B GIO DC V O TO TRNG I HC S PHM K THUT HNG YấN Bỡa mu xanh NễNG VN VèN BI GING Mễ HèNH HểA V Mễ PHNG TRONG K THUT ễ Tễ HNG YấN 2014 Chng KHI QUT V Mễ HèNH V Mễ HèNH HểA H THNG 1.1 Mt s nh ngha c bn - i tng (object) l tt c nhng s vt, s kin m hot ng ca ngi cú liờn quan ti - H thng (System) l hp cỏc i tng (con ngi, mỏy múc), s kin m gia chỳng cú nhng mi quan h nht nh - Trng thỏi ca h thng (State of system) l hp cỏc tham s, bin s dựng mụ t h thng ti mt thi im v iu kin nht nh - Mụ hỡnh ( Model) l mt s phn ỏnh i tng, ngi dựng s ú nghiờn cu, thc nghim nhm tỡm quy lut hot ng ca i tng hay núi cỏch khỏc mụ hỡnh l i tng thay th ca i tng gc nghiờn cu v i tng gc - Mụ hỡnh húa (Modeling) l thay th i tng gc bng mt mụ hỡnh nhm cỏc thu nhn thụng tin quan trng v i tng bng cỏch tin hnh cỏc thc nghim trờn mụ hỡnh Lý thuyt xõy dng mụ hỡnh v nghiờn cu mụ hỡnh hiu bit v i tng gc gi lý thuyt mụ hỡnh húa Nu cỏc quỏ trỡnh xy mụ hỡnh ng nht (theo cỏc ch tiờu nh trc) vi cỏc quỏ trỡnh xy i tng gc thỡ ngi ta núi rng mụ hỡnh ng nht vi i tng Lỳc ny ngi ta cú th tin hnh cỏc thc nghim trờn mụ hỡnh thu nhn thụng tin v i tng - Mụ phng (Simulation, Imitation) l phng phỏp mụ hỡnh húa da trờn vic xõy dng mụ hỡnh s (Numerical model) v dựng phng phỏp s (Numerical method) tỡm cỏc li gii Chớnh vỡ vy mỏy tớnh s l cụng c hu hiu v nht thc hin vic mụ phng h thng Lý thuyt cng nh thc nghim ó chng minh rng, ch cú th xõy dng c mụ hỡnh gn ỳng vi i tng m thụi, vỡ quỏ trỡnh mụ hỡnh húa bao gi cng phi chp nhn mt s gi thit nhm gim bt phc ca mụ hỡnh, mụ hỡnh cú th ng dng thun tin thc t Mc dự vy, mụ hỡnh húa luụn luụn l mt phng phỏp hu hiu ngi nghiờn cu i tng, nhn bit cỏc quỏ trỡnh, cỏc quy lut t nhiờn c bit, ngy vi s tr giỳp c lc ca khoa hc k thut, nht l khoa hc mỏy tớnh v cụng ngh thụng tin, ngi ta ó phỏt trin cỏc phng phỏp mụ hỡnh húa cho phộp xõy dng cỏc mụ hỡnh ngy cng gn vi i tng nghiờn cu, ng thi vic thu nhn, la chn, x lý cỏc thụng tin v mụ hỡnh rt thun tin, nhanh chúng v chớnh xỏc Chớnh vỡ vy, mụ hỡnh húa l mt phng phỏp nghiờn cu khoa hc m tt c nhng ngi lm khoa hc, c bit l cỏc k s u phi nghiờn cu v ng dng vo thc tin hot ng ca mỡnh 1.2 Mụ hỡnh húa h thng 1.2.1 Vai trũ ca phng phỏp mụ hỡnh húa h thng a) Khi nghiờn cu trờn h thng thc gp nhiu khú khn nhiu nguyờn nhõn gõy nh sau: - Giỏ thnh nghiờn cu trờn h thng thc quỏ t Vớ d: Nghiờn cu kt cu ti u, bn, kh nng chng dao ng ca ụ tụ, tu thy, mỏy bay, ngi ta phi tỏc ng vo i tng nghiờn cu cỏc lc ln n mc cú th phỏ hy i tng t ú ỏnh giỏ cỏc ch tiờu k thut ó Nh vy, giỏ thnh nghiờn cu s rt t Bng cỏch mụ hỡnh húa trờn mỏy tớnh ta d dng xỏc nh c kt cu ti u ca cỏc thit b núi trờn - Nghiờn cu trờn h thng thc ũi hi thi gian quỏ di Vớ d: Nghiờn cu ỏnh giỏ tin cy, ỏnh giỏ tui th trung bỡnh ca h thng k thut (thụng thng tui th trung bỡnh ca h thng k thut khong 30 40 nm), hoc nghiờn cu quỏ trỡnh phỏt trin dõn s khong thi gian 20 50 nm, Nu ch i quóng thi gian di nh vy mi cú kt qu nghiờn cu thỡ khụng cũn tớnh thi s na Bng cỏch mụ phng h thng v cho h thng hnh tng ng vi khong thi gian nghiờn cu ngi ta cú th ỏnh giỏ c cỏc ch tiờu k