SÁCH - MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động (Nguyễn Phùng Quang) Full
25 thg 6, 2016 | 18:59

SÁCH - MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động (Nguyễn Phùng Quang) Full




Đối với kỹ sư điều khiển - tự động hoá nói riêng và những người nghiên cứu khoa học - kỹ thuật nói chung, mô phỏng là công cụ quan trọng cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống thực. Được trang bị một công cụ mô phỏng mạnh và có hiểu biết về các phương pháp mô hình hoá, người kỹ sư sẽ có khả năng rút ngắn thời gian và giảm chi phí nghiên cứu - phát triển sản phẩm một cách đáng kể. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi sản phẩm là các hệ thống thiết bị kỹ thuật phức hợp với giá trị kinh tế lớn. Các khái niệm mô phỏng Off-Line, Software-in-the-Loop, Hardware-in-the-Loop (hay Real Time Simulation: mô phỏng thời gian thực) và Prototyping, đã thể hiện rõ nét các bước của quá trình phát triển sản phẩm với sự hỗ trợ của máy tính.

Trong nhiều năm qua, người biên soạn sách này đã sử dụng phần mềm mô phỏng Matlab & Simulink trong hoạt động nghiên cứu - phát triển thực tiễn và giảng dạy của mình. Đặc biệt, khi điều kiện thí nghiệm tại trường đại học nước ta còn rất thiếu thốn, phần mềm trên đã góp phần hữu ích trong quá trình đào tạo các kỹ sư điều khiển - tự động hoá. Tuy nhiên, việc thiếu một tài liệu tham khảo thích hợp đã hạn chế hiệu quả đào tạo. Với Matlab & Simulink ta có trong tay một công cụ mô phỏng mạnh kèm theo tài liệu dưới dạng files .pdf vô cùng chi tiết và phong phú. Nhược điểm chính của các tài liệu đó là:

1. Chúng không hề truyền đạt cho người đọc kiến thức về phương pháp mô hình hoá;

2. Chúng quá chi tiết, đến mức tản mạn, và vì vậy đã làm mất không ít thời gian của người học. Nhu cầu về một tài liệu bằng tiếng Việt, khắc phục được hai nhược điểm đó, là nhu cầu bức xúc của quá trình đào tạo, khiến tác giả đặt quyết tâm biên soạn cuốn sách này.

Cuốn sách bao gồm 3 phần chính:

1. Phần cơ sở về Matlab và một vài Toolbox quan trọng. Phần này gồm các chương 1-5.
2. Phần giới thiệu Simulink và các thư viện đi kèm. Phần này gồm cacs chương 6-9.
3. Phần giới thiệu Motion Control Blockset, công cụ khảo sát các hệ thống điều khiển chuyển động. Phần này gồm các chương 10-12.

Phần 1 và 2 được biên soạn chủ yếu dựa trên nền giáo trình Matlab (tài liệu [1]) của đại học Miinchen (CHLB Đức). Phần 3 bao gồm các kết quả nghiên cứu của bản thân tác giả, của đồng nghiệp (tài liệu [9]) và của sinh viên tại đại học Bách Khoa Hà Nội. Nội dung dự kiến ban đầu của sách còn bao gồm hai Toolbox quan trọng là Real - Time Workshop, Stateflow Blockset. Tuy nhiên, để giới hạn kích cỡ sách và thời gian biên soạn (trong khi sinh viên đang trông đợi giới hạn kích cỡ sách và thời gian biên soạn (trong khi sinh viên đang trông đợi tài liệu học) nên người viết tạm ngừng lại ở khối lượng 12 chương. Các nội dung còn thiếu sẽ được bổ sung ở lần tái bản sau này.

Cần phải khẳng định rằng Matlab không phải là một ngôn ngữ lập trình, mặt dù phần mềm này cũng có khả năng của một ngôn ngữ lập trình bậc cao: Matlab & Msimulink trước hết là một công cụ toán số, với thế mạnh tính toán và mô phỏng hệ thống. Đặt mục tiêu hạn chế vào đối tượng bạn đọc chính là sinh viên và kỹ sư ngành điều khiển - tự động hoá, cuốn sách thể hiện rõ thế mạnh trên của bộ phần mềm. Khi biên soạn, người viết cố gắng trình bày các vấn đề một cách dễ hiểu và từng bước đều có minh hoạ bởi ví dụ đi kèm.


NỘI DUNG:


Phần A MATLAB và các Toolbox
1 Cơ sở về MATLAB
1.1 Những bước đi đầu tiên với MATLAB
1.2 Vector và ma trận
1.3 Cấu trúc và trường
1.4 Quản lý biến
1.5 Các phép so sánh và phép tính logic
1.6 Rẽ nhánh và vòng lặp
1.7 Các Scripts và các hàm của MATLAB
1.8 Tóm tắt nội dung chương 1
2 Xuất và nhập dữ liệu trên màn hình
2.1 Điều khiển xuất ra màn hình
2.2 Đối thoại của MATLAB với người sử dụng
2.3 Nhập và xuất dữ liệu
2.4 Hệ điều hành và quản lý File
2.5 Biểu diễn bằng đồ họa
2.6 Đồ họa 2 chiều (2-D Graphics)
2.7 Đồ họa 3 chiều (3-D Graphics)
2.8 Nhập, xuất và in đồ họa
2.9 Giao diện đồ họa
2.10 Tóm tắt nội dung chương 2
3 Control System Toolbox: Công cụ khảo sát - thiết kế hệ thống điều khiển
3.1 Mô hình hóa các hệ tuyến tính – dừng (hệ LTI)
3.2 Nguyên tắc sử dụng mô hình LTI
3.3 Khảo sát mô hình LTI
3.4 Thiết kế vòng điều chỉnh
3.5 Các vấn đề khi tính toán số
3.6 Tóm tắt nội dung chương 3
4 Optimization Toolbox: Công cụ tính toán tìm tối ưu
4.1 Inline Objects
4.2 Điều khiển thuật toán
4.3 Tìm điểm không
4.4 Tìm cực tiểu cho hàm phi tuyến
4.5 Tìm cực tiểu khi có điều kiện phụ
4.6 Phương pháp bình phương sai phân bé nhất
4.7 Tìm bộ tham số tối ưu cho mô hình SIMULINK
4.8 Tóm tắt nội dung chương 4
5 Signal Processing Toolbox: Công cụ xử lý tín hiệu
5.1 Phương pháp nội suy (Interpolation)
5.2 Biến đổi Fourier gián đoạn
5.3 Hàm tương quan (Correlation Functions)
5.4 Lọc số (Digital Filter)
5.5 Lọc tương tự (Analog Filter)
5.6 Tóm tắt nội dung chương 5
PHẦN B SIMULINK VÀ CÁC THƯ VIỆN  
6 Cơ sở về SIMULINK
6.1 Khởi động SIMULINK
6.2 Tạo mới và soạn thảo lưu đồ tín hiệu
6.3 Tín hiệu và các loại dữ liệu
6.4 Thư viện SOURCES và SINKS
6.5 Thư viện Math
6.6 Chuẩn bị mô phỏng: Khai báo tham số và phương pháp tích phân
6.7 Hệ thống con (Subsystem)
6.8 Tóm tắt nội dung chương 6
7 Các hệ thống tuyến tính và phi tuyến
7.1 Thư viện Continuous
7.2 Tuyến tính hóa
7.3 Xác định điểm cân bằng
7.4 Thư viện Nonlinear
7.5 Thư viện Function & Tables
7.6 Vòng quẩn đại số
7.7 Hàm S (S-Functions)
7.8 Tóm tắt nội dung chương 7
8 Các hệ thống trích mẫu (hệ gián đoạn) 
8.1 Các khái niệm tổng quan
8.2 Tham số mô phỏng
8.3 Thư viện Discrete
8.4 Hệ có chu kỳ trích mẫu hỗn hợp và hệ lai
8.5 Tóm tắt nội dung chương 8
9 Phân tích và tổng hợp vòng điều chỉnh
9.1 Động cơ một chiều kích thích độc lập
9.2 Khảo sát động học của đối tượng
9.3 Điều chỉnh với nhiều vòng phân cấp (Cascade Control)
9.4 Quan sát trạng thái
9.5 Điều khiển trạng thái sử dụng khâu quan sát trạng thái
9.6 Tóm tắt nội dung chương 9






