TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN ***** BẢN BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAB VÀ MÔ PHỎNG MẠCH RLC BẰNG SIMULINK CỦA MATLAB Giảng viên hướng dẫn Đặng Văn Mỹ Sinh viên MSSV Lớp HÀ NỘI 1/2021[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN ***** BẢN BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAB VÀ MÔ PHỎNG MẠCH RLC BẰNG SIMULINK CỦA MATLAB Giảng viên hướng dẫn: Đặng Văn Mỹ Sinh viên: MSSV: Lớp: HÀ NỘI 1/2021 LỜI NÓI ĐẦU Ngày đường phát triển đất nước không Việt Nam mà tồn giới móng để quốc gia phát triển mạnh hay khơng nhờ vào cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước mà “ Tự động hóa” chìa khóa cho cách mạng 4.0 nay, tiền đề để phát triển cho cơng nghiệp đại hóa quốc gia Hầu hết nhắc đến Tự động hóa nghĩ đến dây chuyền sản xuất, hay tự hoạt động mà không cần tác động người Tự động hóa giúp nâng cao sản xuất, xuất gia tăng, tăng độ xác sản phẩm, tạo mặt hàng đòi hỏi tỉ mỉ cao, rút ngắn thời gian sản xuất , làm công việc nguy hiểm mà người chưa làm tiết kiệm nguồn nhân lực chi phí Đề tài báo cáo em “ Tìm hiểu phần mềm Matlab ứng dụng Matlab giải mạch điện” Như biết, Matlab phần mềm ứng dụng đa dạng ngành Tự động hóa khơng ngoại lệ Bởi Matlab có ưu điểm cung cấp cơng cụ tính tốn, lập thình bậc cao than thiện tăng hiệu suất cơng việc dễ sử dụng Matlab có nhiều hộp công cụ (Toolbox) viết sẵn để giải vấn đề thuộc ngành khác Do Matlab ngày trở lên thông dụng công cụ trợ giúp hữu hiệu cho kỹ sư, cán kĩ thuật, nhà chuyên môn sinh viên theo học trường đại học… Em xin cảm ơn thầy Đăng Văn Mỹ hướng dẫn giúp đỡ em để em hoàn thành báo cáo năm học em trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Em cảm ơn thầy cô mơn Kĩ thuật điều khiển – Tự động hóa tạo điều kiện giúp em hoàn thành báo cáo Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Sinh viên Đại học Bách Khoa Hà Nội 1 GIỚI THIỆU VỀ MATLAB 1.1 Khái niệm Matlab MATLAB viết tắt từ “MATrix LABoratory” Cleve Moler phát minh vào cuối thập niên 1970 Matlab phần mềm cung cấp mơi trường tính tốn số lập trình, cơng ty MathWorks thiết kế Matlab cho phép tính tốn số ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thơng tin, thực thuật tốn, tạo giao diện người dùng liên kết với chương trình máy tính, viết nhiều ngơn ngữ lập trình khác Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mô tính tốn, thực nghiệm nhiều mơ hình thực tế kỹ thuật 1.2 Các phép tính tốn Matlab MATLAB sử dụng rộng rãi khía cạnh tính tốn Dưới số phép tính tốn MATLAB sử dụng phổ biến nhất: 1.3 Giải vấn đề ma trận mảng Đồ thị 2-D, 3-D Đại số tuyến tính Phương trình đại số Các hàm phi tuyến tính Số liệu thống kê Phân tích liệu Giải tích phương trình vi phân Tính tốn số Tích phân Chuyển đổi Hồi quy Các hàm đặc biệt khác Các tính Matlab Dưới tính Matlab: Đại học Bách Khoa Hà Nội - Matlab ngơn ngữ lập trình bậc cao, cho phép tính tốn, hình dung phát triển ứng dụng - Cung cấp môi trường để khảo sát thiết kế giải vấn đề - Cung cấp thư viện lớn hàm toán học cho đại số tuyến tín, thống kê, phân tích Fourier, lọc, tối ưu hóa, tích phân giải phương trình vi phân bình thường - MATLAB cung cấp đồ thị tích hợp sẵn để hiển thị hình ảnh liệu công cụ để tạo đồ thị tùy chỉnh - Giao diện lập trình MATLAB cung cấp công cụ phát triển để nâng cao khả bảo trì chất lượng mã tối đa hóa hiệu suất - Cung cấp công cụ để xây dựng ứng dụng với giao diện đồ họa tùy chỉnh - Cung cấp hàm để tích hợp thuật toán dựa MATLAB với ứng dụng bên ngồi ngơn ngữ khác C, Java, NET Microsoft Excel 1.4 Hệ thống Matlab Hệ thống Matlab gồm phần chính: 1) Ngơn ngữ Matlab Đây ngôn ngữ mảng/ma trận bậc cao với lệnh điều khiển, hàm, cấu trúc liệu, đầu vào.đầu đặc điểm lập trình hướng đối tượng Nó cho phép “lập trình quy mơ nhỏ: nhanh chóng tạo bỏ phần mềm, “lập trình quy mơ lớn” để tạo chương trình lớn, phức tạp 2) Môi trường làm việc Matlab Đây công cụ bạn dùng người dùng hay lập trình viên MATLAB, gồm cơng cụ quản lý biến môi trường làm việc, nhập - xuất liệu Ngồi có cơng cụ phát triển, quản lý, sửa lỗi, tạo hồ sơ cho Mfile ứng dụng MATLAB 3) Xử lý đồ họa Đây hệ thống đồ họa MATLAB, gồm lệnh cấp cao để hình ảnh hóa liệu thành chiều chiều, xử lý hình ảnh, hiệu ứng, hiển thị đồ họa Nó Đại học Bách Khoa Hà Nội có lệnh cấp thấp cho phép tùy biến cách hiển thị đồ họa, xây dựng giao diện đồ họa người dùng GUI ứng dụng MATLAB 4) Thư viện hàm tính tốn Matlab Đây sưu tập thuật toán điện toán, từ hàm sum, sine, cosine tính tốn số học phức tạp hàm phức tạp đảo ngược ma trận, trị riêng, véc-tơ riêng ma trận, hàm Bessel biến đổi Fourier nhanh 5) MATLAB API Đây thư viện cho phép viết phần mềm C Fortran tương tác với MATLAB Nó gồm cơng cụ để gọi quy trình lặp lặp lại (routine) MATLAB (liên kết động), dùng MATLAB cơng cụ điện tốn để đọc viết M-file 1.5 Ứng dụng Matlab Matlab sử dụng cơng cụ tính tốn lĩnh vực khoa học kĩ thuật, bao gồm lĩnh vực vật lý, hóa học, tốn học công nghệ Matlab sử dụng hầu hết việc: Xử lý tín hiệu hệ thống Xử lý hình ảnh video Hệ thống điều khiển Kiểm tra đo lường Tính tốn tài Tính tốn sinh học 1.6 Tìm hiểu Command window, M-Files, Simulink - Command window Command window nơi để người dùng gõ lệnh, nơi nhận kết tính tốn Matlab Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 3: Giao điện Command Window Đây cửa sổ làm việc MATLAB Tại ta thực toàn việc nhập liệu xuất kết tính tốn Command Window Matlab cơng cụ giúp gõ lệnh, gọi hàm giao diện Gui, bạn tính tốn cộng trừ nhân chia, giải phương trình bậc n,… Dấu nháy >> báo hiệu chương trình sẵn sàng cho việc nhập liệu Ta kết thúc việc nhập liệu cách nhấn phím Enter MATLAB thực thi dòng lệnh mà ta nhập vào Command Window trả kết Command Window Ví dụ 1: Ta thực phép tính đơn giản 1+2=3 Command window sau : >> 1+2 sau ta nhấn “Enter” chương trình thu kết sau: Đại học Bách Khoa Hà Nội Như cửa sổ Command window thực phép tính máy tính cầm tay Ví dụ 2: Vẽ đồ thị hàm y= x lệnh plot command window Đại học Bách Khoa Hà Nội - Script file (M-files) Các chương trình, thủ tục bao gồm dòng lệnh theo thứ tự người sử dụng viết lưu trữ files có phần mở rộng *.m File dạng gọi script file File đươc lưu dạng ký tự ASCII sử dụng chương trình soạn thảo nói chung để tạo Ta chạy file giốn lệnh, thủ túc Matlab Tức gõ tên file mà khơng cần có phần mở rộng, sau nhấn enter Khi sử dụng, nội dung M-File khơng hiển thị lên hình Trong Simulink sơ đồ mô lưu dạng *.m (trong version 5.x trở lên lưu dạng *.mdl) gọi S-function Một số lệnh, hệ thống tương tác với *.m files thường gặp: echo Lệnh cho phép xem lệnh *.m files chúng thực type Lệnh cho phép xem nội dung, ngầm định file dạng M-file what Lệnh cho biết tất files M-file MAT-file có vùng làm việc hành hay khơng Một script file tạo qua phần Editor Matlab Đại học Bách Khoa Hà Nội - Simulink Simulink chương trình kèm với Matlab, hệ thống tương tác với việc mô hệ thống động học phi tuyến Nó chương trình đồ họa sử dụng chuột để thao tác cho phép mơ hình hóa hệ thống cách vẽ sơ đồ 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 đa biến Hình 4: Giao diện Simulink Đại học Bách Khoa Hà Nội Thư viện tra cứu block Simulink Đại học Bách Khoa Hà Nội Một ví dụ mô mạch RL hiển thị kết đo Vôn kế ỨNG DỤNG CỦA MATLAB GIẢI MẠCH ĐIỆN Ta giải mạch điện Matlab cụ thể Simulink Matlab Vì Simulnk chương trình đồ họa sử dụng chuột để thao tác cho phép mơ hình hóa hệ thống cách vẽ sơ đồ 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 đa biến Thư viện Simulink bao gồm toàn thư viện khối nhận tín hiệu, nguồn tín hiệu, phần tử tuyến tính phi tuyến, đầu nối chuẩn Dĩ nhiên người dùng thay đổi hay tạo khối cho riêng Các Scope khối hiển thị khác cho phép người sử dụng xem kết chạy mơ Dưới ví dụ Ứng dụng Simulink giải mạch điện: Đại học Bách Khoa Hà Nội 10 * Đề bài: Cho mạch RLC sơ đồ mạch sau: Với nguồn điện xoay chiều U=220V, f=60Hz, R1=R2=R3=100Ω L1=L2=L3=10−3 H, C1=C2=10−6 F Tính số lớn mà Ampe kế Vôn kế đo * Giải toán Simulink Đại học Bách Khoa Hà Nội 11 Đây Mạch RLC sau mô khối Simulink Kết thu Ampe kế Đại học Bách Khoa Hà Nội 12 Dựa vào bảng kết hiển thị ta thấy giá trị lớn mà Ampe kế đo Imax= 0,082A Kết thu Vôn kế Dựa vào bảng hiển thị kết ta thấy giá trị lớn mà Vôn kế đo Umax= 8,2V Đại học Bách Khoa Hà Nội 13 Đại học Bách Khoa Hà Nội 14 ... nhân lực chi phí Đề tài báo cáo em “ Tìm hiểu phần mềm Matlab ứng dụng Matlab giải mạch điện” Như biết, Matlab phần mềm ứng dụng đa dạng ngành Tự động hóa khơng ngoại lệ Bởi Matlab có ưu điểm cung... Khoa Hà Nội 1 GIỚI THIỆU VỀ MATLAB 1.1 Khái niệm Matlab MATLAB viết tắt từ “MATrix LABoratory” Cleve Moler phát minh vào cuối thập niên 1970 Matlab phần mềm cung cấp môi trường tính tốn số lập... Fourier nhanh 5) MATLAB API Đây thư viện cho phép viết phần mềm C Fortran tương tác với MATLAB Nó gồm cơng cụ để gọi quy trình lặp lặp lại (routine) MATLAB (liên kết động), dùng MATLAB cơng cụ