thut cn thit ca h thng - Nghiờn cu trờn h thc nh hng n sn xut hoc gõy nguy him cho ngi v thit b Vớ d: Nghiờn cu quỏ trỡnh chỏy lũ hi ca nh mỏy nhit in, lũ luyn clanhke ca nh mỏy xi mng ngi ta phi thay i ch cp nhiờn liu (than, du), tng gim sn lng giú cp, thay i ỏp sut lũ, Vic lm cỏc thớ nghim nh vy s cn tr vic sn xut bỡnh thng, nhiu trng hp cú th xy chỏy, n gõy nguy him cho ngi v thit b Bng cỏch mụ phng h thng, ngi ta cú th cho h thng hnh vi cỏc b thụng s, cỏc ch hnh khỏc tỡm li gii ti u -Trong mt s trng hp khụng cho phộp lm thc nghim trờn h thngthc Vớ d: Nghiờn cu cỏc h thng lm vic mụi trng c hi, nguy him, di hm sõu, di ỏy bin, hoc nghiờn cu trờn c th ngi, Trong nhng trng hp ny dựng phng phỏp mụ phng l gii phỏp nht nghiờn cu h thng b) Phng phỏp mụ hỡnh húa cho phộp ỏnh giỏ nhy ca h thng thay i tham s hoc cu trỳc ca h thng cng nh ỏnh giỏ phn ng ca h thng thay i tớn hiu iu khin Nhng s liu ny dựng thit k h thng hoc la chn thụng s ti u hnh h thng c) Phng phỏp mụ hỡnh húa cho phộp nghiờn cu h thng c cha cú h thng thc Trong trng hp ny, cha cú h thng thc thỡ vic nghiờn cu trờn mụ hỡnh l gii phỏp nht ỏnh giỏ cỏc ch tiờu k thut ca h thng, la chn cu trỳc v thụng s ti u ca h thng ng thi mụ hỡnh cng c dựng o to v hun luyn Trong nhng trng hp ny dựng phng phỏp mụ phng mụ hỡnh húa l gii phỏp nht nghiờn cu h thng 1.2.2 Phõn loi mụ hỡnh húa h thng Cú th cn c vo nhiu du hiu khỏc phõn loi mụ hỡnh Hỡnh 1.1 biu din mt cỏch phõn loi mụ hỡnh in hỡnh Theo cỏch ny mụ hỡnh chia thnh hai nhúm: mụ hỡnh vt lý v mụ hỡnh toỏn hc hay cũn gi l mụ hỡnh tru tng - Mụ hỡnh vt lý l mụ hỡnh c cu to bi cỏc phn t vt lý Cỏc thuc tớnh ca i tng phn ỏnh cỏc nh lut vt lý xy mụ hỡnh Nhúm mụ hỡnh vt lý c chia thnh mụ hỡnh thu nh v mụ hỡnh tng t Mụ hỡnh vt lý thu nh cú cu to ging i tng thc nhng cú kớch thc nh hn cho phự hp vi iu kin ca phũng thớ nghim Vớ d, ngi ta ch to lũ hi ca nh mỏy nhit in cú kớch thc nh t phũng thớ nghim nghiờn cu cỏc ch thy ca p thy in u im ca loi mụ hỡnh ny l cỏc quỏ trỡnh vt lý xy mụ hỡnh ging nh i tng thc, cú th o lng quan sỏt cỏc i lng vt lý mt cỏch trc quan vi chớnh xỏc cao Nhc im ca mụ hỡnh vt lý thu nh l giỏ thnh t, vỡ vy ch s dng thc s cn thit - Mụ hỡnh vt lý tng t c cu to bng cỏc phn t vt lý khụng ging vi i tng thc nhng cỏc quỏ trỡnh xy mụ hỡnh tng ng vi quỏ trỡnh xy i tng thc Vớ d, cú th nghiờn cu quỏ trỡnh dao ng ca lc n bng mụ hỡnh tng t l mch dao ng R-L-C vỡ quỏ trỡnh dao ng iu hũa mch R-L-C hon ton tng t quỏ trỡnh dao ng iu hũa ca lc n, hoc ngi ta cú th nghiờn cu ng dõy ti in bng mụ hỡnh tng t l mng bn cc R-L-C u im ca loi mụ hỡnh ny l giỏ thnh r, cho phộp chỳng ta nghiờn cu mt s c tớnh ch yu ca i tng thc - Mụ hỡnh toỏn hc thuc loi mụ hỡnh tru tng Cỏc thuc tớnh c phn ỏnh bng cỏc biu thc, phng trỡnh toỏn hc Mụ hỡnh toỏn hc c chia thnh mụ hỡnh gii tớch v mụ hỡnh s Mụ hỡnh gii tớch c xõy dng bi cỏc biu thc gii tớch u im ca loi mụ hỡnh l cho ta kt qu rừ rng, tng quỏt Nhc im ca mụ hỡnh gii tớch l thng phi chp nhn mt s gi thit n gin húa cú th biu din i tng thc bng cỏc biu thc gii tớch, vỡ vy loi mụ hỡnh ny ch yu c dựng cho cỏc