Đối với kỹ sư điều khiển - tự động hoá nói riêng và những người nghiên cứu khoa học - kỹ thuật nói chung, mô phỏng là công cụ quan trọng cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống thực. Được trang bị một công cụ mô phỏng mạnh và có hiểu biết về các phương pháp mô hình hoá, người kỹ sư sẽ có khả năng rút ngắn thời gian và giảm chi phí nghiên cứu - phát triển sản phẩm một cách đáng kể. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi sản phẩm là các hệ thống thiết bị kỹ thuật phức hợp với giá trị kinh tế lớn. Các khái niệm mô phỏng Off-Line, Software-in-the-Loop, Hardware-in-the-Loop (hay Real Time Simulation: mô phỏng thời gian thực) và Prototyping, đã thể hiện rõ nét các bước của quá trình phát triển sản phẩm với sự hỗ trợ của máy tính.

Trong nhiều năm qua, người biên soạn sách này đã sử dụng phần mềm mô phỏng Matlab & Simulink trong hoạt động nghiên cứu - phát triển thực tiễn và giảng dạy của mình. Đặc biệt, khi điều kiện thí nghiệm tại trường đại học nước ta còn rất thiếu thốn, phần mềm trên đã góp phần hữu ích trong quá trình đào tạo các kỹ sư điều khiển - tự động hoá. Tuy nhiên, việc thiếu một tài liệu tham khảo thích hợp đã hạn chế hiệu quả đào tạo. Với Matlab & Simulink ta có trong tay một công cụ mô phỏng mạnh kèm theo tài liệu dưới dạng files .pdf vô cùng chi tiết và phong phú. Nhược điểm chính của các tài liệu đó là:

1. Chúng không hề truyền đạt cho người đọc kiến thức về phương pháp mô hình hoá;

2. Chúng quá chi tiết, đến mức tản mạn, và vì vậy đã làm mất không ít thời gian của người học. Nhu cầu về một tài liệu bằng tiếng Việt, khắc phục được hai nhược điểm đó, là nhu cầu bức xúc của quá trình đào tạo, khiến tác giả đặt quyết tâm biên soạn cuốn sách này.

Cuốn sách bao gồm 3 phần chính:

1. Phần cơ sở về Matlab và một vài Toolbox quan trọng. Phần này gồm các chương 1-5.
2. Phần giới thiệu Simulink và các thư viện đi kèm. Phần này gồm cacs chương 6-9.
3. Phần giới thiệu Motion Control Blockset, công cụ khảo sát các hệ thống điều khiển chuyển động. Phần này gồm các chương 10-12.

Phần 1 và 2 được biên soạn chủ yếu dựa trên nền giáo trình Matlab (tài liệu [1]) của đại học Miinchen (CHLB Đức). Phần 3 bao gồm các kết quả nghiên cứu của bản thân tác giả, của đồng nghiệp (tài liệu [9]) và của sinh viên tại đại học Bách Khoa Hà Nội. Nội dung dự kiến ban đầu của sách còn bao gồm hai Toolbox quan trọng là Real - Time Workshop, Stateflow Blockset. Tuy nhiên, để giới hạn kích cỡ sách và thời gian biên soạn (trong khi sinh viên đang trông đợi giới hạn kích cỡ sách và thời gian biên soạn (trong khi sinh viên đang trông đợi tài liệu học) nên người viết tạm ngừng lại ở khối lượng 12 chương. Các nội dung còn thiếu sẽ được bổ sung ở lần tái bản sau này.

Cần phải khẳng định rằng Matlab không phải là một ngôn ngữ lập trình, mặt dù phần mềm này cũng có khả năng của một ngôn ngữ lập trình bậc cao: Matlab & Msimulink trước hết là một công cụ toán số, với thế mạnh tính toán và mô phỏng hệ thống. Đặt mục tiêu hạn chế vào đối tượng bạn đọc chính là sinh viên và kỹ sư ngành điều khiển - tự động hoá, cuốn sách thể hiện rõ thế mạnh trên của bộ phần mềm. Khi biên soạn, người viết cố gắng trình bày các vấn đề một cách dễ hiểu và từng bước đều có minh hoạ bởi ví dụ đi kèm.


