BẮT đầu với MATLAB MATLAB là một bộ phần mềm dùng để tính toán các bài toán kỹ thuật

Tên: Nguyễn Đắc Lộc MSSV:2002207832 BÀI BÁO CÁO LỜI CẢM ƠN Trước tiên với tình cảm sâu sắc chân thành nhất, cho phép em bày tỏ lòng biết ơn đến tất cá nhân tổ chức tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu đề tài Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập trường đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cô bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Nhờ có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy cô nên đề tài nghiên cứu em hồn thiện tốt đẹp Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy/cô – người trực tiếp giúp đỡ, quan tâm, hướng dẫn em hoàn thành tốt báo cáo thời gian qua Bài báo cáo đồ án thực khoảng thời gian gần tháng Bước đầu vào thực tế em hạn chế cịn nhiều bỡ ngỡ nên khơng tránh khỏi thiếu sót , em mong nhận ý kiến đóng góp q báu q Thầy Cơ để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện đồng thời có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức Em xin chân thành cảm ơn! LỜI MỞ ĐẦU Trong phát triển mạnh mẽ kinh tế xã hội đất nước, điện lực đóng góp phần khơng nhỏ đáp nhu cầu phát triển đất nước Ngày phát triển tăng dần cách nhanh chóng lĩnh vực đặc biệt cơng nghiệp địi hỏi nhu cầu tiêu thụ điện lớn để đáp ứng sản xuất – kinh doanh hoạt động sinh hoạt chiếu sáng xã hội ngày tăng cao Việc tính tốn cung cấp điện cho hộ tiêu thụ gặp nhiều khó khăn kỹ thuật kinh tế kinh tế phát triển nước ta Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cần có nghiên cứu, khảo sát phân tích cách chắn để thiết kế hệ thống điện có hiệu cao có vốn đầu tư hợp lý đạt yêu cầu kỹ thuật cao chi phí vận hành thấp để đảm bảo sản xuất ổn định đáp ứng đủ nhu cầu hộ tiêu thụ điện nước ta Hiện kinh tế khoa học kỹ thuật nước ta đạt nhiều thành tựu to lớn mặt thúc đẩy phát triển toàn diện, phần vào phát triển nguồn lượng đưa ngành điện phát triển thêm nhiều tầm cao mới, với đội ngũ lao động cơng nhân kỹ sư có trình độ cao đáp ứng yêu cầu khắc khe kỹ thuật ln trọng an tồn lao động bồi dưỡng kiến thức kĩ thuật thường xuyên I GIỚI THIỆU VỀ MATLAB 1.1 BẮT ĐẦU VỚI MATLAB 1.1.1 Giới thiệu chung MATLAB phần mềm dùng để tính tốn tốn kỹ thuật, đượcviết ngôn ngữ C hãng Math Works Inc sản xuất Nó tạo cở sởnhững phần mềm nhà lập trình dự án LINPACK EISPACK viếtra ngôn ngữ Fortran dùng cho việc thực phép tính thao tác ma trận Tên phần mềm MATLAB chữ viết tắt ‘Matrix Laboratory’ có nghĩa ‘phương pháp ma trận’ Đến thực hành sử dụng phần mềm ta thấy phần tử Matlab ma trận Phần mềm Matlab liên tục bổ sung hồn thiện Các ứng dụng điển hình Matlab: - Tốn học tính tốn - Phát triển thuật tốn - Tạo mơ hình, mơ giao thức - Khảo sát, phân tích số liệu - Đồ họa khoa học kỹ thuật - Phát triển ứng dụng, gồm giao diện người dùng đồ họa GUI - Thiết kế hệ thống điều khiển thời gian thực Matlab cung cấp cho ta phương pháp theo hướng chun dụng hóa đượcgọi Toolbox (hộp cơng cụ) Các Toolbox cho phép người sử dụng học ápdụng kỹ thuật chuyên dụng cho lĩnh vực Toolbox tập hợptồn diện hàm matlab (M-file) cho phép mở rộng môi trường Matlab đểgiải lớp toán cụ thể Các lĩnh vực có sẵn Toolbox bao gồm: xửlý tín hiệu, hệ thống điều khiển, mạng noron, mô phỏng… Hệ thống Matlab gồm có phần chính: - Ngơn ngữ Matlab: ngôn ngữ ma trận, mảng cấp cao với câu lệnh,hàm, cấu trúc liệu vào/ra, tính lập trình đối tượng Nó cho phéplập trình ứng dụng từ nhỏ đến ứng