h tin nh v tuyn tớnh - Mụ hỡnh s c xõy dng theo phng phỏp s tc l bng cỏc chng trỡnh chy trờn mỏy tớnh s Ngy nay, nh s phỏt trin ca k thut mỏy tớnh v cụng ngh thụng tin, ngi ta ó xõy dng c cỏc mụ hỡnh s cú th mụ phng c quỏ trỡnh hot ng ca i tng thc Nhng mụ hỡnh loi ny c gi l mụ hỡnh mụ phng u im ca mụ hỡnh mụ phng l cú th mụ t cỏc yu t ngu nhiờn v tớnh phi tuyn ca i tng thc, ú mụ hỡnh cng gn vi i tng thc Ngy ny, mụ hỡnh mụ phng c ng dng rt rng rói Cú th cn c vo cỏc c tớnh khỏc phõn loi mụ hỡnh nh: mụ hỡnh tnh v mụ hỡnh ng, mụ hỡnh tin nh v mụ hỡnh ngu nhiờn, mụ hỡnh tuyn tớnh v mụ hỡnh phi tuyn, mụ hỡnh cú thụng s trung, mụ hỡnh cú thụng s di, mụ hỡnh liờn tc, mụ hỡnh giỏn on, Mụ hỡnh phi t c hai tớnh cht c bn sau: Tớnh ng nht: mụ hỡnh phi ng nht vi i tng m nú phn ỏnh theo nhng tiờu chun nh trc Tớnh thc dng: Cú kh nng s dng mụ hỡnh nghiờn cu i tng Rừ rng, tng tớnh ng nht mụ hỡnh phi a vo nhiu yu t phn ỏnh y cỏc mt ca i tng Nhng nh vy nhiu mụ hỡnh tr nờn quỏ phc v cng knh n ni khụng th dựng tớnh toỏn c ngha l mt i tớnh cht thc dng ca mụ hỡnh Nu quỏ chỳ trng tớnh thc dng, xõy dng mụ hỡnh quỏ n gin thỡ sai lch gia mụ hỡnh v i tng thc s ln, iu ú s dn n kt qu nghiờn cu khụng chớnh xỏc Vỡ vy, tựy thuc vo mc ớch nghiờn cu m ngi ta la chn tớnh ng nht v tớnh thc dng ca mụ hỡnh mt cỏch thớch hp 1.3 Phng phỏp mụ phng 1.3.1 S Cỏc mụ hỡnh s gm hai i tng, cỏc ng dõy tớn hiu v cỏc Chc nng ca ng dõy tớn hiu l truyn dn tớn hiu, hoc giỏ tr, t im gc ban u ca nú (thng l mt khi) ti im kt thỳc (thng l mt khỏc) Hng ca dũng tớn hiu c xỏc nh bi mi tờn trờn ng tớn hiu Mt hng ch c xỏc nh cho mt ng tớn hiu, ton b cỏc tớn hiu truyn trờn cỏc nhỏnh khỏc phi theo hng riờng Mi l mt thnh phn x lý tỏc ng ti tớn hiu v tham s u vo to tớn hiu u Bi vỡ cỏc chc nng cú th l phi tuyn cng nh tuyn tớnh nờn hp cỏc chc nng riờng v thc t l khụng gii hn v hu nh khụng bao gi cú s ging gia cỏc nh cung cp v ngụn ng ca chc nng Tuynhiờn, mt s ba c bn phi c thit lp cỏc ngụn ng s cú im chung Cỏc ny l nỳt cng, khuch i v b tớch phõn Mt h thng kt hp cht ch ba ú c mụ t nh Hỡnh 1.2 Hỡnh 1.2: Vớ d v mt h thng 1.2.3 Bn cht ca phng phỏp mụ phng Phng phỏp mụ phng cú th nh ngha nh sau: Mụ phng l quỏ trỡnh xõy dng mụ hỡnh toỏn hc ca h thng thc v sau ú tin hnh tớnh toỏn thc nghim trờn mụ hỡnh mụ t, gii thớch v d oỏn hnh vi ca h thng thc Theo nh ngha ny, cú ba im c bn m mụ phng phi t c Th nht l phi cú mụ hỡnh toỏn hc tt tc l mụ hỡnh cú tớnh ng nht cao vi h thc ũng thi mụ hỡnh c mụ t rừ rng thun tin cho ngi s dng Th hai l mụ hỡnh cn phi cú kh nng lm thc nghim trờn mụ hỡnh tc l cú kh nng thc hin cỏc chng trỡnh mỏy tớnh xỏc nh cỏc thụng tin v h thc Cui cựng l kh nng d oỏn hnh vi ca h thc tc l cú th mụ t s phỏt trin ca h thc theo thi gian Phng phỏp mụ phng c xut vo nhng nm 80 ca th k 20, t ú n phng phỏp mụ phng ó c nghiờn cu, hon thin, v ng dng thnh cụng vo nhiu lnh vc khỏc nh lnh vc khoa hc k thut, khoa hc xó hi, kinh t, y t, Sau õy trỡnh by mt s lnh vc m phng phỏp mụ phng ó c ng dng v phỏt huy c u th ca mỡnh - Phõn tớch v thit k h thng sn xut, lp k hoch sn xut - ỏnh giỏ phn cng, phn mm ca h thng mỏy tớnh - Qun lý v xỏc nh chớnh sỏch s tr mua sm vt t ca h thng kho vt t, nguyờn liu - Phõn tớch v ỏnh giỏ h thng phũng th quõn s, xỏc nh chin lc phũng th, tn cụng - Phõn tớch v thit k h thng thụng tin liờn lc, ỏnh giỏ kh nng lm vic ca mng thụng tin - Phõn tớch v thit k cỏc h thng giao thụng nh hng khụng, cng bin - ỏnh giỏ, phõn tớch v thit k cỏc c s dch v nh bnh vin, bu in, nh hng, siờu th - Phõn tớch h thng kinh t, ti chớnh ng st, ng b, Phng phỏp mụ phng c ng dng vo cỏc giai on khỏc ca vic nghiờn cu, thit k v hnh cỏc h thng nh sau: + Phng phỏp mụ phng c ng dng vo giai on nghiờn cu, kho sỏt h thng trc tin hnh thit k nhm xỏc nh nhy ca h thng i vi s thay i cu trỳc v tham s ca h thng + Phng phỏp mụ phng c ng dng vo giai on thit k h thng phõn tớch v tng hp cỏc phng ỏn thit k h thng, la chn cu trỳc h thng tha cỏc ch tiờu cho trc + Phng phỏp mụ phng c ng dng vo giai on hnh h thng ỏnh giỏ kh nng hot ng, gii bi toỏn hnh ti u, chn oỏn cỏc trang thỏi c bit ca h thng Quỏ trỡnh mụ hỡnh húa c tin hnh nh sau: Gi h thng c mụ phng l S Bc th nht ngi ta mụ hỡnh húa h thng S vi cỏc mi quan h ni ti ca nú thun tin vic mụ hỡnh húa, ngi ta thng chia h S thnh nhiu h theo cỏc tiờu no ú S = S1, S2, S3, , Sn Tip n ngi ta mụ t toỏn hc cỏc h cựng cỏc quan h gia chỳng Thụng thng gia cỏc h cú mi quan h trao i nng lng v trao i thụng tin Bc th hai ngi ta mụ hỡnh húa mụi trng xung quanh E, ni h thng S lm vic, vi cỏc mi quan h tỏc ng qua li gia S v E Khi ó cú mụ hỡnh ca S v E, ngi ta tin hnh cỏc thc nghim trờn mụ hỡnh, tc l cho S v E lm vic mt iu kin xỏc nh no ú Kt qu ngi ta thu c mt b thụng s ca h thng, hay thng gi l xỏc nh c mt im lm vic ca h thng Cỏc thc nghim ú c lp li nhiu ln v kt qu mụ phng c ỏnh giỏ theo xỏc sut thng kờ Kt qu mụ phng cng chớnh xỏc nu s ln thc nghim, cũn gi l bc mụ phng cng ln v lý thuyt bc mụ phng l hu hn nhng phi ln v ph thuc vo yờu cu ca chớnh xỏc Hỡnh 1.3 trỡnh by quỏ trỡnh nghiờn cu bng phng phỏp mụ phng v quan h gia h thng thc vi kt qu mụ phng Hỡnh 1.3 Quỏ trỡnh nghiờn cu bng phng phỏp mụ phng Nhỡn vo hỡnh 1.3 ta thy rng nghiờn cu h thng thc ta phi tin hnh mụ hỡnh húa tc l xõy dng mụ hỡnh mụ phng Khi cú mụ hỡnh mụ phng s tin hnh lm cỏc thc nghim trờn mụ hỡnh thu c cỏc kt qu mụ phng Thụng thng kt qu mụ phng cú tớnh tru tng ca toỏn hc nờn phi thụng qua x lý mi thu c cỏc thụng tin kt lun v h thng thc Sau ú dựng cỏc thụng tin v kt lun trờn hiu chnh h thc theo mc ớch nghiờn cu ó Cỏc bc nghiờn cu mụ phng Khi tin hnh nghiờn cu mụ phng thụng thng phi thc hin qua 10 bc nh c biu din bi lu nh hỡnh 1.4 Bc 1: Xõy dng mc tiờu mụ phng v k hoch nghiờn cu iu quan trng trc tiờn l phi xỏc nh rừ mc tiờu nghiờn cu mụ phng Mc tiờu ú c th hin bng cỏc ch tiờu ỏnh giỏ, bng h thng cỏc cõu hi cn c tr li Bc 2: Thu thp d liu v xỏc nh mụ hỡnh nguyờn lý Tựy theo mc tiờu mụ phng m ngi ta thu thp cỏc thụng tin, cỏc d liu tung ng ca h thng S v mụi trng E Trờn c s ú xõy dng mụ hỡnh nguyờn lý Mnl, mụ hỡnh nguyờn lý phn ỏnh bn cht ca h thng S Bc 3: Hp thc húa mụ hinh nguyờn lý Mnl Hp thc húa mụ hỡnh nguyờn lý l kim tra tớnh