Bài giảng Ứng dụng tin học thiết kế - điều khiển

ỨNG DỤNG TIN HỌC THIẾT KẾ-ĐIỀU KHIỂN 
Th.S Nguyễn Tấn Phúc. 
Email:phucnt@hcmuaf.edu.vn 
Tel: 0126.7102772. 
MỘT SỐ VÍ DỤ MÔ PHỎNG VỚI MATLAB 
SIMULINK 
Giải pt bậc thấp 
Giải pt bậc cao 
Mô phỏng Hệ thống liên tục đơn giản 
Mô phỏng hệ ptrình vi phân bậc cao 
Phương trình vi phân cấp cao- hệ tuyến tính 
Mô hình hoá hệ phi tuyến 
Mô hình hóa hệ pt vi phân- có đk ban đầu 
Xây dựng mô hình hệ thống xe tải 
Mô phỏng mạch điện R,L,C mắc nối tiếp 
Mạch R nối tiếp L,C mắt song song 
i (t)
dVc/dtic(t)
V
ic(t)
tfvc (t)
Transfer Fcn
1
s 2
Sine Wave
Scope 1
Integrator
1
s
Gain 5
1/C
Gain 4
C
Gain 3
1/C
Gain 2
1/L
Gain 1
1/R
Mô phỏng hệ thống lò xo 
u = F 
u
x'' x' x
Step
ScopeIntegrator 1
1
s
Integrator
1
s
Gain 2
k
Gain 1
c
Gain
1/m
Phƣơng trình trạng thái: Dạng tổng quát: 
X’ = AX + BU 
Y = CX + DU 
23
10
A 
t
B
sin20
0
0
1
C 0 D
MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG MATLAB 
HÀM TRUYỀN VÀ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ THỐNG 
Hệ thống điều khiển tốc độ motor DC 
Hàm truyền: 
Biến đổi Laplace 2 vế ta đƣợc: 
Hay: 
đặt x1 = dθ/dt và x 2 = i , ta có: 
Phƣơng trình trạng thái: Dạng tổng quát: 
X’ = AX + BU 
Y = CX + DU 
State -Space
x' = Ax+Bu
 y = Cx+Du
Sine Wave Scope
BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 
Trong đó hàm truyền của khâu PID là: 
KP là độ lợi của khâu tỉ lệ (Proportional gain) 
KI là độ lợi của khâu tích phân (Integral gain) 
KD là độ lợi khâu vi phân (Derivative gain) 
Bộ điều khiển tỉ lệ P 
Step State -Space
x' = Ax+Bu
 y = Cx+Du
Scope
Gain
kp
Bộ điều khiển PID 
Transfer Fcn
s
kd.s +kp.s+ki2
Step State -Space
x' = Ax+Bu
 y = Cx+Du
Scope
LẬP TRÌNH GUI TRONG 
MATLAB 
1. MỞ PHẦN MỀM. 
2. CÁC CÔNG CỤ TRONG CỬA SỔ GUI . 
3. KÉO THẢ CÁC ĐIỀU KIỆN. 
4. THAY ĐỔI CÁC THUỘC TÍNH CỦA CÁC 
ĐIỀU KIỆN. 
5. VIẾT LỆNH CHO CHƢƠNG TRÌNH. 
1.MỞ PHẦN MỀM 
 Mở phần mềm, gõ lệnh sau vào command>>guide 
 Blank GUI (Default): Hộp thoại GUI trống không có điều khiển 
unicontrol nào cả. 
* GUI With Unicontol: Hộp thoại GUI với vài unicontrol nhƣ button,, 
chƣơng trình có thể chạy ngay. 
* GUI With Axes Menu: Hộp thoại với một unicontrol axse và button, các 
menu để hiển thị đồ thị. 
* Modal Question Dialog: Hộp thoại đặt câu hỏi Yes, No. 
Create New GUI: Tạo một hộp thoại GUI mới: 
Open Existing GUI: mở hộp thoại project có sẵn 
2.CÁC CÔNG CỤ TRONG CỬA SỔ GUI. 