dụng lớn, từ ứng dụng đơn giảnđến phức tạp - Môi trường làm việc Matlab: công cụ phương tiệnmà bạn sử dụng với tư cách người dùng người lập trình Matlab Nó baogồm phương tiện cho việc quản lý biến không gian làm việcWorkspace xuất nhập liệu Nó bao gồm công cụ đểphát triển quản lý, gỡ rối định hình M – file - Xử lý đồ họa: hệ thống đồ họa Matlab Nó bao gồm lệnhcao cấp cho trực quan hóa liệu hai chiều ba chiều, xử lý ảnh, ảnhđộng,… Nó cung cấp lệnh cấp thấp cho phép bạn tùy biến giaodiện đồ họa xây dựng giao diện đồ họa hoàn chỉnh cho ứngdụng Matlab - Thư viện tốn học Matlab: thuật toán khổng lồ thuật tốn tínhtốn từ hàm cộng, trừ, nhân, chia, sin, cos, số học phức…tới cáchàm phức tạp như: nghịch đảo, ma trận, tìm giá trị riêng ma trận,phép biến đổi fourier nhanh - Giao diện chương trình ứng dụng Matlab API ( Application ProgramInterface): thư viện cho phép ta viết chương trình C vàFortran tương thích với Matlab Simulink chương trình kèm với Matlab, hệ thống tương tác vớiviệc mô hệ thống động học phi tuyến Nó chương trình đồ họa sửdụng chuột để thao tác cho phép mơ hình hóa hệ thống cách vẽ sơđồ khối hình Nó làm việc với hệ thống tuyến tính, phi tuyến, hệ thống liên tục theo thời gian, hệ thống gián đoạn theo thời gian, hệ thống đabiến 1.1.2 Giao diện Command Window: Đây cửa sổ làm việc MATLAB Tại tathực tòan việc nhập liệu xuất kết tính tóan Dấu nháy >> báohiệu chương trình sẵn sàng cho việc nhập liệu Ta kết thúc việc nhập liệubằng cách nhấn phím Enter MATLAB thực thi dòng lệnh mà ta nhập vàoCommand Window trả kết Command Window Command History: Lưu lại tất lệnh mà ta nhập vào CommandWindow Ta xem lại tất lậnh cách dùng scroll bar, hay thực hiệnlại lệnh cách nhấp kép lên dịng lệnh Ngịai ta cịn cut, paste,delete lệnh Workspace browser: MATLAB liệu lưu biến Workspace browser liệt kê tất biến mà ta sử dụng MATLAB Nócung cấp thơng tin kích thước, loại liệu Ta truy cập trực tiếp vào dữliệu cách nhấn kép vào biến để hiển thị Array editor Launch pad: cho phép người dùng truy cập nhanh vào Toolbox, phầnHelp 1.1.3 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 cáctùy 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 1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.2.1 Câu lệnh biến Matlab Các câu lệnh Matlab thường có dạng sau: biến = biểu thức Tên biến bắt đầu chữ cái, sau chữ số Matlab chấp nhận tên biến (cũng tên hàm) có đến 19 kí tự phân biệt chữ in hoa chữ in thường Không giống với số phần mềm lập trình khác, biến khơng phải khaibáo trước Nếu không viết tên biến dấu = trước biểu thức chương trình tựđộng tạo tên biến and Ví dụ: >>2/4 And= 0.5000 Nếu cuối câu lệnh ta đánh dấu kết thúc ‘ ; ‘ phép tính thực hiệnnhưng khơng xuất kết hình Ngược lại khơng gõ dấu kết thúc thìkết tính in hình Nếu câu lệnh q dài khơng thể viết hết hang dùng dấuba chấm (…) để viết tiếp dòng thứ hai Muốn viết lời dẫn, trước dịng ta gõ dấu %, chạy chương trình máysẽ bỏ qua dịng 1.2.2 Các phép tốn • Các phép tốn số học: nối toán hạng biểu thức với Dấu phép toán sau: + cộng - trừ * nhân / chia phải \ chia trái ^ lũy thừa • Các phép toán quan hệ: == = lớn ~= không < nhỏ > lớn • Các phép tốn logic & / ~ khơng Các phép tốn quan hệ logic thường dung biểu thức toán tử điều khiển if, while 1.2.3 Số dùng Matlab Matlab dùng số thập phân truyền thống với số chữ số thập phân tùy chọn Bạn dùng số dạng lũy thừa 10 số có số đơn vị phức Dưới số ví dụ số hợp thức dùng Matlab: 57 -180.1122 