Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAB VÀ ỨNG DỤNG CỦA MATLAB TRONG GIẢI MẠCH ĐIỆN
=== === !"# GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Đặng Văn Mỹ MỤC LỤC 1. $%&'()%*+),-)./ 1.1. Khái niệm Matlab. Matlab là viết tắt từ "MATrix LABoratory", được Cleve Moler phát minh vào cuối thập niên 1970 là một ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao được sử dụng để giải các bài toán về kỹ thuật được thiết kế bởi công ty MathWorks. Matlab tích hợp được việc tính toán, thể hiện kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc rất dễ dàng cho người sử dụng. Dữ liệu cùng với thư viện được lập trình sẵn cho phép người sử dụng có thể có được những ứng dụng sau đây: -Sử dụng các hàm có sẵn trong thư viện, các phép tính toán học thông thường. -Cho phép lập trình tạo ra những ứng dụng mới. -Cho phép mô phỏng các mô hình thực tế. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 2 -Phân tích, khảo sát và hiển thị dữ liệu. -Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh. -Cho phép phát triển, giao tiếp với một số phần mềm khác như C++, Fortran. 1.2. Tổng quan về cấu trúc dữ liệu của Matlab. Matlab là một hệ thống tương giao, các phần tử dữ liệu là một mảng ( mảng này không đòi hỏi về kích thước ). Chúng cho phép giải quyết các vấn đề liên quan đến lập trình bằng máy tính, đặc biệt sử dụng các phép tính về ma trận hay vector và có thể sử dụng ngôn ngữ C học Fortran lập trình rồi thực hiện ứng dụng lập trình đó bằng các câu lệnh từ MATLAB. MATLAB được viết nhằm truy cập vào phần mềm ma trận một cách dễ dàng, phần mềm này được phát triển bởi các công trình Linpack và Eispack. Ngày nay MATLAB dược phát triển bởi lapack và Artpack tạo nên một nghệ thuật phần mềm cho ma trận. a. Dữ liệu. Dữ liệu của MATLAB thể hiện dưới dạng ma trận và có các kiểu dữ liệu như: kiểu đơn single, kiểu double ( một kiểu dữ liệu thông dụng dùng trong MATLAB ), kiểu Sparse, kiểu int8, uint8, int16, kiểu char, kiểu cell b. Ứng dụng MATLAB tạo thuận lợi cho việc giải những bài toán phức tạp, MATLAB đc dùng để tính toán nghiên cứu ra các sản phẩm tốt nhất trong sản xuất. MATLAB cho phép các bạn ứng dụng các kĩ thuật để phân tích, thiết kế, mô phỏng các mô hình 1.3. Hệ thống MATLAB. Hệ thống MATLAB được chia làm 5 phần: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 3 • Môi trường phát triển: Đây là nơi đặt các thanh công cụ, các phương tiện giúp chúng ta sử dụng các lệnh và các file. Bao gồm: Desktop, Command Window, Command History, Browsers for viewinghelp. • Thư viện, các hàm toán học: Bao gồm các cấu trúc như tính tổng, sin, cosin, các phép tính đơn giản cho đến các phép tính phức tạp như tính ma trận nghịch đảo, trị riêng, chuyển đổi, laplace • Ngôn ngữ MATLAB: Đó là ngôn ngữ về ma trận và mảng, các dòng lệnh, các hàm, các cấu trúc dữ liệu vào, có thể lập trình hướng đối tượng. • Đồ họa MATLAB: Bao gồm các câu lệnh thể hiện đồ họa trong môi trường 2D và 3D, tạo các ảnh chuyển động, cung cấp các hình ảnh tương tác giữa người sử dụng và máy tính. • Giao tiếp với các ngôn ngữ khác: MATLAB cho phép tương tác với