Bài giảng tin học ứng dụng ngành điện phần 1

Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG1 GIỚI THIỆU VỀ MATLAB 1.1 Giới thiệu Cài đặt chương trình Matlab 1.3 Khởi động chương trình Matlab 15 1.4 Giao diện Matlab 16 1.5 Các lệnh thoát khỏi chương trình,liệt kê biến, xố biến 17 1.6 Cửa sổ lệnh Matlab (Matlab Command Window) 17 1.6.1 Hiệu chỉnh, sửa đổi dòng lệnh 18 1.6.2 Xoá cửa sổ lệnh 18 1.7 Một số phím chun dụng lệnh thơng dụng 18 CHƯƠNG : CÁC PHÉP TOÁN CƠ BẢN 20 2.1 Phép toán số học 20 2.1.1 Thứ tự ưu tiên phép toán số học: 20 2.1.2 Bảng mơ tả phép tốn số học matlab 21 2.2 Phép toán lượng giác 21 2.3 Các phép làm tròn lấy phần dư 22 2.4 Phép toán quan hệ logic 23 2.4.1 Các phép toán quan hệ: 23 2.4.2 Các phép toán logic 24 2.5 Các số matlab 25 2.6 Phép gán 26 2.7 Các ví dụ minh hoạ 26 2.8 Số phức phép toán số phức 27 2.8.1 Biểu diễn số phức: 27 2.8.2 Các phép toán số phức: 27 2.9 Định dạng số 28 BÀI TẬPCHƯƠNG 29 HƯỚNG DẪN BÀI TẬP CHƯƠNG 33 CHƯƠNG LẬP TRÌNH M-FILE 34 3.1 Cách tạo m-file 34 3.2 Các hàm nhập xuất liệu 35 3.2.1 hàm nhập liệu 35 3.2.2 hàm xuất liệu hình 35 3.3 Vòng lặp điều khiển 36 3.3.1 hàm if – else 36 3.3.2 Lệnh if- elseif 39 3.3.3 Kết hợp cấu trúc if- elseif else 39 3.3.4 Vòng lặp for: Vòng lặp for sử dụng cần lặp lại biểu thức (nhóm lệnh) dựa theo số lần cần lặp xác định trước Vòng lặp for cho phép nhóm lệnh thực lặp lại số lần cố định 41 3.3.5 Hàm vòng lặp while 44 3.3.6 Hàm vòng lặp switch-case 46 BÀI TẬP CHƯƠNG 48 HƯỚNG DẪN BÀI TẬP CHƯƠNG 53 CHƯƠNG VECTOR, MA TRẬN 59 4.1 Vector 59 4.2 Giới thiệu ma trận 60 4.2.1 Các qui định để định nghĩa ma trận: 61 Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện 4.2.2 Các cách để nhập ma trận: 61 4.3 Các phép toán ma trận 62 4.3.1 Tạo ma trận matlab 62 4.3.2 Các thao tác ma trận 62 4.3.3 Phép cộng - trừ ma trận.( + , - ) 64 4.3.4 Phép nhân, chia ma trận: 64 4.3.5 Phép chuyển vị 66 4.3.6 Ma trận nghịch đảo 66 4.3.7 Tính định thức ma trận 66 4.3.8 Tạo ma trận đặc biệt 67 4.3.9 Giải hệ phương trình tuyến tính 67 BÀI TẬP CHƯƠNG .68 HƯỚNG DẪN BÀI TẬP CHƯƠNG .72 CHƯƠNG VẼ ĐỒ THỊ 76 5.1 Vẽ đồ thị không gian chiều với hàm plot 76 5.1.1 Tạo biến cách khai báo dạng vector: 76 5.1.2 Tạo biến từ hàm linspace : 76 5.2 Định dạng cho đồ thị 77 5.2.1 Ghi tiêu đề cho đồ thị 77 5.2.2 Đặt thích cho đồ thị 77 5.2.3 Đặt tỉ lệ cho trục đồ thị 78 5.3 Vẽ nhiều đồ thị 81 5.4 Thuộc tính nét vẽ 82 5.5 Hàm subplot 83 5.6 Các hàm vẽ đồ thị khác 85 5.6.1 Hàm bar : vẽ đồ thị đứng 85 5.6.2 Hàm pie : vẽ đồ thị dạng hình quạt 86 5.6.3 Hàm fplot : vẽ đồ thị hàm số cho dạng tổng quát 87 5.6.4 Hàm vẽ đồ thị hàm số theo tỉ lệ logarit 87 BÀI TẬP CHƯƠNG .91 HƯỚNG DẪN BÀI TẬP CHƯƠNG .96 END .97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện LỜI NÓI ĐẦU Nội dung xuyên suốt tập giảng đề cập đến phần mềm MATLAB , nghiên cứu ứng dụng MATLAB kỹ thuật điện MATLAB phần mềm cung cấp mơi trường tính tốn số lập trình, cơng ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực thuật toán, tạo giao diện người dùng liên kết với chương trình máy tính viết nhiều ngơn ngữ lập trình khác Do nhu cầu học tập nghiên cứu sinh viên khoa Điện – Điện tử trường Đại học Thái Bình, đến chưa có tài liệu thống mơn học mà tập giảng đời Toàn giảng chi tiết học phần Tin học ứng dụng ngành Điện gồm có chương: Chương 1: Giới thiệu matlab Chương 2: Các phép toán Chương 3: Lập trình m-file Chương 4: Vector – Ma trận Chương 5: Vẽ đồ thị Trong phạm vi giảng này, với khả thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu sót, chân thành mong đồng nghiệp độc giả góp ý chỉnh sửa để tập giảng ngày hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn! Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ MATLAB 1.1 Giới thiệu MATLAB phần mềm ứng dụng chạy môi trường Windows hãng MathWorks sản xuất cung cấp Có thể coi Matlab ngơn ngữ kỹ thuật Nó tích hợp cơng cụ mạnh phục vụ tính tốn, lập trình, thiết kế, mơ phỏng, môi trường dễ sử dụng tốn lời giải biểu diễn theo ký hiệu toán học quen thuộc Các ứng dụng điển hình là: - Tốn học tính tốn - Phát triển thuật tốn - Tạo mơ hình, mô tạo giao thức - Khảo sát, phân tích số liệu - Đồ hoạ khoa học kỹ thuật - Phát triển ứng dụng, gồm xây dựng giao diện người dùng đồ hoạ GUI Matlab hệ thống tương tác mà phần tử liệu mảng (array) khơng cần khai báo kích thước Điều cho phép bạn giải nhiều tốn tính toán kỹ thuật đặc biệt toán liên quan đến ma trận véc tơ Matlab viết tắt hai từ tiếng Anh Matrix Laboratory (Phịng thí nghiệm ma trận) Ban đầu Matlab viết để phục vụ cho việc tính tốn ma trận Trải qua thời gian dài, phát triển thành cơng cụ hữu ích, ngơn ngữ kỹ thuật Trong mơi trường đại học, cơng cụ chuẩn cho khoá học mở đầu cao cấp tốn học, khoa học kỹ thuật Trong cơng nghiệp, cơng cụ lựa chọn cho việc phân tích, phát triển nghiên cứu hiệu suất cao Matlab cung cấp họ giải pháp theo hướng chun dụng hố gọi Toolbox (hộp cơng cụ) Các toolbox cho phép người sử dụng học áp dụng kỹ thuật chuyên dụng cho lĩnh vực Toolbox tập hợp tồn diện hàm Matlab (M-file) cho phép mở rộng môi trường Matlab để giải lớp toán cụ thể Các lĩnh vực có sẵn toolbox bao gồm: Xử lý tín hiệu, hệ thống điều khiển, logic mờ, mơ phỏng, Hệ thống Matlab gồm có phần chính: - Ngơn ngữ Matlab: ngơn ngữ ma trận/ mảng cấp cao với câu lệnh, hàm, cấu trúc liệu, vào/ ra, tính lập trình hướng đối tượng Nó cho phép lập trình ứng dụng từ nhỏ đến ứng dụng lớn phức tạp - Môi trường làm việc Matlab: Đây công cụ phương tiện mà bạn sử dụng với tư cách người dùng người lập trình Matlab Nó bao gồm phương tiện cho việc quản lý biến không gian làm việc Workspace xuất nhập liệu Nó bao gồm công cụ phát triển, quản lý, gỡ rối định hình Mfile, ứng dụng Matlab Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện - Xử lý đồ hoạ: Đây hệ thống đồ hoạ Matlab Nó bao gồm lệnh cao cấp cho trực quan hoá liệu hai chiều ba chiều, xử lý ảnh, ảnh động, Nó cung cấp lệnh cấp thấp cho phép bạn tuỳ biến giao diện đồ hoạ xây dựng giao diện đồ hoạ hoàn chỉnh cho ứng dụng Matlab - Thư viện tốn học Matlab: Đây tập hợp khổng lồ thuật tốn tính tốn từ hàm cộng, sin, cos, số học phức, tới hàm phức tạp nghịch đảo ma trận, tìm trị riêng ma trận, phép biến đổi Fourier nhanh - Giao diện chương trình ứng dụng Matlab API (Application Program Interface): Đây thư viện cho phép bạn viết chương trình C Fortran tương thích với Matlab Simulink, chương trình kèm với Matlab, hệ thống tương tác với việc mơ hệ thống động học phi tuyến Nó chương trình đồ hoạ sử dụng chuột để thao tác cho phép mơ hình hố 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 gián đoạn theo thời gian, hệ đa biến, Cài đặt chương trình Matlab Các bước tiến hành cài đặt sau : Bước : Kích đúp chuột vào file gốc Matlab R2008b,Giao diện cài đặt Installer Welcom xuất /Chọn Install manually without using the Internet/ Next Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện Bước : Xuất hộp thoại License Agreement / Chọn Yes/ Chọn Next Bước : Xuất hộp thoại File Installation key for my liences Chọn mục 1: I have the file installaton key for my liences Quay trở lại file gốc Matlab R2008b/chọn crack/ chọn install.txt/ xuất bảng key copy dòng key mục standar lone/ dán vào mục trống trên/ chọn Next Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện Bước 4: Xuất hộp thoại Installation and Activation Next Steps/ Chọn finish Bước : Xuất hộp Installation Type : Lựa chọn cách cài đặt : Matlab cho phép lựa chọn phương cách cài đặt sau : Chọn Typical/ Next Typical : chương trình tự động cài đặt theo định dạng có sẵn Matlab Custom : cho phép người sử dụng lựa chọn nội dung cài đặt (Nếu chọn custom thiết lập lựa chọn trình cài đặt) Bước : Xuất hộp thoại Foder Section - Chọn thư mục cài đặt Thông thường, chấp nhận đường dẫn mặc định Matlab, nên việc nhấn Next Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện Bước : Xuất hộp thoại Confimation/ Chọn Install Matlab bắt đầu cài đặt : người sử dụng cần xác nhận theo yêu cầu Matlab 10 Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện Bước 8: Cài đặt xong xuất bảng/ nhấn Next Bước 9: xuất hộp thoại Installation Complete/ Nhấn Next 11 Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện Bước 10: Xuất hộp thoại Activation Welcome Chọn 2/ Install manually without using the Internet/ Next Bước 11: Xuất hộp thoại: Offline Activation Chọn Enter the path to the license Tìm đường dẫn/Bộ cài Matlab R2008b/Crack/license.dat/ Next Bước 12: Bảng Activation Complete xuất Hoàn tất việc cài đặt Matlab sẵn sàng khởi động 12 Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện Nhap gia tri n:2 n= B= C= B= C= A= Gia tri bieu thuc A la Nhap gia tri n:3 n= B= C= B= C= B= 15 C= A= 2.5000 Gia tri bieu thuc A la 2.5000 3.3.5 Hàm vòng lặp while Cú pháp : while expression statements end Trong : expression : Điều kiện vịng lặp statements : Lệnh nhóm lệnh thực thi vịng lặp Diễn đạt : Nếu thỏa điều kiện thực lệnh vòng lặp Hàm while sử dụng chưa biết số lần lặp, hàm for sử dụng biết rõ số lần lặp Ví dụ 3.12: Tính M      n % Tinh M = 1+1/2+1/3+ +1/n n=input('nhap vao n:') M=0; i=1; while i BT1 Nhap so pha cua dong co n:1 n = U = 0.4000 P = cos_fi = 0.8000 I1 = 27.0633 dong co pha co I la: 27.0633 >> BT1 Nhap so pha cua dong co n:2 n = U = 0.4000 P = cos_fi = 0.8000 I2 = 15.6250 dong co pha co I la: 15.6250 >> BT1 Nhap so pha cua dong co n:3 n = U = 0.4000 P = cos_fi = 0.8000 I3 = 9.0211 dong co pha co I la: 9.0211 BÀI TẬP CHƯƠNG 3.1 Xác định điện áp, dòng điện tụ điện mạch DC Cho tụ điện C =2F có điện áp dịng điện mơ tả phương trình 48 Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện t2   t2 2t 6  i (t )   20  2t  t  14   t  14 2t   t2  t2  t   2t 6 v(t )   24 t   10t  31  t  14  t  14  67  4t Yêu cầu : Thành lập hàm m file - Nhập vào giá trị thời gian t - Xác định giá trị dòng điện, điện áp công suất ứng với giá trị nhập vào t - Xuất kết cửa sổ lệnh 3.2 Xác định số tiền điện theo điện tiêu thụ Cho bảng giá điện xác định theo cơng thức sau ( giá chưa có thuế): STT Đối tượng Sản xuất Sinh hoạt Tính chất Giờ bình thường (từ 4h - 18h) Giờ thấp điểm ( từ 22h - 4h) Giờ cao điểm ( từ 18h - 22h) Cho 100 kwh Cho 50 kwh Cho 50 kwh Cho 100 kwh Cho kwh 301 trở Giá điện 895 505 1480 550 900 1210 1340 1400 Yêu cầu : Thành lập hàm m file - Nhập vào đối tượng sử dụng ( sản xuất hay kinh doanh) - Nhập vào tính chất sử dụng - Nhập vào điện sử dụng - Tính tổng tiền điện trước thuế - Tính tiền thuế VAT 10% - Tính tổng tiền phải trả 3.3 Vận hành tối ưu MBA Cho MBA giống 800KVA, 15/0.4 kV ( điều kiện vận hành song song ) có thơng số : P0 = 1.4 (kw), Pn = 10.5 (kw) MBA gọi vận hành kinh tế tổng tổn thất công suất nhỏ Cơ sở lý thuyết : Công suất giới hạn MBA : S gh  Sdm P0 Pn Gọi S phụ tải chung MBA , ta có : - Nếu S > Sgh : vận hành máy 49 Bài giảng chi tiết Tin học ứng dụng ngành Điện Tổn thất công suất tác dụng tương ứng : P  P0  Pn ( S ) Sdm - Nếu S