 Các nút điều khiển khác: 
Check Box, Edit Text, Static Text, Pop-up Menu, List Box, Axes, Panel, 
Button Group, AtiveX Control, Toggle Button. 
• Giao diện rất giống với các chƣơng trình lập trình giao diện nhƣ Visual 
Basic, Visual C++, 
Di chuột qua các biểu tƣợng ở bên trái sẽ thấy tên của các điều khiển. 
Push Button: giống nhƣ nút command button trong VB. Là các nút bấm 
nhƣ nút OK,Cancel,.. 
Slider: Thanh trƣợc có một con trƣợc chạy trên đó. 
Radio Button: Nút nhỏ hình tròn để lựa chọn (Options) 
 Menu Tool có: 
* Run(Ctr+T): chạy chƣơng trình mà đã viết. 
* Align Object: sắp xếp các điều khiển 
* Grid and Rulers: lƣới trong giao diện (nhƣ một ma trận các ô vuông 
nhỏ), và sắp xếp vị trí. 
 Menu Editor: tạo menu cho điều khiển. 
 * Tab Order Editor: sắp xếp Tab order là thứ tự khi ta nhấn phím 
Tab 
* Gui Options: lựa chọn cho giao diện GUI 
Khi lƣu dƣới tên: TUT01, đồng thời xuất hiện cửa sổ Editor và 
đang mở file TUT01.m và Trong thƣ mục đang lƣu sẽ có 2 file là: 
 - TUT01.fig: file này chứa giao diện của chƣơng trình 
 - TUT01.m: file chứa các mã thực thi chƣơng trình nhƣ các hàm 
khởi tạo, các hàm callback, 
 Ví dụ thực hành: 
kéo vào trong giao diện 2 edit box, 1 static box và 1 push 
botton 
 Chƣơng trình có chức năng khi nhấn vào nút bấm 
thì kết quả của phép cộng giữa 2 số đƣợc gõ vào 
2 ô sẽ hiện lên trong Static Text 
 Thay đổi các thuộc tính: 
 Click đúp vào Edit Text bên trái để xuất hiện cửa sổ 
các thuộc tính của điều khiển. Có thể sắp xếp theo 
chức năng hoặc theo thứ tự A-Z của tên thuộc tính 
bằng nút hiện ở gõ bên trái. 
Thuộc tính quan trọng của Edit Box bao gồm: 
 Tag: là thuộc tính giống nhƣ Caption trong Visual Basic để đặt 
tên điều khiển. Dùng tên này có thể thao tác đến cá thuộc tính 
của đối tƣợng. (vd editstr1). 
 String: là chuổi kí tự hiện lên Edit Box. 
 Tƣơng tự, thay đổi thuộc tính tag của Edit Box thứ 2 thành 
editstrl2. Static Box cũng tƣơng tự thành staticstr3. 
 Push Botton: thuộc tính tag = buttonCalculate, 
 String =calculate. 
VIẾT LỆNH CHO CHƢƠNG TRÌNH: 
 Chƣơng trình có tác dụng khi nhấn vào nút Push Button sẽ 
hiện lên kết quả ở Static Box viết vào hàm này mà khi nhấn 
vào nút Push Box sẽ gọi. 
 Hàm Callback, điều khiển nào cũng có hàm Callback, nhƣ 
hàm ngắt trong vi điều khiển. 
 Hàm có một tham số: 
* hObject: handle của điều khiển bottoncalculate 
* handles:là một cấu trúc chứa tất cả các điều khiển và dữ liệu 
ngƣời dùng dùng để truy xuất các điều khiển khác. 
 Qua thuộc tính tag của các điều khiển truy xuất đến thuộc 
tính string của các điều khiển editstr1, editstr2, editstr3 bằng 
các lệnh get, set. 
* Get(handles.tag_dieu_khien,’ten thuoc tinh’): lấy giá trị 
* set(handles.tag_dieu_khien,’ten_thuoc_tinh’,’gia_tri’): đặt 
giá trị 
 * str2num: biến từ string sang số 
 * num2str để biến trở lại. 
 Viết hàm nhƣ sau: 
Nhấn nút Run để kiểm tra kết quả: