đồ án cung cấp điện

đồ án cung cấp điện cho nhà máy xí nghiệp và dịch vụ điện nước cho các nhà máy và các bên cung cấp các khu vực cần cấp điện cho thành phố các nhà cao tầng các lâu đài xưởng sản xuất và khu vực an ninh quốc gia các khu vực xí nghiệp nặng công nghiệp chế biến khai thác và bảo quản địt

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước,nghành công nghiệp điện luôngiữ vai trò rất quan trọng Là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như : dễ chuyểnhóa thành các dạng năng lượng khác( như cơ năng, hóa năng, nhiệt năng ),dễ dàngtruyền tải và phân phối nên ngày nay điện năng trở thành một dạng năng lượng k thểthiếu được trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống

Điện năng là nguồn năng lượng chính của các nghành công nghiệp,là điều kiệnđãn đến sự phát triển của xã hội.Chính vì đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hộithì kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước nhằm thỏa mãn nhu cầu điệnnăng không những trong những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho giaiđoạn phát triển trong tương lai

Ngày nay nền kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ,đời sống xã hội được nângcao làm cho nhu cầu về điện năng trong các lĩnh vực tăng trưởng không ngừng.Muốnvậy trước hết phải có hệ thống cung cấp điện.Để có hệ thống cung cấp điện chínhxác,không mất nhiều thời gian tính toán không thể thiếu ứng dụng của phần mềmMatlab Sau thời gian học tập em được giao nhiệm vụ thiết kế cấp điện cho 1 xã nôngnghiệp Bằng chính sự tổng hợp của các môn học và vận dụng những hiểu biết trongthực tế qua em đã cố gắng hết mình để lập ra phương án cấp điện tối ưu, phù hợp choquá trình sinh hoạt và sản xuất của một xã nông nghiệp

Trong thời gian làm đồ án vừa qua,với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với

sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo,đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy giáo

ThS.Nguyễn Khắc Tiến em đã hoàn thành xong đồ án này.Em xin gửi đến thầy giáo Nguyễn Khắc Tiến cùng các thầy cô lòng biết ơn sâu sắc.Trong quá trình thiết kế,với

kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi thiếu sót.Em mong nhậnđược sự nhận xét góp ý của thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Hà Nội, Ngày Tháng 5 Năm 2015

Sinh viên thiết kế Nguyễn Mạnh Tuân

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CUNG CẤP ĐIỆN

1.1.Khái niệm hệ thống điện và hệ thống cung cấp điện.

Hệ thống điện (HTĐ) là một bộ phận của hệ thống năng lượng,bao gồm tất cảcác thiết bị dùng để sản xuất,biến đổi,truyền tải,phân phối và tiêu thụ điện năng.Nóicách khác,HTĐ là hệ thống bao gồm tất cả các nguồn điện(nhà máy điện,trạm biếnáp,đường dây và các hộ dùng điện(phụ tải điện) cấu trúc chung của HTĐ như hình 1.1

Hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) là một phần của HTĐ nghiên cứu mạng điệncung cấp cho phụ tải

Nl

Hệ thống điện

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thông cung cấp điện

1.2.Giới thiệu phụ tải xã nông nghiệp Đồng Trúc và các yêu cầu chung khi thực hiện.

1.2.1.Giới thiệu về xã Đồng Trúc:

Huyện Thạch Thất là huyện nằm phía Tây thành phố Hà Nội cách trung tâmthành phố 20km.Huyện Thạch Thất là một của ngõ của thủ đô,giao thông thuận lợi vớituyến đường huyết mạch Đại lộ Thăng Long nối trung tâm thành phố với quốc lộ 21 điSơn Tây hoặc các huyện của tỉnh Hòa Bình

Đồng Trúc là một xã thuộc huyện Thạch Thất,thành phố Hà Nội Là một xãnông nghiệp với diện tích khoảng 5 km2 với 700 hộ dân,năm 1999 dân số khoảng 3000người.Mặt bằng của xã có tuyến cao tốc Láng-Hòa Lạc cắt qua thuận lợi cho giaothông và phát trển kinh tế.Xã Đồng Trúc có 4 thôn sinh sống Thôn 1 có 200 hộ,thôn 2

có 150 hộ,trụ sở ủy ban nhân dân xã,trạm y tế, trường tiểu học và trung học cơsở.Thôn 3 có 200 hộ,thôn 4 có 150 hộ sinh sống.Kinh tế phụ thuộc chủ yếu vào nôngnghiệp

Trong những năm gần đây do làm tốt công tác chuyển dịch cơ cấu kinh tế trongnông nghiệp kết hợp với lượng lao động trẻ làm việc tại các công ty,xí nghiệp nên thunhập của các hộ trong xã được nâng lên đời sống của người dân được cải thiện.Mặc dùcuộc sống của người dân chủ yếu là nông nghiệp nhưng trong quá trình dồn điền đổithửa vừa qua các hộ đã mạnh dạn áp dụng khoa học kỹ thuật vào canh tác nhằm giảm

Lưới

bớt sức lao động,nâng cao năng suất,do đó nhu cầu sử dụng điện của người dân tăngcao.