3.0983741 12.6529E4 20.2908e-2 12i -23.1261i 5e2i 1.2.4 Nhập số liệu từ bàn phím Dùng lệnh input với quy cách viết sau: a=input(‘ nhập giá trị a: a =’) Khi chạy chương trình máy dừng để đợi ta gõ vào từ bàn phím giá trị a,sau bấm Enter 1.2.5 In kết hình Cách 1: Khơng gõ dấu kết thúc (;) cuối câu lệnh Khi chạy kết tính đượctự động in hình Ví dụ: >>x=12+6*sin(pi/7) x= 14.6033 Cách 2: Dùng lệnh disp >> x=12+6*sin(pi/7) disp(x) 14.6033 1.2.6 Ma trận Ma trận biểu thị dấu ngoặc vuông, phần tử hang đượccách ô trống dấu phẩy (,), hang ngăn cách bởidấu chấm phẩy (;) Ví dụ: Viết ma trận A gồm hàng, cột >>A=[1 3;2 4;3 5] A= 123234345 1.2.7 Số phức Matlab thực phép toán số phức Số phức biểu thị nhờ hàm I j Ví dụ viết số phức z dùng i j cho kết qur nhau: z= 2+4*i z= 2+4*j Một ví dụ khác số phức viết dạng e mũ: z= r*exp(i*theta) 1.3 CÁC HÀM TOÁN HỌC 1.3.1 Các hàm lượng giác sin : sin cos : cosin tan : tang asin : arcsin acos : arccosin atan : arctang atan2 : arctan góc phần tư sinh : sin hybecbolic cosh : cosin hybecbolic : tang hybecbolic 1.3.2 Các hàm toán sơ cấp abs : giá trị tuyệt đối modun số phức angle : góc pha real : phần thực số phức imag : phần ảo sqrt : bậc hai conj : số phức liên hợp round : làm tròn đến số nguyên gần fix : làm tròn hướng zero gcd : ước số chung lớn lom : bội số chung nhỏ exp : hàm e mũ log : logarit số tự nhiên log10 : logarit số 10 II BỘ NGHỊCH LƯU BA PHA Bộ nghịch lưu ba pha R S1 S3 A Udc S7 S5 B S2 S4 n motor C N S6 n Hình 1.4: Sơ đồ nghịch lưu ba pha cân gồm khố S1→S6 Vector khơng gian điện áp Đơn vị (Udc) k Va S1 Vb S3 Vc S5 usa UA N usb UB N usc UC N 0 0 1 uab ubc uca UA UB UC B C A 0 U 0 2/3 -1/3 -1/3 -1 U1 1 0 1/3 -1/3 1/3 2/3 -2/3 -1/3 -1 1 -1 U2 U3 Deg us us U0 U00 0o 60 o 120 us o 1 -2/3 1/3 1/3 -1 U4 180 0 -1/3 -1/3 2/3 -1 U5 240 1 1/3 -2/3 1/3 -1 U6 300 1 0 0 0 U7 o o o U11 Bảng 1.1: Các điện áp thành phần tương ứng với trạng thái nghịch lưu  Điều chế vector không gian điện áp sử dụng nghịch lưu ba pha  Điều chế biên độ góc vector khơng gian điện áp dùng nghịch lưu ba pha U3 (010) U2 (110) T2 U4 (011) CCW us U0 (000) U7 (111) T1 U1 (100) CW U5 (001) U6 (101) Hình 1.13: Điều chế biên độ góc vector khơng gian điện áp T1 T2 T0 U 1+ U + U (U ) ℎay U s=a U +b U +c U (U 7) Us= T T PWM T PWM PWM a= √ 2|U s| sin ¿ ¿ Udc c=(a+ b) ( ) U dc −1 3|U s| ( ) 2U dc Trong đó: ( a+ b ) U ≈ | s| ⇒ T 1=a T PWM T 2=b T PWM T =c T PWM Với chu kỳ điều rộng xung: T PWM ≈ ( T +T )+ T ℎay T ≈ T PWM − ( T 1+T ) Tổng quát: U s=a U x +b U x+60+ c { U , U } Trong α góc vector U x vector điện ápU s Bằng cách điều khiển chuyển đổi trạng thái đóng cắt khóa nghịch lưu thơng qua T1, T2 T0, dễ dàng điều khiển độ lớn tốc độ quay vector không gian điện áp Khi dạng điện áp ngõ nghịch lưu có dạng PWM sin Hình 1.14: Điều chế biên độ tần số điện áp Hình 1.15: Dạng điện áp dòng điện PWM sin  ... lao động bồi dưỡng kiến thức kĩ thuật thường xuyên I GIỚI THIỆU VỀ MATLAB 1.1 BẮT ĐẦU VỚI MATLAB 1.1.1 Giới thiệu chung MATLAB phần mềm dùng để tính tốn tốn kỹ thuật, đượcviết ngơn ngữ C hãng... Đến thực hành sử dụng phần mềm ta thấy phần tử Matlab ma trận Phần mềm Matlab liên tục bổ sung hoàn thiện Các ứng dụng điển hình Matlab: - Tốn học tính tốn - Phát triển thuật tốn - Tạo mơ hình,... nhỏ > lớn • Các phép tốn logic & / ~ khơng Các phép tốn quan hệ logic thường dung biểu thức toán tử điều khiển if, while 1.2.3 Số dùng Matlab Matlab dùng số thập phân truyền thống với số chữ số