các ngôn ngữ khác như C,fortran 1.4. Làm quen với MATLAB. Giao diện làm việc của MATLAB: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 4 0%123&4)5647%89)/ Cửa sổ đó chứa các công cụ ( giao diện giữa người và máy ) cần thiết cho việc quản lý các file, các biến, các của sổ lệnh, có thể coi desktop là các panel gồm các ô, vùng, quản lý và tác dụng của từng của sổ nhỏ được quản lý bởi desktop. + Cửa sổ lệnh Command Window: đây là cửa sổ chính của MATLAB. Tại đây ta thực hiện tất cả các công việc nhập dữ liệu và xuất kết quả tính toán. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 5 Dấu >> báo hiệu chương trình sẵn sàng hoạt động, kết thúc mỗi lần nhập bằng dấu ENTER, muốn đóng màn hình MATLAB có thể sử dụng lệnh quit, exit hoặc tổ hợp phím Ctrl+q. + Cửa sổ soạn thảo Editor: Nhờ chương trình soạn thảo MATLAB ta có thể viết mới hay sửa đổi các Scripts và các hàm. Bên cạnh chức năng soạn thảo, còn có các chức năng thông thường khác mà một chương trình soạn thảo cần phải có, phục vụ xử lý từng bước nội dung chương trình, hay để phát hiện lỗi. + Cửa sổ quá khứ Command History: tất cả các lệnh trong Command Window được lưu trữ và hiện thị tại đây. Có thể lặp lại lệnh cũ bằng cách nháy chuột kép vào lệnh đó. Cũng có thể cắt, sao hay xóa cả nhóm lệnh hoặc từng lệnh riêng rẽ. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 6 0%1:3;)<$5==)%614<,5>? + Cửa sổ môi trường công tác Wordspace Browser: Tất cả các biến, hàm tồn tại trong môi trường công tác đều được hiển thị trong môi trường này với đầy đủ thông tin như: tên, loại biến/hàm, kích cỡ tính theo byte và loại dữ liệu. Ngoài ra còn có thể cất vào bộ nhớ toàn bộ dữ liệu đó hoặc sử dụng chức năng Array Editor (soạn thảo mạng) để thay đổi các biến. + Cửa sổ Launch Pad: Cửa sổ này cho phép người dùng truy cập nhanh vào cửa sổ MATLAB, phần Help hoặc phần Online Documents, mở Demos. + Cửa sổ thư mục hiện tại Current Directory Browser: Nhờ cửa sổ này người sử dụng có thể nhận biết, chuyển đổi thư mục hiện tại của môi trường công tác, mở File, tạo thư mục mới. 2. @;6A%& 2.1. Một số lệnh,biến thường sử dụng trong MATLAB + Một số lệnh với biến: - Clear: lệnh xóa tất cả các biến đã được định nghĩa trước trong chương trình - Clear biến 1, biến 2 : xóa các biến được liệt kê trong câu lệnh. - Who: hiển thị các biến được định nghĩa trong chương trình. - Whos: hiển thị các biến được định nghĩa trong chương trình cùng với thông số về biến. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 7 0%1B3;)<$C5>6<D)8E - Size (tên biến đã được định nghĩa): cho biết kích cỡ của biến dưới dạng ma trận với phần tử thứ nhất là số hàng của ma trận, phần tử thứ hai là số cột của ma trận. - Save: lưu giữ các biến vào một File dưới dạng Matlab.mat. - Load: Tải các biến đã được lưu giữ trong một File đưa vào vùng làm việc. + Một số biến được định nghĩa trước: - ans: tự động gán tên này cho kết quả của phép tính mà ta không đặt tên. - pi: - realmax: đưa ra giá trị số lớn nhất mà máy tính có thể tính toán được. - realmin: đưa ra giá trị số nhỏ nhất mà máy tính có thể tính toán được. 2.2. Số phức trong MATLAB. + Biểu thức biểu diễn số phức: Tên = phần_thực + phần_ảo*i Hoặc: Tên = phần_thực + phần_ảo*j + Các hàm đặc biệt: - real(x): tìm phần thực của số phức x. - imag(x): tìm phần ảo của số phức x. - conj(x): tìm số phức liên hợp của số phức x. - abs(x): tìm giá trị tuyệt đối của số phức x. - angle(x): góc tạo bởi giữa trục thực và trục ảo cảu số phức x. Ví dụ: >>x=3.0000+4.0000i x= Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 8 3.0000+4.0000i >>thuc=real(x); thuc= 3.0000 >>ao=imag(x); ao= 4.0000 >>lienhop=conj(x); lienhop= 3.0000-4.0000j >>dolon=abs(x) ; dolon= 5.0000 >>goc=angle(x) ; goc= 36.8699 2.3. Sử dụng cửa sổ Command Window. Do dữ liệu của MATLAB dưới dạng ma trận nên các biến dùng trong MATLAB cũng ở dạng ma trận, việc đặt tên biến không được đặt một cách tùy tiện mà phải đặt theo một quy định. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 9 Nhập các biến, ma trận, các lệnh liệt kê trực tiếp. Trường hợp không sử dụng biến lưu kết quả, biến ans tự động được gán: >>6+7 ans= 13 Nhập biến và sử dụng lưu biến a=3 như sau: >>a=3 ↵ a= 3 Bạn có thể sử dụng biến này cho các phép toán tiếp theo: >>b=a*3 b= 9 Nhập trực tiếp số liệu ma trận: >>A=[1 2;3 4] A= 1 2 3 4 MATLAB có hàng trăm hàm được định nghĩa sẵn như: sin , cos Ví dụ: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 10 [...]... Xác nhận giải mạch điện bằng dòng vòng hay dòng nhánh B2 Viết ma trận thể hiện quan hệ giữa các dòng vòng hay dòng nhánh B3 Xác định các thông số của các vòng hay các nhánh như : điện trở, nguồn dòng, nguồn áp, hỗ cảm… B4 Đưa ra các biểu thức để xác định dòng điện của từng vòng, từng nhánh và hiệu điện thế giữa các đỉnh B5 Vẽ đồ thị của dòng điện, điện áp (nếu đề bài yêu cầu) Ví dụ 1 : Cho mạch điện như... Sử dụng cú pháp: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 25 ezplot(y,[xo xm]) : vẽ y theo biến x thuộc khoảng [xo xm] ví dụ: >>syms x y; >>y=sym(‘x^2’) ; >>ezplot(y,[1 10]),grid on Chú ý : muốn vẽ đồ thị 3D dùng lệnh ezplot3 Hình 21: đồ thị của hàm y=x2 với x,y là các biến symbolic Chú ý : lệnh grid on dùng để chia ô cho đồ thị 3 Sử dụng M-file của MATLAB trong giải bài toán mạch điện 3.1 Giải mạch điện. .. được khai báo như sau: Function [tên kết quả] = tenham(danh sách các biến) Phần thân của chương trình trong hàm là các lệnh của MATLAB được thực hiện tính toán các giá trị các đại lượng được nêu ở phần tên kết quả theo các biến được nêu trong phần danh sách các biến Các biến chỉ có tác dụng nội trong các hàm vừa được khai báo Tên của các biến được cách nhau bằng dấu phẩy (,) Ví dụ 1: Thành lập hàm đổi... trái chuột vào tên vidu1.m rồi kích vào Run Tại cửa sổ Command Window sẽ cho ta nhập các giá trị của các phần tử trong mạch Với số liệu: E1=100, E2=200/_30, J3=10/_60, Z1=11+j41, Z2=21+j51, Z3=31+j61, Z12=Z21=0, Z23=Z32=-j*0.5*sqrt(51*61), Z13=Z31=-j*0.75*sqrt(41*61) kết quả sẽ hiện ra: Kết quả trên màn hình 3.2 Giải bài toán mạch điện ở quá trình quá độ Sử dụng phương pháp toán tử Laplace để giải bài... đổi Laplace của hàm F với biến mặc định t và nó cho ta một hàm của s • L=laplace(F,t) : L là hàm của t thay