Giáo trình Matlab căn bản

Giáo trình Matlab căn bản cung cấp cho bạn những kiến thức căn bản để từ đó có thể tìm hiểu sâu và rộng hơn. Là một lựa chọn tốt cho những bạn mới học, nghiên cứu về Matlab.

1 Cài đặt chương trình Matlab

Bộ Matlab 7.3 gồm 3 đĩa chương trình, các bước tiến hành cài đặt như sau :

Bước 1 :

Bỏ đĩa 1 vào máy tính, double click chuột vào file install ( hoặc chương trình sẽ tự động chạy chương trình cài đặt)

Giao diện cài đặt xuất hiện như sau :

ζ1 GIỚI THIỆU VỀ MATLAB

Chọn vào install, chọn next

Bước 2 : Sau bước 1 , chúng ta có giao diện

Nhập vào tên người sử dụng, tên công ty và mã số chương trình Lưu ý, mã số chương trình được cung cấp bởi nhà sản xuất chương trình và được bảo vệ theo luật bản quyền

Bước 3 : Matlab sẽ yêu cầu người sử dụng xác nhận ,

chúng ta sẽ chọn Yes, sau đó click vào Next

Bước 4 : Lựa chọn cách cài đặt :

Matlab cho phép lựa chọn một trong 2 phương cách cài đặt như sau

Typical : chương trình tự động cài đặt theo các định dạng có sẵn của Matlab

Custom : cho phép người sử dụng lựa chọn các nội dung cài đặt

Ta sẽ chọn custom để thiết lập các lựa chọn trong quá trình cài đặt

Bước 5 : Chọn thư mục cài đặt Thông thường, chúng ta chấp nhận đường dẫn mặc định của Matlab, nên chỉ việc

nhấn Next

Bước 6 : Chọn các thành phần cài đặt

Matlab là một chương trình với nhiều chức năng và mục đích sử dụng khác nhau, tuỳ theo mục đích sử dụng mà chúng

ta chọn lựa các thành phần cài đặt phù hợp

Đối với giáo trình tin học ứng dụng, cần thiết phải có các

thành phần sau:

Bước 7 : Hoàn tất việc cài đặt

Ở bước 7, người sử dụng chỉ cần xác nhận theo các yêu cầu của Matlab ( Nhấn Next , nhấn Install, nhấn Next, nhấn Finish

Sau đó, Matlab sẽ yêu cầu bỏ các đĩa 2 và 3 vào trước khi hoàn tất quá trình cài đặt

2 Khởi động chương trình Matlab

Để vào chương trình Matlab, chúng ta chọn 1 trong 2 cách sau :

Cách 1 : Double click vào biểu tượng của Matlab trên màn hình

Cách 2 : Click chuột vào Start / Programs, và di chuyển con trỏ đến đường dẫn chương trình Matlab

3 Giao diện của Matlab

Khi chạy chương trình Matlab, giao diện đầu tiên xuất hiện với các thành phần cơ bản :

a Cửa sổ lệnh – command windows

Cửa sổ lệnh của Matlab cho phép người sử dụng thực hiện các phép tính toán, gọi các lệnh, hàm hoặc gọi các chương trình

Trong quá trình sử dụng Matlab, ta có thể sử dụng một

edit: Mở chương trình soạn thảo hàm, chương trình

ver: Xem thông tin về phiên bản của Matlab và các thành phần của nó

exit: Thoát ra khỏi chương trình

b Cửa sổ không gian làm việc – work space

Cửa sổ không gian làm việc liệt kê tất cả các biến hiện đang sử dụng trong trương trình

Muốn xoá tất cả các biến, chúng ta dùng lệnh >> clear all

c Cửa sổ thư mục hiện tại – current directory:

Hiển thị thư mục hiện tại mà chương trình Matlab đang

C:\Programs\MATLAB\R2006\work

Chương trình cho phép thiết lập đường dẫn đến thư mục bất kỳ trên máy tính

d Cửa sổ lịch sử lệnh – command history:

Ghi nhớ các lệnh đã thực hiện trên cửa sổ lệnh, có thể copy và dán lại các mệnh lệnh đã thực thi được lưu lại vào ngược lại cửa sổ lệnh

8 log(x) Logarit tự nhiên (ln (x) ) log(exp(1)) 1

9 log10(x) Logarit thập phân (lg10(x) log10(100) 2

Chú ý : Các hàm của Matlab sử dụng ký tự thường, không sử dụng ký tự hoa

2.2 Các phép toán lượng giác :

Khi sử dụng các phép toán lượng giác, chúng ta chú ý là matlab hiểu các đối số của các hàm lượng giác là radian.Cũng như kết qủa trả về của các hàm lượng giác ngược cũng là radian

Ngoài ra, Matlab còn cho phép tính toán một cách khá trọn

vẹn các hàm hyperbolic, có thể tham khảo các hàm này bằng cách dùng help của matlab ( Sinh viên sẽ gặp các hàm này khi học về mạng 2 cửa

2.3 Các phép toán làm tròn và lấy phần dư :

quả

1 fix làm tròn các thành phần thập phân về 0 fix(1.5680) 1

2 floor làm tròn về số nguyên gần nhất nhỏ hơn floor(1.5680) 1

3 ceil làm tròn về số nguyên gần nhất lớn hơn ceil(1.5680) 2

4 round Làm tròn về số nguyên gần nhất round(1.5680) 2

5 Mod(x,y) Tính phần dư phép chia, lấy theo y mod(13,5) 3

6 Rem(x,y) Tính phần dư phép chia, lấy theo x rem(13,2) 1

2.4 Các phép toán so sánh :

Các phép toán so sánh sẽ so sánh giá trị của giá trị bên phải

và bên trái của hàm so sánh, tuỳ theo từng trường hợp cụ thể mà giá trị trả về có thể là 1 hay 0

Stt

Tên hàm

2.5 Các phép toán logic

Các phép toán so sánh sẽ so sánh giá trị của giá trị bên phải

và bên trái của hàm so sánh, tuỳ theo từng trường hợp cụ thể

mà giá trị trả về có thể là 1 hay 0

hàm

2.6 Các hằng số trong Matlab

Có một số giá trị thông dụng đã được được định nghĩa sẵn trong Matlab, khi sử dụng, ta có thể gọi tên các hằng số thay cho các giá trị của chúng

e ) 1076 ln(

Tên biến = giá trị hay biểu thức tính toán

Tên biến : Tối đa 31 ký tự, có phân biệt chữ hoa và chữ thường, có thể sử dụng các chữ số trong tên biến nhưng kí tự đầu tiên của tên biến phải là chữ

Thực hiện phép gán giải quyết ví dụ trên như sau

A=B/C

a Khái niệm về số phức

Đơn vị ảo j là một số mà j2 = - 1

Số ảo là một số thực b nhân với đơn vị ảo j , viết là j.b

Số phức z là tổng của 2 số: số thực a và số ảo jb: z = a + jb

a được gọi là phần thực của số phức z, ký hiệu Rez: a = Rez

b được gọi là phần ảo của số phức z , ký hiệu Imz: b = Imz

Đây là dạng đại số của số phức

2 số phức z1 = a1 + jb1 và z2 = a2 + jb2 chỉ bằng nhau khi

và chỉ khi a1 = a2 và b1 = b2

Một phức z = a + jb được biểu diễn hình học bằng vectơ OM

Chiều dài OM =Z gọi là môđun của z

Góc  gọi là Argumen của z

a

b arctg

31

12 1

R R

R

R

R R







31 23

12

12

23 2

.

R R

R

R

R R







31 23

12

23

31 3

.

R R

R

R

R R

1 12

R

R

R R

R

1

3 2 3

2 23

R

R

RR

3 31

R

R

R R

BT 2.2 Dòng điện dung trong cáp ngầm

Đặc trưng của cáp ngầm là điện dung của cáp tương đối lớn Đối với 1 sợi cáp có đường kính lõi đồng là r và đường kính tổng sợi cáp là R thì các giá trị có thể được xác định theo công thức sau :

log

0242

0

10

km F

r

R

) (

cos

U



Yêu cầu :

Tính các giá trị điện dung C, dòng điện dung chạy chạy trong sợi cáp ngầm, công suất tổn hao do điện môi theo các giá trị cho trước Các giá trị cho trước là :

BT 2.4 Giải mạch điện bằng phương pháp dùng số

phức

Dùng số phức sẽ giúp việc giải mạch điện được dễ dàng

Ví dụ xác định biểu thức dòng điện i 3 trong hình :

i 3

i 2

i 1

)30sin(

210

)40sin(

2

5

0 2

0 1

.340

sin.540

cos.55

e

566

.8)

30sin(

.10)

30cos(

.1010

e

0

15 8

2 61

.

i

Yêu cầu :

Chuyển dòng điện i1, i2 về dạng phức Tính tóan dòng điện i3

Chuyển dòng i3 về dạng đại số

% Nhap gia tri

I1=5;alpha1=40 %Tri hieu dung va goc pha dong dien 1

I2=10,alpha2=-30 %Tri hieu dung va goc pha dong dien 2

i1=I1*exp(i*alpha1_rad) % chuyen i1 qua so phuc

i2=I2*exp(i*alpha2_rad) % chuyen i1 qua so phuc

i3=i1+i2

I3=abs(i3) % Tri hieu dung cua i3

alpha3_rad=angle(i3); % goc pha cua i3, rad

alpha3=alpha3_rad*180/pi % Goc pha cua i3, do

Ví dụ:

Có một bể chứa hình trụ tròn có chiều cao 12m, bán kính 5m Người ta muốn xây dựng một bể chứa thứ hai có cùng chiều cao, nhưng thể tích lớn hơn cái thứ nhất là 25% Hỏi bán kính tương ứng là bao nhiêu mét ?

Thực hiện trên cửa sổ lệnh các dòng lệnh như sau:

5.5902

2 Giải phương trình bậc 2 trong R: 2x2+ 5x – 3 = 0

ζ3 SỬ DỤNG FILE M

Ở chương 1, chúng ta đã sử dụng cửa sổ lệnh để thực hiện các phép tính toán bằng cách tính toán trực tiếp trên cửa sổ lệnh, nhưng để giải quyết các vấn đề phức tạp thì ta phải sử dụng các file được lập trình

Các file được lập trình của Matlab được gọi là các M - file ( các file này có đuôi

là : m), do đó trong toàn bộ giáo trình các file được lập trình sẽ gọi là M-file

3.1 Cách tạo M-file

Có 2 cách để khởi động một chương trình biên soạn M-file:

Cách 1 : từ cửa sổ lệnh (command windows), gõ edit

Cách 2 : Vào menu file, chọn New

Khi đó, chương trình sẽ hiển thị một cửa sổ trắng để chúng ta soạn thảo

Sau khi soạn thảo xong M-file, chúng ta nhấn : Ctrl + S hoặc File/Save để lưu file chương trình Khi đặt tên file chương trình phải đúng theo quy định của Matlab Cụ thể, tên file phải được bắt đầu bằng chữ, sau đó có thể sử dụng số,

và được dùng dấu gạnh ngang dưới để phân biệt, ví dụ tên file : baitap_21.m

Để chay chương trình, có thể sử dụng một trong 2 cách sau :

Cách 1 : Trong môi trường soạn thảo M-file, chúng ta vào menu debug/ Run hoặc nhấn phím tắt F5

Cách 2 : Trong cửa sổ lệnh command window, chúng ta nhập vào đúng tên M-file đã được lưu, sau đó nhấn Enter

Nếu chương trình được lập trình đúng, sau khi chạy chương trình, người sử dụng chuyển ra cửa sổ lệnh để xem kết quả

Còn ngược lại, chương trình sẽ báo lỗi ,Matlab phát ra 1 tiếng bip báo hiệu, đồng thời chương trình sẽ tự chuyển sang cửa sổ lệnh, thông báo cho người lập trình vị trí bị lỗi

input : Từ khoá của hàm nhập dữ liệu

x : tên biến được gán giá trị nhập vào

promp : dòng text mà người sử dụng đánh vào

Diễn đạt : biến x sẽ có giá trị bằng giá trị mà người sử dụng nhập vào

b hàm xuất dữ liệu ra màn hình

Cú pháp :

disp ( x ) disp( ‘text’ )

Trong đó :

disp : Từ khoá của hàm xuất dữ liệu

x : tên biến hoặc các giá trị số cần xuất ra màn hình

text : dòng text mà người sử dụng cần xuất ra màn hình

Ví dụ 3.1: Thành lập hàm M-file , nhập vào giá trị tiết diện dây dẫn, nhập vào chiều dài và xuất ra giá trị điện trở của đoạn dây Cho dây dẫn bằng đồng (ρ=18.84 Ω mm2/km)

Thành lập hàm M-file

% Nhap tiet dien day dan - mm

% Nhap chieu dai day dan - km

% Tinh toan gia tri dien tro

R=18.84*l/F

% Xuat gia tri dien tro ra man hinh

%chuong trinh tinh dthcn

disp('tinh dien tich hinh chu nhat');

%chuong trinh giai phuong trinh bac hai

disp('CHUONG TRINH GIAI PHUONG TRINH BAC HAI') disp('nhap vao cac he so:')

if, end : Từ khoá của hàm

expression : Điều kiện – biểu thức logic

statements : Lệnh hoặc nhóm lệnh cần thực thi

Diễn đạt :

Nếu thỏa điều kiện - biểu thức logic thì sẽ thực hiện lệnh

Ví dụ1: Nếu x>=0 thì y=√x sẽ được viết trong chương trình Matlab như sau:

x=input('nhap gia tri x = : ')

if x>= 0 y=sqrt(x) end

Viết chương trình giải phương trình bậc nhất ax + b = 0

%chuong trinh giai phuong trinh bac hai disp('giai phuong trinh bac hai')

end

if, elseif, else, end : Từ khoá của hàm

expression1, 2, 3 : Điều kiện – biểu thức logic 1, 2, 3

statements 1, 2, 3 : Lệnh hoặc nhóm lệnh thực thi 1, 2, 3

Diễn đạt :

Nếu thỏa điều kiện hoặc biểu thức logic 1 thì sẽ thực hiện lệnh 1

Nếu không thỏa điều kiện 1, và thỏa điều kiện 2 thì sẽ thực hiện lệnh 2 Nếu không thỏa điều kiện 1 và điều kiện 2 thì sẽ thực hiện lệnh 3

Chú ý : các điều kiện 1, 2 không được trùng lắp nhau

Ví dụ 3.3 : Phân biệt các loại điện áp : hạ áp (<1000V), trung áp (<110kV) và cao

áp (>=110kV) theo giá trị điện áp nhập vào

Lập hàm m file

% Nhap gia tri dien ap - kV

u=input( 'Nhap gia tri dien ap - kV : ' );

% Tinh toan va xuat du lieu

Ví dụ: Bài toán phân loại học sinh:

điểm 9-10 xếp loại giỏi, điểm 7-8

xếp loại khá, điểm 5-6 xếp loại trung

bình; điểm 1,2,3,4 xếp loại yếu; nếu

điểm vào không phải số nguyên

nằm giữa 1 và 10 thì thông báo

điểm không hợp lệ

diem = input('nhap diem = :')

if (diem == 9)|(diem == 10) disp ('loai gioi ')

elseif (diem == 7)|(diem == 8) disp ('loai kha ')

elseif (diem == 5)|(diem == 6) disp ('loai trung binh ')

elseif (diem>=1)&(diem<=4) disp ('loai yêu ')

else disp ('diem vao khong hop le ') end

Qui tắc xử lý ưu tiên:

Trong một biểu thức Matlab vừa có toán tử số học, vừa có toán tử quan hệ và toán tử logic, thì thứ tự xử lý trong Matlab như sau:

1 Các cặp dấu ngoặc, được tính từ cặp trong cùng nhất

2 Các toán tử số học và toán tử NOT (~) được tính từ trái qua phả1

3 Các toán tử quan hệ được tính từ trái qua phả1

4 Toán tử AND

5 Toán tử OR

variable = expression : Điều kiện của vòng lặp

statements : Lệnh hoặc nhóm lệnh thực thi của vòng lặp

Diễn đạt :

Nếu thỏa điều kiện thì sẽ thực hiện lệnh của vòng lặp Đến khi không thỏa điều kiện thì sẽ thoát ra khỏi vòng lặp

S = 1 + 2 + 3 + …+ n

S = 0 + 1 + 2 + 3 + …+ n

Ví dụ 3.4 :Thực hiện hàm m file tính tổng

I ≤ n Đ

n=input('nhap so hang can tinh tong n=');

s=0; % gia tri ban dau cua tong s

for i=1:n

s=s+i;

end

fprintf('tong so s=%2.5g\n',s);

Cấu trúc vòng lặp for lồng vào nhau Vd: tính tổng

j i

s

.

j ≤ n Đ

START Nhập a, b

S

s = 0

In s

i = 1 J=1 s=s+i.j

n=input('nhap so hang n='); m=input('nhap so hang m='); s=0;% gia tri ban dau cua s for i=1:m

for j=1:n s=s+i*j;

end end fprintf('tong so: s=%2.5g\n,',s);

Vd: tính n!

n! = 1.2.3.4.5…….n

GT = 1.1.2.3.4.5……n

I ≤ n Đ

expression : Điều kiện của vòng lặp

statements : Lệnh hoặc nhóm lệnh thực thi của vòng lặp

Diễn đạt :

Nếu thỏa điều kiện thì sẽ thực hiện lệnh của vòng lặp

Hàm while được sử dụng khi chưa biết số lần lặp, trong khi hàm for được

sử dụng khi đã biết rõ số lần lặp

Vd: tính n!

n! = 1.2.3.4.5…….n

GT = 1.1.2.3.4.5……n

clc clear disp('tinh giai thua');

n=input('nhap so hang can tinh giai thua n='); GT=1;

i=1;

while i<=n GT=GT*i;

i=i+1;

end fprintf('tong so s=%2.5g\n',GT);

Ví dụ 3.4 :Thực hiện hàm m file tính tổng

S = 1 + 2 + 3 + …+ n

S = 0 + 1 + 2 + 3 + …+ n

clc clear disp('tinh tong');

n=input('nhap so hang can tinh tong n='); s=0;% gia tri ban dau cua tong s

i=1;

while i<=n s=s+i;

i=i+1;

end fprintf('tong so s=%2.5g\n',s);

Ví dụ 3.4 :Thực hiện hàm m file tính tổng

S = 2 + 4 + …+ (2n)

S = 0 + 2 + 4 + 6 + …+ 2n

clc clear disp('tinh tong');

n=input('nhap so hang can tinh tong n='); s=0;

i=1;

while i<=n s=s+2*i;

i=i+1;

end fprintf('tong so: s=%2.5g\n',s);

e Hàm vòng lặp switch-case

Cấu trúc switch-case cho phép chương trình có nhiều lựa chọn và thực hiện chỉ một trong những nhánh này, tùy thuộc vào giá trị cuả biểu thức đầu vào Cấu trúc switch-case có dạng như sau:

Cú pháp :

switch biểu thức đầu vào (vô hướng hoặc chuỗi kí tự)

case giá trị 1

nhóm lệnh 1 case giá trị 2

nhóm lệnh 2

…

case giá trị n

nhóm lệnh n otherwise

nhóm lệnh n+1 end

Ví dụ 3.6: Tính toán giá trị dòng định mức của động cơ theo loại động cơ ( 1

pha, 2 pha, 3 pha) theo các thông số công suất, điện thế và hiệu suất

n=input( 'Nhap so pha cua dong co n:' ); U=0.4;

Ví dụ: trở lại bài toán phân loại học sinh, chương trình được viết với cấu trúc switch-case như sau:

n=input ('cho biet diem : ');

disp('phan loai:');

switch n case {0,1,2,3,4}

end

14 6

6 2

2

8

2 20

2

4 )

t t

t t

i

14

14 6

6 2

2

4 67

31

10 2

4 4

5 2

t

t t

t

t v

BT3.1 Xác định điện áp, dòng điện của tụ điện trong mạch DC

Cho tụ điện C =2F có điện áp và dòng điện được mô tả bởi phương trình

Yêu cầu : Thành lập hàm m file

Nhập vào giá trị thời gian t

Xác định các giá trị dòng điện, điện áp công suất ứng với giá trị nhập vào của t Xuất kết quả ra cửa sổ lệnh

t=input( 'Nhap thoi gian t :' );

n n

Z Z

Z

Z Z

Z

Z Z

Z Z

2 22

21

1 12

Z

4.2 Các phép toán về ma trận

Các phép toán về ma trận có thể thực hiện ngay dòng lệnh hay thực hiện trong M-file

a Tạo một ma trận trong matlab

Để tạo một ma trận trong Matlab, ta có thể sử dụng một trong các cách sau