ỳng n, hp lý ca mụ hỡnh Mụ hỡnh nguyờn lý phi phn ỏnh ỳng bn cht ca h thng S v mụi trng E nhng ng thi cng phi tin dng, khụng quỏ phc cng knh Nu mụ hỡnh nguyờn lý Mnl khụng t phi thu thp thờm thụng tin, d liu tin hnh xõy dng li mụ hỡnh Bc 4: Xõy dng mụ hỡnh mụ phng Mmp trờn mỏy tớnh Mụ hỡnh mụ phng Mmp l nhng chng trỡnh chy trờn mỏy tớnh Cỏc chng trỡnh ny c vit bng cỏc ngụn ng thụng dng nh FORTRAN, PASCAL, C++, hoc cỏc ngụn ng chuyờn dng mụ phng nh GPSS, SIMSCRIPT, Hỡnh 1.4 Cỏc bc nghiờn cu mụ phng Bc 5: Chy th Sau ci t chng trỡnh, ngi ta tin hnh chy th xem mụ hỡnh mụ phng cú phn ỏnh ỳng cỏc c tớnh ca h thng S v mụi trng E hay khụng giai on ny cng tin hnh sa cha cỏc li v lp trỡnh Bc 6: Kim chng mụ hỡnh Sau chy th ngi ta cú th kim chng v ỏnh giỏ mụ hỡnh mụ phng cú t yờu cu hay khụng, nu khụng phi quay li t bc Bc 7: Lp k hoch th nghim bc ny ngi ta phi xỏc nh s ln th nghim, thi gian mụ phng ca tng b phn hoc ton b mụ hỡnh Cn c vo kt qu mụ phng ( bc 9), ngi ta tin hnh hiu chnh k hoch th nghim t c kt qu vi chớnh xỏc theo yờu cu Bc 8: Th nghim mụ phng Cho chng trỡnh chy th nghim theo k hoch ó c lp bc õy l bc thc hin vic mụ phng, cỏc kt qu ly t bc ny Bc 9: X lý kt qu Th nghim mụ phng thng cho nhiu d liu cú tớnh thng kờ xỏc sut vỡ vy, cú kt qu cui cựng vi chớnh xỏc theo yờu cu, cn phi thc hin vic x lý cỏc kt qu trung gian Bc x lý kt qu úng vai trũ quan trng quỏ trỡnh mụ phng Bc 10: S dng v lu tr kt qu S dng kt qu mụ phng vo mc ớch ó nh v lu gi di dng cỏc ti liu cú th s dng nhiu ln sim('A_Molel_daodong_1p4') %========================================== % giai bang ODE x0= [0; 0; 0;0]; [t,Y]= ode45('f_model_1p4',[0 10],x0); z1 = Y(:,1); Vz1= Y(:,2); z2 = Y(:,3); Vz2= Y(:,4); figure(1), hold on plot(t,z1,'r') plot(t,Vz1,'r') plot(t,z2,' k') plot(t,Vz2,' k','linewidth',1.5) grid on legend('z1', 'Vz1', 'z2', 'Vz2') title('Dao dong 1/4') xlabel('t,s') 3) Kt qu mụ phng 3.2 Mụ phng dao ng ụ tụ 1/2 3.2.1 Mụ hỡnh vt lý Mụ hỡnh dao ng ca ụ tụ theo phng thng ng mt phng i xng dc (thng c gi l mụ hỡnh dao ng ẵ) c th hin trờn hỡnh 3.3 Mụ hỡnh ny ch xột s dao ng ca c h xung quanh v trớ cõn bng tnh Cỏc ký hiu trờn mụ hỡnh: M lng c treo (thõn xe), kg ; Iy mụ men quỏn tớnh ca lng c i vi trc ngang y i qua trng tõm 0, kgm2; m lng khụng c treo, kg; FT lc tỏc dng ca h thng treo lờn thõn xe, N; cT cng ca h thng treo (nhớp), N/m; kT h s cn gim chn ca h thng treo, Ns/m; FL lc tỏc dng ca bỏnh xe lờn lng khụng c treo, N; cL cng ca lp theo phng hng kớnh, N/m; kL h s cn gim chn ca lp theo phng hng kớnh, Ns/m q cao mp mụ mt ng ti im tip xỳc vi bỏnh xe , m; Cỏc ch s ca cỏc thụng s: ch s ký hiu cho cu trc, ch s ký hiu cho cu sau Lu ý: Do ch xột dao ng xung quanh v trớ cõn bng tnh nờn trờn mụ hỡnh khụng th hin cỏc lc trng trng Mg, m1g v m2g z za x A z1 M, Iy kT2 kT1 y cT2 FT2 m1 z2 m2 FL2 FL1 q1 x FT2 FT1 cL1 z B FT1 cT1 zb kL1 kL2 q1 cL2 q2 a q2 b L Hỡnh 3.3 Mụ hỡnh dao ng ụ tụ 1/2 Chn h ta kho sỏt: i vi lng c treo: Khi lng c treo M thc hin chuyn ng song phng, va chuyn ng lờn xung theo trc z, va xoay quanh trc ngang y Chn h ta x0z , gc ta t ti trng tõm 0, z l dch chuyn tng i so vi v trớ cõn bng tnh, gúc xoay thõn xe quanh trc y i qua trng tõm Ti thi im ban u t = thỡ z (0)= 0; (0) = Xột dao ng gúc nh, ú cú th gi thit ta x ca cỏc im l hng s im A t trờn cu trc cú ta l xA = a = const, za = za(t), = (t) im B t trờn cu sau, cú xB = b, zb = zb(t); (t) i vi cỏc lng khụng c treo: ch thc hin chuyn ng lờn xung the phng thng ng Chn gc ta ti trng tõm ca lng khụng c treo c h v trớ cõn bng tnh: ký hiu cho cu trc, ký hiu cho cu sau 3.2.2 Phng trỡnh vi phõn dao ng ca ụ tụ Da theo mụ hỡnh vt lý v s dng phng phỏp Dlambe ta cú th thnh lp c cỏc phng trỡnh vi phõn dao ng cho cỏc lng nh sau: i vi lng c treo (Thõn xe): & FT FT Mz& & J y& FT 1a FT b (1) i vi lng khụng c treo: m1 & z& FL1 FT m2 & z& FL FT (2) Nh vy h phng trỡnh vi phõn dao ng ca ụ tụ cú dng: & FT FT Mz& J & y & FT a FT b z& FL1 FT m1 & m & FL FT z& (3) 2.3 Xỏc nh cỏc lc thnh phn a Cỏc phng trỡnh liờn kt hỡnh hc v ng hoc Xột dao ng vi gúc xoay nh, ta cú th tớnh gn ỳng sin Quan h hỡnh hc v ng hc ca im A v im B vi trng tõm c th hin qua cỏc phng trỡnh liờn kt sau õy: Quan h hỡnh hc: za z a (4) zb z b Quan h tc: z&a z& a& (5) z&b z& b& Quan h gia tc: & & & & & z& a z a (6) & & & & & z& b z b b Lc n hi ca h thng treo cu trc & (7) FT cT ( z1 za ) kT ( z& za ) c Lc n hi ca h thng treo cu sau (8) FT cT ( z2 zb ) kT ( z&2 z& b) d Lc n hi ca lp trc & FL1 cL1 (q1 z1 ) kL1 (q& (9) z 1) e Lc n hi ca lp sau FL cL (q2 z2 ) kL (q&2 z&2 ) (10) 2.4 Phng trỡnh mụ t biờn dng mt ng Trong thc t, ụ tụ cú th chuyn ng trờn cỏc biờn dng mt ng khỏc nhau, thng l cỏc dng mt ng ngu nhiờn n gin húa quỏ trỡnh nghiờn cu cỏc bi toỏn ng lc hc ca ụ tụ, thng ngi ta gi thit biờn dng mt ng bin i theo cỏc hm nh tr (hm toỏn hc xỏc nh): hm xung n vi, hm bc thang n v, hm bc na sin, hm iu hũa hỡnh sin Trong phm vi tiu lun ny, chỳng tụi ch kho sỏt trng hp biờn dng mt ng l hm iu hũa hỡnh sin (Hỡnh 2) q S0 q0 S t T Hỡnh 3.4 Biờn dng mt ng hỡnh sin Biờn dng mt ng cú th biu din theo hm thi gian: i vi cu trc: (11) q q0 sin(t ) i vi cu sau: Trong ú: q(t ) q0 sin(t L ) V (12) V tn s gúc, rad/s; S0 q0 biờn mp mụ mt ng , m; V tc chuyn ng ca ụ tụ, m/s; L khong cỏch t cu trc n cu sau, m; S0 bc súng biờn dng mt ng, m 3.2.5 Xõy dng mụ hỡnh mụ phng dao ng ụ tụ 1/2 bng MatlabSimulink 3.2.5.1 Xõy dng mụ hỡnh tng th mụ phng dao ng ụ tụ 1/2 Phng trỡnh vi phõn dao ng (3) cú th gii v mụ phng kt qu bng ngụn ng Simulink vi s tng th nh hỡnh Mụ hỡnh c chia thnh mụ un: Mụ un gii h phng trỡnh vi phõn dao ng Mụ un hin th cỏc iu kin kho sat Mụ un hin th cỏc kt qu kho sat bng th Mụ un tớnh toỏn ch tiờu ỏnh giỏ ờm du chuyn ng Model dao động ô tô 1/2 Xe tai GAZ-66 In2 In1 Than xe FT2 In1 Cau truoc Cau sau FL2 FL2 In1 Out1 FL1 Lop sau GIA TOC BINH PHUONG TRUNG BINH q2 Lop truoc VE DO THI FL2 FT2 FT1 FT1 q1 q2 q1 DIEU KIEN KHAO SAT Sine Wave Transport Delay 3.2.5.2 S cỏc chc nng a Khi model lp trc Model Lốp tr-ớc q1 Goto In1 q1 cL1 z1 FL1 Out1 du/dt kL1 dz1 (Luc tac dong len Cau truoc) b Khi model lp sau Model Lốp sau q2 q2 cL2 z2 FL2 FL2 du/dt kL2 (Luc tac dong len Cau Sau) dz2 c Khi model cu trc Model Cầu tr-ớc dz1 kT1 dzA FT1 1/m1 z1 dz1 Integrator cT1 zA s ddz1 s z1 Integrator1 z1 Goto dz1 Goto1 In1 FT1 FL1 FT1 (Luc tac dong len Than xe) Luc tac dong cua banh xe len Cau truoc d Khi model Cu sau Model Cầu sau dz2 dzB kT2 FT2 1/m2 z2 zB ddz1 s dz2 Integrator cT2 s z2 Integrator1 z2 Goto dz2 Goto1 FL2 FT2 FL2 Luc tac dong cua banh xe len Cau sau FT2 (Luc tac dong len diem B Than xe) f Khi model thõn xe & FT FT Mz& Mụ hỡnh toỏn: & FT 1a FT b J y& Model Thân xe ddz In1 In2 dz FT1 FT1 1/M FT2 s ddz FT2 Integrator FT1 s dz z z Goto Integrator1 a 1/Iy FT2 s ddf i b s df i Integrator2 fi fi Goto1 Integrator3 ddfi dfi CAC MO HINH LIEN KET z fi dz a zA dfi z fi ddz zA a dzA dzA ddfi dz b zB Lien ket hinh hoc ddzA ddzA ddz zB dfi a b dzB Lien ket van toc dzB ddfi b ddzB ddzB Lien ket gia toc g Mụ un hin th cỏc th kt qu mụ phng Mụ un ny cho hin th cỏc th kt qu chớnh theo hm thi gian: Gia tc & z&(m / s ) , tc z&(m / s) v dch chuyn z (m) ca trng tõm thõn xe ng vi iu kin kho sỏt ó cho & Gia tc xoay & (rad / s ), tc xoay &(rad / s) v gúc xoay () ca thõn xe theo hm thi gian ng vi iu kin kho sỏt ó cho Gia tc dao ng ca cỏc im trờn thõn xe: & z& (m / s ) ca trng tõm, 2 & z& z& a (m / s ) ca im A (lp gh ngi bung lai) v & b (m / s ) ca cu sau ng vi iu kin kho sat ó cho Cỏc thụng s trờn l mt cỏc c s phõn tớch v ỏnh giỏ quỏ trỡnh dao ng ca ụ tụ. 10 Khối vẽ đồ thị ddz Gia toc tam From ddzA ddz ddz Scope ddzA Gia toc diem A ddzB ddzB ddzB Gia toc diem B q1 q1 ddzA q1 Song map mo ddfi ddf i dfi df i fi fi q1 q1 h Mụ un tớnh toỏn ch tiờu ỏnh giỏ ờm du chuyn ng ờm du chuyn ng c ỏnh giỏ theo ch tiờu gia tc bỡnh phng trung bỡnh: T aRMS _ T & z&(t )dt (m / s ) T i vi im A (bung lỏi): aRMS _ A 2 & z& a (t ) dt ( m / s ) T i vi trng tõm: i vi im B (cu sau): aRMS _ B T T 2 & z& b (t ) dt ( m / s ) T Khi tớnh toỏn RMS gia tc th hin trờn simulink: Cỏc kt qu th hin bng s trờn simulink sau; 11 ddz In1 2.941 Out1 RMS-Gia tocT ddzA In1 Display 2.284 Out1 RMS-Gia tocA ddzB In1 RMS- Trong tam RMS- Cau truoc Display1 3.932 Out1 RMS-Gia tocB RMS- Cau sau Display3 Tính Gia tốc bình ph-ơng trung bình RMS(m/s2) i Mụ un hin th iu kin kho sat q0 V0 s0 f 0.05 10 0.9259 Dieu kien khao sat Display2 Điều kiện khảo sát 3.2.5.3 Vớ d mụ phng a Cỏc thụng s k thut ca xe mụ phng Xe mụ phng l ụ tụ ti cu GAZ66 vi cỏc thụng s k thut nh Bng 3.1 Bng 3.1 Cỏc thụng s vo ca mụ hỡnh dao ng ca ụ tụ GAZ-66 Ký hiu Ma M1 M2 mc1 m2 L STT Tờn gi Khi lng xe y ti Khi lng phõn b lờn cutrc Khi lng phõn b lờn cu sau Khi lng cu trc Khi lng cu sau Chiu di c s Khong cỏch t trng tõm ti tõm cu a trc Khong cỏch t trng tõm ti tõm cu b sau Giỏ tr n v 5970 2930 3040 340 260 3,3 kg kg kg kg kg m 1,73 m 1,57 m 12 10 11 12 13 14 15 16 17 Bỏn kớnh quỏn tớnh lng phn treo i vi trc ngang y xe y ti Mụ men quỏn tớnh lng phn treo i vi trc ngang cng ca phn t n hi trc cng ca phn t n hi sau H s cn gim chn (nộn/tr) cng hng kớnh ca lp trc cng hng kớnh ca lp sau vừng tnh ca treo trc dy xe ti vừng tnh ca treo sau xe y ti Y 1.45 m Jy 12060 kgm2 C1 C2 Kn/Kt CL1 CL2 100000 106000 2400/7800 430000 430000 N/m N/m N.sec/m N/m N/m ft1 0.11 m ft2 0.115 m b Nhp cỏc thụng s u vo mụ hỡnh mụ phng nhp cỏc thụng s u vo ca mụ hỡnh mụ phng ta co th nhp trc tip trờn mụ hỡnh Simulink hoc nhp t mụi trng Matlab õy ta nhp t mụi trng Matlab Code ca chng trỡnh Matlab c ghi Mfile vi ni dung nh sau: %====================================================================== % fleName = Model_Daodong_Oto_1p2_OK2b.mdl % fileData= Data_daodong_Oto_GAZ66.m (Xe tai GAZ66) % %====================================================================== clc clear all % SO LIEU DAU VAO: Xe tai GAZ66 %===================================================================== Xe=' Oto tai GAZ-66'; % CAU TRUOC m1 = 340 ; % khoi luomg cau truoc (kg) cL1= 430000 ; % he so cung Lop truoc (N/m) kL1= ; % he so giam chan Lop truoc (Ns/m) cT1= 100000 ; % he so cung loxo cau truoc (N/m) kT1= 7800 ; % he so giam chan cau truoc (Ns/m) % CAU SAU m2 = 260 ; % khoi luongcau sau (kg) cL2= 430000; % he so cung Lop cau sau (N/m) kL2= ; % he so giam chan cau sau (Ns/m) cT2= 106000; % he so cung loxo cau sau (N/m) kT2= 7800; % he so giam chan cau sau (Ns/m) % THAN XE Iy= 12060 ; M = 5970 ; g = 0*9.81 ; a = 1.73; b = 1.57; L = a + b; % mo men quan tinh doi %[kg]= Khoi luong % gia toc truong % khoang cach tu % khoang cach tu % chieu dai co so voi truc y (kgm^2) (m/s^2) tam den cau truoc (m) tam den cau sau (m) 13 %================================================================= % DIEU KIEN KHAO SAT % V0= 10 ; %km/h V= V0/3.6; % m/s q0= 0.05 ; % chieu cao map mo = bien hinh sin (m) s0= ; % Buoc song (m) w = 2*pi*V/s0; % tan so goc thay doi song mat duong (1/s) f= w/(2*pi); % Tan so dao dong tinh theo Hz %================================================================= % Chay Mo phong truc tiep tai day %open Model_daodong_Oto_GAZ_66_OK %sim('Model_daodong_Oto_GAZ_66_OK') open Model_Daodong_Oto_1p2_OK2b sim('Model_Daodong_Oto_1p2_OK2b') %================================================================ c Kt qu mụ phng dao ng ca ụ tụ ti GAZ66 vi mụ hỡnh 1/2 14 15 16 TI LIU THAM KHO [1] V c Lp (1994), Dao ng ụ tụ, Hc vin k thut quõn s [2] Nguyn Phựng Quang (2006), Matlab & Simulink, Nh xut bn Khoa hc K thut, H Ni [3] V Quang Thp (2014), ng dng phn mm Mtalab Simulink gii cỏc bi toỏn ng lc hc trờn ụ tụ, Nh xut bn khoa hc v K thut, H Ni [4] Rajesh Rajamani (2006), Vehicle Dynamics and Control, Springer New York [5] Rajesh Rajamani (2008), Vehicle Dynamics , Springer New York 17 ... thực, mô hình gần với đối tượng thực Ngày này, mô hình mô ứng dụng rộng rãi Có thể vào đặc tính khác để phân loại mô hình như: mô hình tĩnh mô hình động, mô hình tiền định mô hình ngẫu nhiên, mô hình. .. nay, nhờ phát triển kỹ thuật máy tính công nghệ thông tin, người ta xây dựng mô hình số mô trình hoạt động đối tượng thực Những mô hình loại gọi mô hình mô Ưu điểm mô hình mô mô tả yếu tố ngẫu nhiên... tuyến tính mô hình phi tuyến, mô hình có thông số tập trung, mô hình có thông số dải, mô hình liên tục, mô hình gián đoạn, Mô hình phải đạt hai tính chất sau: Tính đồng nhất: mô hình phải đồng