NỘI DUNG:


Phần A MATLAB và các Toolbox
1 Cơ sở về MATLAB
1.1 Những bước đi đầu tiên với MATLAB
1.2 Vector và ma trận
1.3 Cấu trúc và trường
1.4 Quản lý biến
1.5 Các phép so sánh và phép tính logic
1.6 Rẽ nhánh và vòng lặp
1.7 Các Scripts và các hàm của MATLAB
1.8 Tóm tắt nội dung chương 1
2 Xuất và nhập dữ liệu trên màn hình
2.1 Điều khiển xuất ra màn hình
2.2 Đối thoại của MATLAB với người sử dụng
2.3 Nhập và xuất dữ liệu
2.4 Hệ điều hành và quản lý File
2.5 Biểu diễn bằng đồ họa
2.6 Đồ họa 2 chiều (2-D Graphics)
2.7 Đồ họa 3 chiều (3-D Graphics)
2.8 Nhập, xuất và in đồ họa
2.9 Giao diện đồ họa
2.10 Tóm tắt nội dung chương 2
3 Control System Toolbox: Công cụ khảo sát - thiết kế hệ thống điều khiển
3.1 Mô hình hóa các hệ tuyến tính – dừng (hệ LTI)
3.2 Nguyên tắc sử dụng mô hình LTI
3.3 Khảo sát mô hình LTI
3.4 Thiết kế vòng điều chỉnh
3.5 Các vấn đề khi tính toán số
3.6 Tóm tắt nội dung chương 3
4 Optimization Toolbox: Công cụ tính toán tìm tối ưu
4.1 Inline Objects
4.2 Điều khiển thuật toán
4.3 Tìm điểm không
4.4 Tìm cực tiểu cho hàm phi tuyến
4.5 Tìm cực tiểu khi có điều kiện phụ
4.6 Phương pháp bình phương sai phân bé nhất
4.7 Tìm bộ tham số tối ưu cho mô hình SIMULINK
4.8 Tóm tắt nội dung chương 4
5 Signal Processing Toolbox: Công cụ xử lý tín hiệu
5.1 Phương pháp nội suy (Interpolation)
5.2 Biến đổi Fourier gián đoạn
5.3 Hàm tương quan (Correlation Functions)
5.4 Lọc số (Digital Filter)
5.5 Lọc tương tự (Analog Filter)
5.6 Tóm tắt nội dung chương 5
PHẦN B SIMULINK VÀ CÁC THƯ VIỆN  
6 Cơ sở về SIMULINK
6.1 Khởi động SIMULINK
6.2 Tạo mới và soạn thảo lưu đồ tín hiệu
6.3 Tín hiệu và các loại dữ liệu
6.4 Thư viện SOURCES và SINKS
6.5 Thư viện Math
6.6 Chuẩn bị mô phỏng: Khai báo tham số và phương pháp tích phân
6.7 Hệ thống con (Subsystem)
6.8 Tóm tắt nội dung chương 6
7 Các hệ thống tuyến tính và phi tuyến
7.1 Thư viện Continuous
7.2 Tuyến tính hóa
7.3 Xác định điểm cân bằng
7.4 Thư viện Nonlinear
7.5 Thư viện Function & Tables
7.6 Vòng quẩn đại số
7.7 Hàm S (S-Functions)
7.8 Tóm tắt nội dung chương 7
8 Các hệ thống trích mẫu (hệ gián đoạn) 
8.1 Các khái niệm tổng quan
8.2 Tham số mô phỏng
8.3 Thư viện Discrete
8.4 Hệ có chu kỳ trích mẫu hỗn hợp và hệ lai
8.5 Tóm tắt nội dung chương 8
9 Phân tích và tổng hợp vòng điều chỉnh
9.1 Động cơ một chiều kích thích độc lập
9.2 Khảo sát động học của đối tượng
9.3 Điều chỉnh với nhiều vòng phân cấp (Cascade Control)
9.4 Quan sát trạng thái
9.5 Điều khiển trạng thái sử dụng khâu quan sát trạng thái
9.6 Tóm tắt nội dung chương 9



M_tả
M_tả

Chuyên mục:

Không có nhận xét nào: