính - Có tính mở, hàm toolbox không ngừng bổ sung theo phát triển khoa học công ty người sử dụng toàn giới SVTH: Đinh Quang Cảnh GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Thời gian tính toán tương đối nhanh (nếu biết tối ưu chương trình: MatLab tính toán dựa dạng Matrận nên biết đưa vòng lặp dạng Matrận rút ngắn nhiều thời gian tính toán) - - Có thể thiết kế giao diện cho người dùng (GUI) - Có công cụ trợ giúp phong phú trực tuyến, mạng hay dạng tài liệu khác Khả ứng dụng Trước tiên, MatLab chương trình hỗ trợ mạnh Toán, tất phép toán Ma trận, vẽ đồ thị, ngoại suy, nội suy - Ngoài ra, MatLab sử dụng tất ngành: Viễn thông, Tự động, Kỹ thuật điện thứ nhất, hỗ trợ mạnh Toán (như nói trên), thứ MatLab có thư viện Toolbox Simulink khổng lồ - Đối với ngành Tự động Kỹ thuật điện, biểu diễn nhiều công cụ MatLab, ví dụ tính toán độ ổn định hệ thống (có sẵn khối để simulink), vẽ biểu đồ Bode Đối với ngành Viễn thông, MatLab sử dụng rất nhiều:Trong chương trình học, bạn học Xử lý số tín hiệu, thiết kế lọc (thông thấp, thông cao, thông dải ; FIR, IIR), điều chế (analog, digital), mã hoá kênh truyền, đánh giá chất lượng hệ thống thông qua giá trị BER , tất điều bạn khảo sát MatLab! Matlab cung cấp sẵn tất công cụ này, bạn nhập Input khảo sát - Khi làm đồ án môn học thực hành lý thuyết, MatLab công cụ mô chủ yếu hiệu đề tài Hệ thống thông tin (các kỹ thuật thông tin di động phương pháp cải thiện, Anten thông minh, hệ thống MIMO ), Xử lý số tín hiệu (hình ảnh, âm thanh, video ) - - Nhược điểm: - Giao diện cho người dùng (GUI) chuyển thành file exe nên lần chạy phải chạy từ MatLab Chính khuyết điểm này, chương trình viết MatLab chì dùng để Mô trình SVTH: Đinh Quang Cảnh GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP học để tự khảo sát trình nghiên cứu vấn đề không đưa thành chương trình sử dụng thực tế CHƯƠNG : GIỚI THIỆU PHẦN MỀM Giới thiệu chung Giao diện SVTH: Đinh Quang Cảnh GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Hình 3.1 MATLAB desktop Command Window: Đây cửa sổ làm việc MATLAB Tại ta thực tòan việc nhập liệu xuất kết tính tóan Dấu nháy >> báo hiệu chương trình sẵn sàng cho việc nhập liệu Ta kết thúc việc nhập liệu cách nhấn phím Enter MATLAB thực thi dòng lệnh mà ta nhập vào Command Window trả kết Command Window Command History: Lưu lại tất lệnh mà ta nhập vào Command Window Ta xem lại tất lậnh cách dùng scroll bar, hay thực lại lệnh cách nhấp kép lên dòng lệnh Ngòai ta cut, paste, delete lệnh Workspace browser: MATLAB liệu lưu biến Workspace browser liệt kê tất biến mà ta sử dụng MATLAB Nó cung cấp thông tin kích thước, loại liệu Ta truy cập trực tiếp vào liệu cách nhấn kép vào biến để hiễn thị Array editor Launch pad: cho phép người dùng truy cập nhanh vào Toolbox, phần Help SVTH: Đinh Quang Cảnh GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Editor: dùng để sọan thảo debug M-file MATLAB Current folder: xem file thư mục hành Một số thao tác MATLAB Trong MATLAB, trình đơn thay đổi tùy theo cửa sổ mà ta lựa chọn Tuy trình đơn File, Desktop, Window, Help có mặt hầu hết trình đơn Trình đơn File: New: tạo đối tượng (biến, m-file, figure, model, GUI) Open: mở file theo định dạng MATLAB (*.m, *.mat, *.mdl) Import data…: nhập liệu từ file khác vào MATLAB Save workspace…: lưu biến MATLAB vào file *.mat Set path: khai báo đường dẫn thư mục chứa m-file Preferences: thay đổi định dạng font, font size, color tùy chọn cho Editor, Command Window v.v • Page Setup: định dạng trang in • Print: in Trình đơn Desktop: • • • • • • Desktop layout: xếp cửa sổ giao diện Save layout: lưu cách xếp cửa sổ Trình đơn Window dùng để kích họat (activate) cửa sổ • • Nút Start cung cấp shortcut tới công cụ MATLAB Biến Tên biến: • • • • chứa tới 31 ký tự phân biệt chữ hoa thường chứa gạch thấp “_” bắt đầu chữ MATLAB không yêu cầu ta phải khai báo kích thước biến Để tạo biến ta cần gỏ tên biến, dấu giá trị gán cho biến Nếu biến tồn MATLAB, giá trị thay đổi Ví dụ: >> variable_1=25; SVTH: Đinh Quang Cảnh GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Nếu ta nhập tên biến, giá trị biến hiễn thị Command Window Ví dụ: >>variable_1 25 >> Lưu ý MATLAB ta kết thúc câu lệnh dấu “;” Command Window không hiễn thị kết tính tóan hình Ví dụ: >> variable_1; >> Để thị câu lệnh nhập trứơc vào Command Window ta dùng phím Arrow Một số tên biến dành riêng cho MATLAB: • • • • pi: số pi i, j: số ảo inf: vô NaN: số Toán tử Các tóan tử : • • • • • • • • + : cộng - : trừ * : nhân / : chia \ :chia bên trái (dùng cho ma trận) ^ : lũy thừa ‘: hóan vị ( ) (dấu ngoặc): thứ tự ưu tiên tính tóan SVTH: Đinh Quang Cảnh GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Hàm Chương trình MATLAB cung cấp tập hợp lớn hàm tóan học : Hàm tóan sơ cấp (elemetary functions): sin, cos, tan, atan, log, log10, exp, sqrt, round, ceil, floor, sum,min, max, mean, abs • Hàm tóan chuyên dụng: besselj (Bessel function of the first kind), bessely (Bessel function of the second kind), beta (Beta function),erf (Error function),gamma (Gamma function), primes (Generate list of prime numbers), cart2sph (Transform Cartesian to spherical coordinates) v.v • Hàm chuyên dụng cho ma trận • Lưu ý: • Để xem danh sách hàm mà MATLAB cung cấp ta dùng lệnh: help elfun, help specfun, help elmat • Để biết cách sử dụng hàm ta dùng lệnh help theo sau tên hàm Ví dụ: >> help sine Biểu thức Biểu thức MATLAB bao gồm biến, dấu “=”, tóan tử hàm Ví dụ: >> variable_2=sine(5)+(4+variable_1)*exp(2); Kiểm sóat chế độ nhập xuất liệu cho Command Window 2.1 Hàm format: Hàm format kiểm sóat định dạng xuất hình giá trị Hàm kiểm sóat định dạng xuất mà không ảnh hưởng tới định dạng liệu lưu trữ Ví dụ: >> x = [4/3 1.2345e-6]; >> format short 1.3333 0.0000 SVTH: Đinh Quang Cảnh 10 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Để vào simulink matlap cửa sổ lệnh matlap ta đánh dòng lênh >> simulink + enter Khi khởi động simulink xong ta sổ hình Trong có nhiều khối chức cụ thể như: khối nguồn( sourcces), khối đầu đo(Sinks), khối phi tuyến( nonlinear), khối tuyến tính(linear), khối đầu nối (connections)… Thư viện simulink bao gồm khối chuẩn trên, người sử dụng thay đổi tạo khối cho riêng Simulink giống phần mềm mô thiết kế mạch điện tử Để vẽ mô hình phải làm thao tác sau: Từ cửa sổ lệnh Matlap đánh lệnh simulink Nhấp chuột vào biểu tượng NEW công cụ ẩn cltr+N Hình 3.12: sổ làm việc công cụ simulink Từ cửa sổ chọn khổi linh kiện mà yêu cầu toán cần đề ra, sau ghép nối khổi lại muốn chỉnh định khối ta nháy đúp chuột vào khối đo cài đặt thông số mong muốn SVTH: Đinh Quang Cảnh 38 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Đặt scope cuối đề hiển thị tín hiệu đầu bắt đầu mô Chọn Start menu Simulation để chạy mô kích đúp vào khối SCOPE để xem tín hiệu Muốn dừng mô chọn stop hay Pause Hình 3.13: Sơ đồ khối ví dụ Hình 3.14: Đáp ứng đầu hệ thống SVTH: Đinh Quang Cảnh 39 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP CHƯƠNG : VÍ DỤ MINH HỌA( ĐỐI VỚI CÔNG CỤ SIMULINK) 4.1 Hàm truyền đạt hệ thống w= = Khai báo matlap >> w= tf([315],[21000 310 1]) Transfer function: 315 21000 s^2 + 310 s + 4.2 Đặc tính thời gian hệ thống 4.2.1 Hàm độ Hàm độ h(t) hàm mô tả tín hiệu đầu theo thời gian tác động đầu vào 1(t) Thực matlap >> step (w) >> grid on SVTH: Đinh Quang Cảnh 40 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Step Response 350 System: w Settling Time (sec): 957 System: w Peak amplitude >= 314 Overshoot (%): At time (sec) > 1.4e+003 300 System: w Rise Time (sec): 537 Amplitude 250 200 150 100 50 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Time (sec) Hình 4.1:Hàm độ Nhận xét -Do bậc tử nhỏ bậc mẫu nên đường h(t) xuất phát từ gốc tọa độ - h(t) tiến đến giá trị xác lập 314s - Thời gian tăng tốc (Rise time) thời gian đáp ứng hệ thống tăng từ 10% đến 90% giá trị xác lập: tr= 537s -Thời gian độ(settling time) hệ thống xác định từ thời điểm có thay đổi đầu vào đến đáp ứng đầu lọt hoàn toàn vào hành lang giới hạn cho phép Δ = 2% : 957s • -Độ điều chỉnh (Overshoot) σ = 0%,sai số xác lập δ = 4.2.2 Đặc tính hàm trọng lượng g(t) Mô tả thay đổi đầu hàm g(t)khi tín hiệu đầu vào xung đizắc Thực >> impulse w(s) SVTH: Đinh Quang Cảnh 41 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Impulse Response 0.8 System: w Peak amplitude: 0.764 At time (sec): 142 0.7 0.6 Amplitude 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 System: w Settling Time (sec): 1.1e+003 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Time (sec) Hình 4.2: Hàm trọng lượng • Nhận xét - Thời gian độ (Settling time): 1100s - Biên độ đỉnh ( Peak amplitude): 0.764 4.3 Đặc tính tần số Mô tả thay đổi tỷ số biên độ tín hiệu tín hiệu vào ,sự thay đổi góc pha tín hiệu tín hiệu vào theo tác động tần số thay đổi W ( jω ) Hàm truyền tần số Thay s=jω vào hàm truyền đạt Đặc tính biên độ tần số A(ω) Đặc tính pha tần số Đặc tính nyquist mô tả đường đặc tính W(jω) SVTH: Đinh Quang Cảnh 42 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Đường đặc tính đồ thị bode;là đường đặc tính tần biên pha tham logarit Thực 4.3.1.Đặc tính Nyquist Là đồ thị biểu diễn đặc tính tần số W(jω) hệ tọa độ cực ( phần thực P(ω),phần ảo Q(ω)) ω thay đổi từ - ∞ → + ∞ >> nyquist(w) Nyquist Diagram 200 150 100 System: w Real: -4.09 Imag: -1.04 Frequency (rad/sec): 0.0595 Imaginary Axis 50 System: w Peak gain (dB): 50 Frequency (rad/sec): 9.52e-015 -50 -100 -150 -200 -50 50 100 150 200 250 300 350 Real Axis Hình 4.3:Đồ thị Nyquist - Nhận xét: Do lò điện trở có hàm truyền đạt khâu bậc nên đồ Nyquist qua góc - phần tư ω tăng từ 0→ +∞ Hàm truyền đạt vòng hở có nghiệm cực năm bên phải mặt phẳng phức Biểu đồ - Nyquist bao điểm N(-1 j0) Hệ kín ổn định • SVTH: Đinh Quang Cảnh 43 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP 4.3.2 Đồ thị bode Là đồ thị gồm hai thành phần; - Biểu đồ Bode biên độ: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ logarith đáp ứng biên độ L(ω) theo tần số ω L(ω) = 20lgA(ω) L(ω) đáp ứng biên độ tính theo đơn vị dB (decibel) - Biểu đồBode pha: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ đáp ứng pha theo tần số.Đặc tính tần số hệ thống có thông số quan trọng sau đây: - Đỉnh cộng hưởng(Ap): giá cực đại A(ω) Tần số cộng hưởng (ωp): tần số có đỉnh cộng hưởng Tần số cắt biên (ωc): tần số biên độ đặc tính tần số ( hay dB).A(ωc) = hay L(ωc) = Tần số cắt pha (ω-п): tần số pha đặc tính tần số –п ( hay -180o) Thực hiện: >> bode(w) >> margin(w) SVTH: Đinh Quang Cảnh 44 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Bode Diagram Gm = Inf dB (at Inf rad/sec) , Pm = 6.91 deg (at 0.122 rad/sec) Magnitude (dB) 60 40 20 -20 Phase (deg) -40 -45 -90 -135 -180 -4 10 -3 -2 10 10 -1 10 10 Frequency (rad/sec) Hình 4.4 : Đồ thị Bode • Nhận xét - Hệ thống gồm khâu khuếch đại ,hai khâu quán tính bậc Độ dự trữ biên , tần số cắt biên ωc= rad/s Độ dự trữ pha , tần số cắt phaω-п= 0.122 rad/s Hệ kín ổn định 4.4 Thiết kế điều khiển PID Ta có mô hình khiển với phản hồi âm Bộ điều khiển PID ghép nối tiếp với đối tượng: Thực matlap: SVTH: Đinh Quang Cảnh 45 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Hình 4.5:Mô hình điều khiển PID 4.4.1 Sử dụng phương pháp ZEIGLER-NICHOLS để thiết kế điều khiển: 4.1.1.1 Bộ điều khiển P >> num=315; >> den=[21000 310 1]; >> w=tf(num,den); >>Kp=0.047023; >>w1=ss(w); >>who=Kp*w1; >>wkin=feedback(who,1); >>step(wkin) SVTH: Đinh Quang Cảnh 46 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Step Response System: wkin Settling Time (sec): 538 0.35 System: wkin Final Value: 0.321 0.3 System: wkin Rise Time (sec): 335 0.25 Amplitude System: wkin Peak amplitude: 0.322 Overshoot (%): 0.284 At time (sec): 796 0.2 0.15 0.1 0.05 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Time (sec) Hình 4.5:Thiết kế điều khiển P • - Nhận xét Đường h(t) xuất phát từ gốc tọa độ Hàm độ tiến giá trị xác lập 0.321,sai số xác lập 0.679 Thời gian tăng tốc tr = 335s (Rise time) Thời gian ts = 538s (Settling time) thời gian độ hệ thống Độ điều chỉnh (Overshoot) σ = 0.284% Biên độ đỉnh (Peak amplitude) 0.322  Ta nhận thấy độ điều chỉnh nhỏ 10% nhiên thời gian độ lớn vượt yêu cầu chất lượng thiết kế,ta cần hiệu chỉnh lại để làm giảm thời gian độ Chọn Kp 0.0047847,và thực thực với số liệu cũ ta có đồ thị : SVTH: Đinh Quang Cảnh 47 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP System: w kin Step Response Peak amplitude: 0.72 Overshoot (%): 8.36 At time (sec): 334 0.8 0.7 System: w kin Settling Time (sec): 502 0.6 System: w kin Rise Time (sec): 160 0.5 Amplitude System: w kin Final Value: 0.664 0.4 0.3 0.2 0.1 0 100 200 300 400 500 600 700 Time (sec) Hình 4.6:Thiết kế điều khiển P chuẩn Nhận xét: Sau điều chỉnh ta thấy thời gian độ giảm 502s,thời gian tăng tốc 160s,độ điều chỉnh 8.36> num=315; >> den=[21000 210 1]; >> w=tf(num,den); >> w1=ss(w); >>Kp=0.0014; >>Ki=0.000002; >>wpi=tf([Kp Ki],[1 0]); >>who=wpi*w1; >>wkin=feedback(who,1); >>step(wkin) SVTH: Đinh Quang Cảnh 48 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP System: w kin Step Response Settling Time (sec): 3.3e+003 System: w kin Peak amplitude >= 0.997 Overshoot (%): At time (sec) > 5e+003 0.9 System: w kin Rise Time (sec): 1.75e+003 0.8 0.7 Amplitude 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Time (sec) Hình 4.7:Thiết kế điều khiển PI • Nhận xét: - Đường h(t) xuất phát từ gốc tọa độ - Hàm độ tiến giá trị xác lập nên sai số xác lập 0% - Thời gian tăng tốc tr=1750,thời gian độ ts 3300 - Độ điều chỉnh =0,biên độ đỉnh 0.997  Thời gian độ lớn cần hiệu chỉnh lại Chọn KP=0.006; KI=0.000023,và gõ lệnh ta được: SVTH: Đinh Quang Cảnh 49 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Step Response 1.4 System: wkin Peak amplitude: 1.07 Overshoot (%): 7.33 At time (sec): 401 1.2 System: wkin Final Value: 1 Amplitude System: wkin Settling Time (sec): 555 System: wkin 0.8 Rise Time (sec): 196 0.6 0.4 0.2 0 200 400 600 800 1000 1200 Time (sec) Hình 4.8:Thiết kế điều khiển PI chuẩn • Nhận xét: ta thấy thời gian tăng tốc giảm 196s,thời gian độ 555s,độ điều chỉnh 7.33% phù hợp với yêu cầu đề 4.4.1.3.Thiết kế điều khiển PID Với KP =0.0018;KI=0.000004.;KD=0.189, ta gõ dòng lệnh matlap >> num=315; >> den=[21000 310 1]; >> w=tf(num,den); >>w1=ss(w); >>Kp=0.0018; >>Ki=0.000004; >>Kd=0.198; >>wpid=tf([Kd Kp Ki],[1 0]); >>who=wpid*w1; >>wkin=feedback(who,1); >>step(wkin) SVTH: Đinh Quang Cảnh 50 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Step Response 1.8 System: w kin Peak amplitude: 1.82 Overshoot (%): 82.7 At time (sec): 25.6 1.6 1.4 Amplitude 1.2 System: w kin Settling Time (sec): 517 0.8 System: w kin Rise Time (sec): 8.9 0.6 0.4 0.2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Time (sec) Hình 4.9:Thiết kế PID Nhận xét: - Đường h(t) xuất phát từ gốc tọa độ - Hàm độ tiến giá trị xác lập nên sai số xác lập 0% - Thời gian tăng tốc tr=8.9s ,thời gian độ ts 517s - Độ điều chỉnh =82,7%,biên độ đỉnh 1.82  Độ điều chỉnh lớn,thời gian độ lớn không phù hợp với yêu cầu đề nên ta cần hiệu chỉnh lại • Chọn Kp=0.55; KI=0.00026; KD = 6.7 ta SVTH: Đinh Quang Cảnh 51 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP System: w kin Step Response Peak amplitude: 1.19 Overshoot (%): 18.7 At time (sec): 27.4 1.4 1.2 Amplitude System: w kin Settling Time (sec): 52.7 System: w kin Rise Time (sec): 11.1 0.8 System: w kin Final Value: 0.6 0.4 0.2 0 20 40 60 80 100 120 Time (sec) Hình 4.10:Thiết kế PID • Nhận xét:ta thấy thời gian lên đỉnh giảm 11.1s, thời gian độ giảm 52.7s;độ điều chỉnh 18.7% < 20% nên phù hợp với yêu cầu đề cho SVTH: Đinh Quang Cảnh 52 [...]... Thông thường dùng để thiết kế hệ thống điều khiển, thiết kế DSP, hệ thống thông tin và các ứng dụng mô phỏng khác 2.7 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... TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP a&b (and(a,b)) cho một ma trận có phần tử là 1 nếu phần tử tương ứng của a và b khác 0 và bằng 0 nếu một trong 2 phần tử tương ứng của a,b bằng 0 • a|b (or(a,b) cho một ma trận có phần tử là 1 nếu một trong 2 phần tử tương ứng của a và b khác 0 và bằng 0 nếu cả 2 phần tử tương ứng của a,b bằng 0 • xor(a,b) cho một ma trận có phần tử là 1 nếu chỉ một trong 2 phần tử tương... HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP ans = 10 7 4 1 >> A=[1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]; >>A(2,1:3) ans= 4 5 6 Thay đổi kích thước của ma trận Concatenation- kết hợp các ma trận Ví dụ: >>a=[1 2 3]; >>b=[4 5 6]; >>ab=[a ; b] ab= 1 2 3 4 5 6 >>ab=[a b] ab= 1 2 3 4 5 6 Xóa một hàng hay cột của ma trận Ví dụ: >>a=[ 1 2 3 456 7 8 9]; >> a(2,:)=[] a= 1 2 3 SVTH: Đinh Quang Cảnh 14 GVHD: Lê Quốc Dũng 7 8 TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP. .. GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Hình3.6 Subplot bar(x,y) vẽ đồ thị cột với dữ liệu trong y theo x Nếu y là ma trận mxn thì bar sẽ vẽ m nhóm Mỗi nhóm có n cột Để vẽ cột nằm ngang ta dùng barh Để vẽ cột trong 3D dùng bar3 hay bar3h Ví dụ: >> x=[1 3 6]; >> y=[5 12; 8 10 ; 12 5]; >> bar(x,y) SVTH: Đinh Quang Cảnh 33 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Hình3.7 Đồ thị bar hist(y,m)... Quang Cảnh 35 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Để xuất đồ thị ra các dạng hình ảnh như jpg, gif, ta dùng menu File/Export As… Đồ thị 3D Ta có vẽ đồ thị 3 chiều dùng các lệnh sau: • • • plot3: tương tự như plot như có thêm trục z mesh: tạo đồ thị 3D dưới dạng lưới (mesh) surf: tạo bề mặt 3D Công cụ simulink trong matlap Simulink là một phần mềm mở rộng của MATLAB (1 Toolbox của Matlab)... tử của B • • • • • • • • 2.3 Structure Để thuận tiện cho việc quản lý và sử dụng, ta có thể tập hợp nhiều biến lại trong một structure Một structure đựơc tao như sau: SVTH: Đinh Quang Cảnh 15 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP struct(‘name_1’, value_1,’name_2’, value_2,…) trong đó name_* là tên của field là thành phần của một structure và value_* là giá trị mà ta cần gán cho field >> myst=struct(‘data’,... của B) A.*B : nhân từng phần tử của A và B (A, B cùng kích thước) inv(A) : nghịch đảo A B/A= (A'\B')' hay xấp xỉ B*inv(A) B./A: chia từng phần tử của B cho A (A, B cùng kích thước) A\B: nếu A là ma trận vuông, A\B xấp xỉ inv(A)*B Nếu A là ma trận nxn và B là vector cột với n phần tử thì X = A\B là lời giải cho hệ đảng thức AX = B • A.^B: lũy thừa từng phần tử của A với từng phần tử của B • • • • •... Window Không xuất kết quả ra màn hình: Dùng dầu “;” ở cuối câu lệnh để Command Window không xuất kết quả ra màn hình Câu lệnh quá dài Nếu câu lệnh quá dài ta dùng dấu 3 chấm “…” để thông báo câu lệnh được tiếp tục ở dòng tiếp theo Ví dụ: >>s = 1 -1/2 + 1/3 -1/4 + 1/5 - 1/6 + 1/7 -1/8 + 1/9 - 1/10 + 1/11 - 1/12; SVTH: Đinh Quang Cảnh 11 GVHD: Lê Quốc Dũng 2.2 TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Ma trận Trong... (eq(a,b))- so sánh bằng: so sánh các phần tử của ma trận a và b Phép so sánh nà trả về một ma trận có giá trị 1 nếu a(i,j)=b(i,j) • a~ =b (ne(a,b))- khác • a=b (ge(a,b))- lớn hơn hoặc bằng • Phép tính logic ~a (not(a)) cho một ma trận với phần tử là 1 nếu phần tử tương ứng của a là 0 và 0 nếu phần tử tương ứng của khác 0... Dùng các hàm trong MATLAB: SVTH: Đinh Quang Cảnh 12 GVHD: Lê Quốc Dũng TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAP Hàm ones(r,c) tạo một ma trận có r hàng và c cột với các giá 1 Hàm zeros(r,c) tạo một ma trận có r hàng và c cột với các giá 0 Hàm eye(r) tạo một ma trận có r hàng và r cột với các giá 1 tại đường chéo và giá trị 0 tại các phần tử còn lại • rand(r,c) tạo một ma trận có r hàng và c cột với các giá trị ngẫu