Đặc biệt trong nông nghiệp cơ cấu mùa vụcó những thay đổi,thay vì hai vụ lúathuần canh thì bây giờ biết trồng xen vụ hoa màu,sử dụng những giống lúa mới cónăng suất cao.Các cơ sở sản xuất công nghiệp và dịch vụ cũng được xây dựng ngàycàng nhiều hơn trên đại bàn.Tốc độ tăng trưởng GDP tăng,tỷ lệ hộ nghèo giảm.ĐồngTrúc cũng là một trong những xã đi đầu về các phong trào của huyện

1.2.2.Sơ đồ mặt bằng xã Đồng Trúc:

Hình 1.2 Sơ đồ mặt bằng xã Đồng Trúc

1.2.3.Những yêu cầu chung khi thiết kế dự án cấp điện:

Mục tiêu cơ bản của nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện phải đảm bảo các yêu cầu

cơ bản sau:

1.2.3.1.Đáp ứng tối đa nhu cầu của phụ tải(tính liên tục cấp điện):

Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc vào hộ tiêu thụ loại mấy

a)Phụ tải loại I:

Là những phụ tải mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến thiệt hại vềngười,thiệt hại rất lớn về mặt kinh tế,chính trị ngoại giao

b)Phụ tải loại II:

Là những phụ tải mà khi ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến thiệt hại đáng kể vềmặt kinh tế và phá vỡ các hoạt động bình thường của đại đa số công chúng

c)Phụ tải loại III:

Là những phụ tải không thuộc 2 loại trên,tức là được phép ngừng cung cấp điệntrong một thời gian ngắn

1.2.4.Chất lượng điện áp

Chất lượng điện được đánh giá bằng hai chỉ tiêu là tần số và điện áp.Chỉ tiêutần số do cơ quan điều khiển hệ thống điều chỉnh.Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn (hàngchục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lýnhất để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện

Nói chung ở mạng lưới trung và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị ± 5%điện áp định mức.Đối với những phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp như nhàmáy hóa chất điện tử ,co khí chính xác điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng

± 2,5%

1.2.5 An toàn,tin cậy trong cung cấp điện

Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiếtbị.Do đó,sơ đồ cung cấp điện phải hợp lý,rõ ràng,mạch lạc để tránh nhầm lẫn trongvận hành Các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại,đúng công suất.Công tácxây dựng lắp đặt và việc vận hành quản lý hệ thống cung cấp điện ảnh hưởng lớn đến

độ an toàn cung cấp điện

Vì vậy người sử dụng phải tuyệt đối chấp hành những quuy định về an toàn sửdụng điện

1.2.6.Kinh tế

Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện,chỉ tiêu kinh tế chỉ được xétđến khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên được đảm bảo.Chỉ tiêu kinh tế được đánh giáthông qua tổng vốn đầu tư,chi phí vận hành và thời gian thu hồi vốn đầu tư

Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh chi tiết giữacác phương án,từ đó mới có thể đưa ra được phương án thích hợp.

1.3.1.Xác định phụ tải tính toán theo Pđ và knc

Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị có chế độ làm việc giống nhau được xácđịnh theo biểu thức:

Pđi, Pđmi là công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i,kW

Ptt, Qtt,Stt là công suất tác dụng ,phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị,kW,kVAR,kVA;

n là số thiết bị trong nhóm;

knc là hệ số nhu cầu;

Nếu hệ số công suất cos φ của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính

hệ số công suất trung bình theo công thức:

.cos

n i i n i i

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản,thuận tiện và được sử dụng rộng rãi

để đánh giá phụ tải chung của các điểm nút có nhiều thiết bị nối vào hệ thống cung cấpđiện của một hộ dùng điện trong giai đoạn thiết kế sơ bộ

Nhược điểm là kém chính xác do hệ số nhu cầu thường được tra trong sổ tay làmột số liệu cố định cho trước không phụ thuộc vào chế độ vận hành

1.3.2.Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại kmax và Ptb

Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại kmax,công suất trung bình Ptb.

Công thức tính: Ptt= kmax. Ptb= kmax. ksd.Pđm

Trong đó :

Ptb là công suất trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị,kW

Pđm là công suất định mức của thiết bị hoặc nhóm thiết bị,kW

kmax là hệ số cực đại :kmax = f(nhq,ksd);

ksd = là hệ số sử dụng

Phương pháp này thường được sử dụng để xác định phụ tải tính toán cho phânxưởng có điện áp dưới 1000V với kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số thiết

bị hiệu quả nhq chúng ta đã xét đến một loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của

số thiết bị trong nhóm số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như sự khác nhau về chế

đô làm việc của chúng

1.3.3.Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho 1 đươn vị sản phẩm.Công thức: Ptt =

0 max

W MTTrong đó:

M- số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng)

0

W -suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm).max

T -thời gain sử dụng công suất lớn nhất(h)

Khi nhà máy, xí nghiệp có thông tin tương lai là sản lượng thì áp dụng phươngpháp này.Thường chỉ áp dụng để áp dụng cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biếnđổi như :quạt gió,bơm nước, Khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình vàkết quả tương đối chính xác

1.3.4.Phương pháp xác định phụ tải theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích

a) Đối với các xí nghiệp công nghiệp

Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất:

Công thức tính: Ptt =po.FHoặc: Stt = s0.F

Với: po ,s0 là suất phụ tải trên 1 m2 diện tích sản xuất (kW/m2);

F là diện tích sản xuất (m2)Giá trịS0được tra trong bảng 1.8 phụ lục giáo trình cung cấp điện của TrầnQuang Khánh

Phương pháp này có kết quả gần đúng vì vậy nó thường được dùng cho thiết kế

sơ bộ,nó được tính cho các phân xưởng có mật độ tương đối đều

b)Đối với phụ tải sinh hoạt và chiếu sáng

Phụ tải sinh hoạt (nhà ở,văn phòng,bệnh viện,trường học, )và chiếu sáng cũngđược xác định như công thức (phần a) chỉ có p0 tra ở bảng 1.6 và bảng 1.9 phụ lục1(giáo trình cung cấp điện)

F diện tích mặt bằng sử dụng(m2)

c) Đối với phụ tải thủy lợi

Phụ tải thủy lợi( tưới,tiêu nước phục vụ sản xuất nông nghiệp) tính toán theosuât tiêu thụ điện cho tưới(hoặc tiêu) po và hecta ruộng đất cần tưới tiêu F(ha) theocông thức (phần a)

1.3.5.Xác định phụ tải tính toán theo hệ số đồng thời kđt

Phương pháp này để xác định phụ tải tính toán tổng hợp của các hộ dùngđiện(toàn phân xưởng,xí nghiệp,nhà máy )được dùng ở bước cuối cùng sau khi đãxác định phụ tải tính toán các nhóm theo các phương pháp kể trên tính đến tính chấtlàm việc đồng thời của các thiết bị trong nhóm

Công thức tính:Ptt ∑ = kđt 1

n tti i

P

=

∑Trong đó: Ptt ∑ là công suất tính toán tổng các hộ dùng điện,kW

Ptti là công suất tính toán của nhóm phụ tải thứ i

kđt là hệ số đồng thời ( tra sổ tay thiết kế cung cấp điện)

1.4 Phương án tính chọn các phần tử trong hệ thống điện

1.4.1.Lựa chọn máy biến áp

Với trạm một máy:

Với trạm hai máy:

Công thức này đảm bảo cho trạm biến áp cấp điện 100% ngay cả khi sự cố mộtmáy nhưng quá trình vận hành thường quá non tải Nếu khảo sát phụ tải thấy rằng cóthể cắt bớt một phần phụ tải không quan trọng trong thời gian dài thì có thể chọn máybiến áp cỡ nhỏ Khi đó, máy biến áp trạm hai máy được chọn theo hai công thức:

Trong đó:

công suất phải cấp khi sự cố một máy biến áp

Khi chọn dùng máy biến áp ngoại nhập phải xét đến hệ số điều chỉnh nhiệt độ = 1 –

Trong đó:

, : nhiệt độ môi trường chế tạo và sử dụng máy biến áp

1.4.2 Lựa chọn các thiết bị điện phía cao áp

Lựa chọn máy cắt điện

Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện

Điện áp định mức, kV

Dòng điện lâu dài định mức, A

Dòng điện cắt định mức, kA

Công suất cắt định mức, MVA

Dòng điện ngắn mạch xung kích cho phép, kA

Dòng điện ổn định nhiệt, kA

Trong đó:

: điện áp định mức của mạng điện

: dòng cưỡng bức qua máy cắt

: dòng ngắn mạch

= U = UI’’

: dòng ngắn mạch xung kích, = 1,8 I’’

: thời gian cắt

: thời gian ổn định nhiệt định mức = 5s hoặc 10s.

Lựa chọn máy cắt phụ tải.

Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện

Điện áp định mức, kV

Dòng điện định mức, A

Dòng điện ngắn mạch xung kích cho phép, kA

Dòng điện ổn định nhiệt, k

Dòng điện định mức của cầu chì, A

Dòng điện cắt định mức của cầu chì, kA

Công suất cắt định mức của cầu chì, MVA

I’’

S’’

Lựa chọn và kiểm tra dao cách ly

Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện

Điện áp định mức, kV

Dòng điện lâu dài định mức, A

Dòng điện ngắn mạch xung kích cho phép, kA

Dòng điện ổn định nhiệt, k

Lựa chọn và kiểm tra cầu chì

Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện

Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện

Dòng phát nóng lâu dài cho phép, A

Khả năng ổn định động, kg/

Trong đó:

= 1 với thanh dẫn đặt đứng

= 0.95 với thanh dẫn đặt nằm ngang

: hệ số điều chỉnh theo nhiệt độ môi trường

: ứng suất cho phép của vậy liệu làm thanh dẫn

Với thanh dẫn nhóm AT, = 700 kg/

= 1,27 kg

l : khoảng các giữa các sứ của một pha 60, 70 ,80

a : khoảng các giữa các pha,

W: momen chống uốn của các kim loại dẫn, kgm

1.4.3.Lựa chọn tủ phân phối

Tủ phân phối có thể được cấp điện từ 1 nguồn, 2 nguồn hoặc 1 nguồn có dựphòng, trong tủ phân phối thường đặt aptomat tổng và các aptomat nhánh

Nếu tủ phân phối cấp điện cho đường dây trên không hoặc từ đường dây trênkhông tới thì phải đặt thêm chống sét van hạ áp

Các aptomat được chọn theo dòng làm việc lâu dài:

= 220V với aptomat 1 pha.

Với aptomat tổng sau biến áp, để dự trữ có thể chọn theo dòng định mức củabiến áp

=

Ngoài ra aptomat còn phải kiểm tra khả năng cắt dòng ngắn mạch

1.4.4.Lựa chọn tiết diện dây dẫn

1.4.4.1.Lựa chọn tiết diện dây dẫn cao áp

Vì đường dây cao áp cấp điện cho các hộ tiêu thụ, nên được chọn theo điều kiệnkinh tế (

=

Trị số tra theo bảng 2.10 trang 31 TL1

Khi cần thiết có thể kiểm tra lại theo điều kiện tổn thất điện áp và phát nóng:

=

Với cáp bắt buộc phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch:

F

Trong đó:

: hệ số nhiệt độ, với đồng = 6, với nhôm = 11

: thời gian quy đổi, s

1.4.4.2.Lựa chọn tiết diện dây hạ áp.

Dây dẫn và cáp hạ áp được chon theo điều kiện phát nóng

Trong đó:

: hệ số kể đến môi trường đặt cáp: trong nhà, ngoài trời, dưới đất

: hệ số hiệu chỉnh theo số lượng cáp đặt trong cùng rãnh

: Dòng điện lâu dài cho phép của dây dẫn định chọn

Cáp và dây dẫn hạ áp sau khi chọn theo phát nóng cần kiểm tra theo điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ

Nếu bảo vệ bằng cầu chì

Với mạng động lực = 3

Với mạng sinh hoạt = 0,8

Nếu bảo về bằng aptomat

Hoặc

, : dòng khởi động của bộ phận cắt mạch điện bằng nhiệt hoặc bằngđiện từ của aptomat

1.4.5.Nâng cao hệ số công suất phản kháng theo yêu cầu chung cos = 0,85

Nâng cao hệ số công suất cos là một trong những biện pháp quan trọng để tiếtkiệm điện năng

Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suấtphản kháng Q những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng là:

- Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 – 65% tổng công suất phảnkháng của mạng

- Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 – 25%

- Đường dây trên không, điện kháng và các thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng10%

Hệ số công suất cos được nâng lên sẽ đưa đến những hiệu quả sau:

- Giảm công suất tổn thất trong mạng điện

- Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện

- Tăng khả năng truyền tải trên đường dây và máy biến áp

Có 2 cách để nâng cao hệ số công suất cos :

+ Nâng cao hệ số công suất cos bằng cách đặt thiết bị bù

+ Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên :

• Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế

độ hợp lý nhất

• Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suấtnhỏ hơn

• Giảm điện áp của động cơ làm việc non tải

• Hạn chế động cơ làm việc không tải

• Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ

• Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ

• Thay thế máy biến áp làm việc non tải bằng những biến áp có dung lượngnhỏ hơn.

1.5.Giới thiệu phần mềm Matlab và ứng dụng trong nghành kỹ thuật điện.

1.5.1.Giới thiệu matlab

MATLAB là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công

ty MathWorks MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số haybiểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết vớinhững chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác MATLAB giúpđơn giản hóa việc giải quyết các bài toán tính toán kĩ thuật so với các ngôn ngữ lậptrình truyền thống như C, C++, và Fortran

MATLAB được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xử lý tín hiệu và ảnh,

truyền thông, thiết kế điều khiển tự động, đo lường kiểm tra, phân tích mô hình tàichính, hay tính toán sinh học Với hàng triệu kĩ sư và nhà khoa học làm việc trong môitrường công nghiệp cũng như ở môi trường hàn lâm, MATLAB là ngôn ngữ của tínhtoán khoa học

Hình 1.3 Giao diện của phần mềm MATLAB

home Ctrl‐A Về đầu dòng

End Ctrl‐E Về cuối dòng

Del Ctrl‐D Xoá kí tự tại chỗ con nháy đứng

backspace Ctrl‐H Xoá kí tự trước chỗ con nháy đứng

1.5.1.2.Các phép toán cơ bản.

Các toán tử cơ bản

‘ Chuyển vị ma trận hay số phức liên hợp

Các toán tử quan hệ

> lớn hơn >= lớn hơn hoặc bằng

Clear Xóa tất cả các biến trong bộ nhớ Matlab

Clc Lệnh xóa cửa sổ lệnh (command window)

pause Chờ sự đáp ứng từ phía người dùng

= Lệnh gán

% Câu lệnh sau dấu này được xem là dòng chú thích

input Lệnh lấy vào một giá trị Ví dụ: x = input(‘Nhap gia tri cho x:’);

help lệnh yêu cầu sự giúp đở từ Matlab

Save Lưu biến vào bộ nhớ Ví dụ: Save test A B C (lưu các biến A, B, C vào

file test)Load Load biến từ file hay bộ nhớ Ví dụ: Load test

Các lệnh điều khiển cơ bản

If: Rẽ 2 nhánh IF expression

statements ELSEIF expression statements

ELSE statements END

Switch: Lệnh rẽ nhiều nhánh SWITCH switch_expr

CASE case_expr, statement, , statement CASE {case_expr1, case_expr2, case_expr3, } statement, , statement

OTHERWISE, statement, , statement END

Lệnh lặp For FOR variable = expr, statement, , statement ENDLệnh lặp While WHILE expression

statements END

Break Thoát đột ngột khỏi vòng lặp WHILE hay FOR.Continue Bỏ qua các lệnh hiện tại, tiếp tục thực hiện vòng lặp

ở lần lặp tiếp theo

Một số lệnh cơ bản trên đồ thị

plot(signal) vẽ dạng sóng tín hiệu signal

stairs(signal) vẽ tín hiệu signal theo dạng cầu thang

stem(signal) vẽ chuỗi dữ liệu rời rạc

bar(signal) vẽ dữ liệu theo dạng cột

mesh(A) hiển thị đồ họa dạng 3D các giá trị ma trận

1.5.2.Matlab cơ bản.

1.5.2.1.Nhập xuất dữ liệu từ dòng lệnh.

MATLAB không đòi hỏi phải khai báo biến trước khi dùng MATLAB phân biệtchữ hoa và chữ thường Các số liệu đưa vào môi trường làm việc của Matlab được lưulại suốt phiên làm việc cho đến khi gặp lệnh clear all Matlab cho phép ta nhập số liệu

từ dòng lệnh

Khi nhập ma trận từ bàn phím ta phải tuân theo các quy định sau:

- Ngăn cách các phần tử của ma trận bằng dấu “,” hay dấu trống

Lệnh input cho phép ta nhập số liệu từ bàn phím Ví dụ: X = input(’Nhap x: ’)

Lệnh format cho phép xác định dạng thức của dữ liệu

Ví dụ:

Format rat % số hữu tỉ

format long % so sẽ có 14 chu so sau dau phay

format long e % so dang mu

format hex % so dang hex

format short e %so dang mu ngan

format short %tro ve so dang ngan (default)

Một cách khác để hiển thị giá trị của biến và chuỗi là đánh tên biến vào cửa số

lệnh Cũng có thể dùng disp và fprintf để hiển thị các biến.

Ví dụ:

disp('Tri so cua X = '), disp(x)

Ví dụ: Viết chương trình vi du như sau:

Kết quả chạy vidu tại dòng lệnh như sau:

Trong trường hợp ta muốn nhập một chuỗi từ bàn phím, ta cần phải thêm kí tự s vàođối số

Ví dụ:

ans = input(ʹBan tra loi <co> hoac <khong>: ʹ,ʹsʹ) ;

1.5.2.3.Nhập xuất dữ liệu từ file.

MATLAB có thể xử lý hai kiểu file dữ liệu: nhị phân (*.mat) và file ASCII(*.dat) Để lưu các ma trận A, B,C dưới dạng file nhị phân, ta dung lệnh:

save ABC A B C

và nạp lại các ma trận A, B bằng lệnh:

load ABC A BNếu muốn lưu số liệu của ma trận B dưới dạng file ASCII ta viết:

save b.dat B /ascii

Ví dụ: Viết chương trình trong tập tin vi du như sau:

clear

A = [1 2 3; 4 5 6]

B = [3; -2; 1];

C(2) = 2; C(4) = 4

disp('Nhan phim bat ky de xem nhap/xuat du lieu tu file')

save ABC A B C % luu A,B & C duoi dang MAT‐file co ten ’ABC.mat’clear('A', 'C') % xoa A va C khoi bo nho

load ABC A C %doc MAT ‐file de nhap A va C vao bo nho

save b.dat B /ascii %luu B duoi dang file ASCII co ten ’b.dat’

load b.dat %doc ASCII

log(x) logarit tự nhiên log10(x) logarit cơ số 10

abs(x) modun của số phức x angle(x) argument của số phức aconj(x) số phức liên hợp của x imag(x) phần ảo của x

real(x) phần thực của x sign(x) dâu của x

Các hàm lượng giác

cos(x), sin(x), tan(x), acos(x), asin(x), atan(x), cosh(x), coth(x), sinh(x), tanh(x), acosh(x), acoth(x), asinh(x), atanh(x)Các lệnh xử lí hàm:

Lệnh fplot vẽ đồ thị hàm toán học giữa các giá trị đã cho

Ví dụ:

fplot(‘f1’, [-5 5])

grid on

Cho một hàm toán học một biến, ta có thể dùng lệnh fminbnd của Matlab để tìm cực

tiểu địa phương của hàm trong khoảng đã cho

Bây giờ tìm cực tiểu đối với hàm này bắt đầu từ

x = -0.6 , y = -1.2 và z = 0.135

bằng các lệnh:

v = [-0.6 -1.2 0.135];

a = fminsearch(ʹthree_varʹ, v)

Lệnh fzero dùng để tìm điểm zero của hàm một biến

Ví dụ: để tìm giá trị không của hàm lân cận giá trị -0.2 ta viết:

- Lệnh 1:10 tạo một vec tơ hàng chứa 10 số nguyên từ 1 đến 10.

- Lệnh 100: - 7: 50 tạo một dãy số từ 100 đến 51, giảm 7 đơn vị mỗi lần.

- Lệnh 0: pi/4: pi tạo một dãy số từ 0 đến pi, cách đều nhau pi/4

Các biểu thức chỉ số tham chiếu tới một phần của ma trận Viết A(1:k, j) là tham chiếuđến k phần tử đầu tiên của cột j Ngoài ra toán tử “:” tham chiếu tới tất cả các

Zeros Tạo ra ma trận mà các phần tử đều là zeros z = zeros(2, 4)

Ones *’ ” ” "*■ "■ các * đều '■ 1 x = ones(2, 3) y =

tạo ra ma trận cấp n gồm các số nguyên từ 1 đến n2 với tổng các hàng bằng tổng các cột n phải lớn hơn hay bằng 3

pascal(n) tạo ra ma trận xác định dương mà các phần tử

lấy từ tam giác Pascal pascal(4)

X=A./B chia các phần tử tương ứng với nhau

- Luỹ thừa: X = A^2

disp(‘Tuoi toi trong khoang 0 -30’);

gu = input(‘Xin nhap tuoi cua ban: ‘);

gu = input(ʹNhap so lan in: ʹ);

Vòng lặp for dùng khi biết trước số lần lặp Cú pháp như sau:

for <chỉ số> = <giá trị đầu> : <mức tăng>: <giá trị cuối>

Ta xây dựng chương trình đoán số doanso.m:

disp([ʹBan co quyen du doan ʹ, num, ʹ lanʹ]);

disp(ʹSo can doan nam trong khoang 0 ‐100ʹ);

gu = input(ʹNhap so ma ban doan: ʹ);

1.5.4.Xử lý đồ thị trong matlab.

1.5.4.1.Các lệnh vẽ.

Matlab cung cấp một loạt hàm để vẽ biểu diễn các vectơ số liệu cũng như giảithích và in các đường cong này

- plot: đồ họa 2-D với số liệu 2 trục vô hướng và tuyến tính

- plot3: đồ họa 3-D với số liệu 2 trục vô hướng và tuyến tính

- polar: đồ hoạ trong hệ toạ độ cực

- loglog: đồ hoạ với các trục logarit

- semilogx: đồ hoạ với trục x logarit và trục y tuyến tính

- semilogy: đồ hoạ với trục y logarit và trục x tuyến tính

- plotyy: đồ hoạ với trục y có nhãn ở bên trái và bên phải

1.5.4.2.Tạo hình vẽ.

Hàm plot có các dạng khác nhau phụ thuộc vào các đối số đưa vào Ví dụ nếu y

là một vec tơ thì plot(y) tạo ra một đường thẳng quan hệ giữa các giá trị của y và chỉ số của nó Nếu ta có 2 vec tơ x và y thì plot(x, y) tạo ra đồ thị quan hệ giữa x và y.

Ta có thể dùng các kiểu đường vẽ khác nhau khi vẽ hình Muốn thế ta chuyển

kiểu đường vẽ cho hàm plot Ta viết chương trình tạo ra đồ thị hàm hình sin:

t = [0: pi/100: 2*pi];

y = sin(t);

plot(t, y, ’ ‘) % vẽ bằng đường chấm chấm

grid on

Hình 1.5 Đồ thị vẽ bằng đường chấm

1.5.4.4.Đặc tả màu và kích thước đường vẽ.

Để đặc tả màu và kích thước đường vẽ ta dùng các tham số sau:

- LineWidth: độ rộng đường thẳng, tính bằng số điểm

- MarkerEdgeColor: màu của các cạnh của khối đánh dấu

- MarkerFaceColor: màu của khối đánh dấu

- MarkerSize: kích thước của khối đánh dấu

Màu được xác định bằng các tham số:

D Hạt kim cương v Điêm tam giác hướng

^ Điêm tam giác hướng lên < Tam giác sang phải

> Tam giác sang phải h Lục giác

P Ngũ giác

Các dạng đường thẳng xác định bằng:

Đường nét đứt - Đường chấm gạch

Ta xét chương trình dothi.m như sau:

x = -pi : pi/10 : pi;

- Các cạnh của khối đánh màu đen

- Khối đánh dấu màu green

- Kích thước khối đánh dấu 10 point

Hình 1.6 Đồ thị sử dụng đường cong và điểm

1.5.4.5.Thêm đường vẽ vào đồ thị đã có.

Để làm điều này ta dùng lệnh hold Khi ta đánh lệnh hold on thì Matlab không

xoá đồ thị đang có Nó thêm số liệu vào đồ thị mới này Nếu phạm vi giá trị của đồ thịmới vượt quá các giá trị của trục toạ độ cũ thì nó sẽ định lại tỉ lệ xích

Ví dụ:

plot(sin(x));

hold all

plot(sin(x+(pi/4)));

Hình 1.7 Đồ thị thêm vào đồ thị cho trước

1.5.4.6.Chỉ vẽ các điểm số liệu.

Để vẽ các điểm đánh dấu mà không nối chúng lại với nhau ta dùng đặc tả nóirằng không có các đường nối giữa các điểm, nghĩa là ta gọi hàm plot chỉ với đặc tảmàu và điểm đánh dấu Ví dụ: xét chương trình như sau:

x = -pi : pi/10 : pi;

y = tan(sin(x)) -sin(tan(x));

plot(x, y, ʹsʹ, ʹMarkerEdgeColorʹ, ʹkʹ)

1.5.4.7.Vẽ các điểm và đường.

Để vẽ cả các điểm đánh dấu và đường nối giữa chúng ta cần mô tả kiểu đường

và kiểu điểm Ta xét đoạn chương trình như sau:

Lệnh plotyy cho phép tạo một đồ thị có hai trục y Ta cũng có thể dùng plotyy

để cho giá trị trên hai trục y có kiểu khác nhau nhằm tiện so sánh Ta xét chương trình

dothi.m như sau:

1.5.4.9.Vẽ đường cong với số liệu 3D.

Nếu x, y, z là 3 vec tơ có cùng độ dài thì plot3 sẽ vẽ đường cong 3D Ta viết

chương trình duongcong3D.m như sau:

Khi ta tạo một hình vẽ, Matlab tự động chọn các giới hạn trên trục toạ độ vàkhoảng cách đánh dấu dựa trên số liệu dùng để vẽ Tuy nhiên ta có thể mô tả lại phạm

vi giá trị trên trục và khoảng cách đánh dấu theo ý riêng Ta có thể dung lệnh sau:

- axis đặt lại các giá trị trên trục toạ độ

- axes tạo một trục toạ độ mới với các đặc tính được mô tả

- get và set: cho phép xác định và đặt các thuộc tính của trục toạ độ đang có.

- gca: trở vềtrục toạ độ cũ

Matlab chọn các giới hạn trên trục toạ độ và khoảng cách đánh dấu dựa trên sốliệu dùng để vẽ Dùng lệnh axis có thể đặt lại giới hạn này Cú pháp của lệnh:

axis[ xmin , xmax , ymin , ymax]

Ta xét chương trình thongso.m như sau:

x = 0:0.025:pi/2;

plot(x, tan(x), ʹ-roʹ)

axis([0 pi/2 0 5])

Matlab chia vạch trên trục dựa trên phạm vi dữ liệu và chia đều Ta có thể mô tả

Cách chia nhờ thông số xtick và ytick bằng một vec tơ tăng dần.

Ví dụ: xét chương trình như sau:

x = -pi: 1: pi;

y = sin(x);

plot(x, y)

set(gca, ʹxtickʹ, -pi :pi/2:p);

set(gca, ʹxticklabelʹ, {ʹ-piʹ, ʹ-pi/2ʹ, ʹ0ʹ, ʹpi/2ʹ, ʹpiʹ})

Hình 1.11 Đồ thị chia trục theo phạm vi dữ liệu

1.5.4.11.Ghi nhãn lên các trục toạ độ.

Matlab cung cấp các lệnh ghi nhãn lên đồ hoạ gồm : - title: thêm nhãn vào đồ hoạ

- xlabel: thêm nhãn vào trục x

- ylabel: thêm nhãn vào trục y

- zlabel: thêm nhãn vào trục z

- legend: thêm chú giải vào đồ thị

- text: hiển thị chuỗi văn bản ở vị trí nhất định

- gtext: đặt văn bản lên đồ hoạ nhờ chuột

- \bf: bold font

- \it: italics font

- \sl: oblique font (chữ nghiêng)

-\rm: normal font

Các kí tự đặc biệt xem trong String properties của Help

Ta dùng các lệnh xlabel , ylabel , zlabel để thêm nhãn vào các trục toạ độ Ta có

title(ʹ\it{Gia tri cua sin tu zero đến 2 pi}ʹ, ʹFontsizeʹ, 16)

text(3*pi/4, sin(3*pi/4),ʹ\leftarrowsin(t ) = 0.707ʹ, ʹFontSizeʹ, 12)

Hình 1.12 Đồ thị ghi nhãn lên trục tọa độ

1.5.4.12.Định vị văn bản trên hình vẽ.

Ta có thể sử dụng đối tượng văn bản để ghi chú các trục ở vị trí bất kì Matlabđịnh vị văn bản theo đơn vị dữ liệu trên trục

Ví dụ để vẽ hàm y = Aeαt với A = 0.25 với t = 0 đến 900 và α= 0.005 ta viết

chương trình như sau:

Hình 1.13 Đồ thi sử dụng ghi chú văn bản trên các trục

Tham số HorizontalAlignment và VerticalAlignment định vị văn bản so với

- bar: hiển thị các cột của ma trận m*n như là m nhóm, mỗi nhóm có n bar.

- barh: hiển thị các cột của ma trận m*n như là m nhóm, mỗi nhóm có n

b Mô tả dữ liệu trên trục.

Ta dùng các hàm xlabel và ylabel để mô tả các dữ liệu trên trục Ta xét chương

title(ʹXep chong do thiʹ,ʹFontSizeʹ,16)

d Đồ hoạ vùng.

Hàm area hiển thị đường cong tạo từ một vec tơ hay từ một cột của ma trận Nó

vẽ cácgiá trị của một cột của ma trận thành một đường cong riêng và tô đầy vùngkhông gian giữacác đường cong và trục x ta xét chương trình như sau:

Đồ thị pie hiển thị theo tỉ lệ phần trăm của một phần tử của một vec tơ hay một

ma trận so với tổng các phần tử Các lệnh pie và pie3 tạo ra đồ thị 2D và 3D ta xét

chương trình như sau:

X = [19.3 22.1 51.6; 34.2 70.3 82.4; 61.4 82.9 90.8; 50.5 54.9 59.1; 29.4 36.3 47.0];

x = [.19 22 41];

pie(x)

1.5.6.Đồ hoạ 3D

a.Các lệnh cơ bản

Lệnh mesh và surf tạo ra lưới và mặt 3D từ ma trận số liệu Gọi ma trận số liệu

là z mà mỗi phần tử của nó z(i, j) xác định tung độ của mặt thì mesh(z) tạo ra một lưới

có màu thể hiện mặt z còn surf(z) tạo ra một mặt có màu z.

b Đồ thị các hàm hai biến

Bước thứ nhất để thể hiện hàm 2 biến z = f(x,y) là tạo ma trận x và y chứa các

toạ độ

trong miền xác định của hàm

Hàm meshgrid sẽ biến đổi vùng xác định bởi 2 vec tơ x và y thành ma trận x và

y Sau đó ta dùng ma trận này để đánh giá hàm

Ta khảo sát hàm sin(r)/r Để tính hàm trong khoảng -8 và 8 theo x và y ta chỉ

cần chuyển một vec tơ đối số cho meshgrid:

mesh(z)

c Đồ thị đường đẳng mức.

Các hàm contour tạo, hiển thị và ghi chú các đường đẳng mức của một haynhiều ma trận Chúng bao gồm:

- clabel: tạo các nhãn sử dụng ma trận contour và hiển thị nhãn

- contour: hiển thị các đường đẳng mức tạo bởi một giá trị cho trước của ma

trận Z

- contour3: hiển thị các mặt đẳng mức tạo bởi một giá trị cho trước của ma trận Z.

- contour: hiển thị đồ thị contour 2D và tô màu vùng giữa 2 các đường contourc

Để hiển thị 10 đường đẳng mức của hàm peak ta viết:

Z = peaks;

[C,h] = contour(Z,10);

clabel(C,h)

title({ʹCac contour co nhanʹ,ʹclabel(C,h)ʹ})

Hàm contourf hiển thị đồ thị đường đẳng mức trên một mặt phẳng và tô màuvùng còn lạigiữa các đường đẳng mức Để kiểm soát màu tô ta dùng hàm caxis vàcolormap Ta viếtchương trình ct1_26.m:

Z = peaks;

[C, h] = contourf(Z, 10);

caxis([-20 20])

colormap autumn;

title({ʹContour co to mauʹ, ʹcontourf(Z, 10)ʹ})

Các hàm contour(z, n) và contour(z, v) cho phép ta chỉ rõ số lượng mức contourhay mộtmức contour cần vẽ nào đó với z là ma trận số liệu, n là số đường contour và v

là vec tơ cácmức contour MATLAB không phân biệt giữa vec tơ một phần tử hay đạilượng vô hướng.Như vậy nếu v là vec tơ một phần tử mô tả một contour đơn ở mộtmức hàm contour sẽ coi nó là số lượng đường contour chứ không phải là mức contour.Nghĩa là, contour(z, v) cũngnhư contour(z, n) Để hiển thị một đường đẳng mức ta cần