thế cho biến mặc nhiên s Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 28 • L=laplace(F,w,z) : L là hàm của z và F là hàm của w và nó thay thế cho biến symbolic mặc nhiên s và t tương ứng • F=ilaplace(L) : Biến đổi Laplace ngược với hàm symbolic L với biến mặc nhiên độc lập s, nó cho ta một hàm của t • F=ilaplace(L,y)... >>save(‘C:\matlabR12\work\ten_file’,-ASCII) + Lưu hai biến x và y vào file Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 11 >>save(‘C:\matlabR12\work\ten_file’,’x’,’y’,’-ASCII’) + Lưu và lấy dữ liệu: >> load ('C:\matlabR12\work\ten_file', '-ASCII ') Ví dụ: >>a=3; >>b=4; >>save('C:\matlabR12\work\save','a','b','-ASCII') %lưu 2 biến a và b >>load('C:\matlabR12\work\save','-ASCII') %khôi phục dữ liệu Sử dụng cửa... vòng lặp kết thúc + Symbolic trong M-file Ví dụ: syms x %khai báo biến x là biến symbolic Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 19 f=3*x^2+2*x+5 %hàm f là hàm symbolic biến symbolic là một biến có thể thay đổi được hàm chứa biến symbolic là hàm số thay đổi theo biến suymbolic 2.5 Đồ họa trong MATLAB 2.5.1 Vẽ đồ thị đường điểm trong MATLAB Để vẽ đồ họa trong MATLAB chúng ta sử dụng lệnh plot plot(Y) plot(X1,Y1,…)... chạy từ -2.9 đến 2.9 và khoảng cách các cột là 0.2 bar(x,exp(-x.*x)) Đồ thị như sau : Hình 13: Đồ thị bar(x,exp(-x.*x)) 2.5.5 Đồ thị hình tròn Cấu trúc: pie(x) Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 22 Hàm này vẽ đồ thị tròn với các phần được xác định bởi phần trăm các giá trị trong vectơ x Ví dụ: x=[ 1 2 3 4 ] Phân thành 4 khoanh, mỗi khoanh tương ứng với phần trăm của các phần tử trong x Đồ thị: hình... hàm của t • F=ilaplace(L,y) : F là hàm của y thay thế cho biến mặc nhiên t • F=ilaplace(L,y,x) : F là hàm của x, L là hàm của y,nó thay thế cho biến symbolic mặc nhiên t và s Ví dụ : Cho mạch điện như hình vẽ : E=120sint10t V, J=10A, R1=10 Ω, R2=20 Ω, L=1H, C=1mF Khi khóa ở vị trí 1, mạch ở trạng thái xác lập Tại thời điểm t=0 khóa K chuyển từ 1 sang 2 Tìm dòng điện quá độ trên cuộn dây ? - Ở trạng... cột của y theo các chỉ số tương ứng của chúng, nếu y là ma trận các số thực, nếu y là các số phức thì plot(y) tương ứng với plot(real(y),image(y)) Ví dụ như sau : A=[ 1 2 3 456 789] plot(A) sẽ ra kết quả: Hình 10: Ví dụ đồ thị đường với ma trận A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9] 2.5.2 Vẽ các đường, các điểm trong không gian Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 20 Dùng hàm plot3(x,y,z) để vẽ các đường, các điểm trong . phức trong MATLAB. + Biểu thức biểu diễn số phức: Tên = phần_ thực + phần_ ảo*i Hoặc: Tên = phần_ thực + phần_ ảo*j + Các hàm đặc biệt: - real(x): tìm phần thực của số phức x. - imag(x): tìm phần. vector và có thể sử dụng ngôn ngữ C học Fortran lập trình rồi thực hiện ứng dụng lập trình đó bằng các câu lệnh từ MATLAB. MATLAB được viết nhằm truy cập vào phần mềm ma trận một cách dễ dàng, phần. khảo sát và hiển thị dữ liệu. -Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh. -Cho phép phát triển, giao tiếp với một số phần mềm khác như C++, Fortran. 1.2. Tổng quan về cấu trúc dữ liệu của Matlab. Matlab