giới thiệu MATLAB SIMULINK

Giới thiệu chung MATLAB là một bộ phần mềm dùng để tính toán các bài toán kỹ thuật, được viết bằng ngôn ngữ C do hãng Math Works Inc sản xuất.. Nó được tạo trên cở sở những phần mềm do

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ MATLAB

1.1.1 BẮT ĐẦU VỚI MATLAB

1.1.2 Giới thiệu chung

MATLAB là một bộ phần mềm dùng để tính toán các bài toán kỹ thuật, được viết bằng ngôn ngữ C do hãng Math Works Inc sản xuất Nó được tạo trên cở sở những phần mềm do các nhà lập trình của các dự án LINPACK và EISPACK viết

ra bằng ngôn ngữ Fortran dùng cho việc thực hiện các phép tính và thao tác trên

ma trận

Tên của phần mềm MATLAB là chữ viết tắt của ‘Matrix Laboratory’ có nghĩa

là ‘phương pháp ma trận’ Đến khi thực hành sử dụng phần mềm ta sẽ thấy mỗi phần tử cơ bản của Matlab là một ma trận Phần mềm Matlab liên tục được bổ sung

và hoàn thiện

Các ứng dụng điển hình của Matlab:

- Toán học và tính toán

- Phát triển thuật toán

- Tạo mô hình, mô phỏng và giao thức

- Khảo sát, phân tích số liệu

- Đồ họa khoa học kỹ thuật

- Phát triển ứng dụng, gồm cả giao diện người dùng đồ họa GUI

- Thiết kế các hệ thống điều khiển trong thời gian thực

Matlab cung cấp cho ta các phương pháp theo hướng chuyên dụng hóa được gọi là các Toolbox (hộp công cụ) Các Toolbox cho phép người sử dụng học và áp dụng các kỹ thuật chuyên dụng cho một lĩnh vực nào đó Toolbox là một tập hợp toàn diện các hàm của matlab (M-file) cho phép mở rộng môi trường Matlab để giải các lớp bài toán cụ thể Các lĩnh vực trong đó có sẵn các Toolbox bao gồm: xử

lý tín hiệu, hệ thống điều khiển, mạng noron, mô phỏng…

Hệ thống Matlab gồm có 5 phần chính:

- Ngôn ngữ Matlab: là một ngôn ngữ ma trận, mảng cấp cao với các câu lệnh, hàm, cấu trúc dữ liệu vào/ra, các tính năng lập trình đối tượng Nó cho phép lập trình các ứng dụng từ nhỏ đến các ứng dụng lớn, từ ứng dụng đơn giản đến phức tạp

- Môi trường làm việc của Matlab: đây là một bộ các công cụ và phương tiện

mà bạn sử dụng với tư cách người dùng hoặc người lập trình Matlab Nó bao gồm các phương tiện cho việc quản lý các biến trong không gian làm việc Workspace cũng như xuất nhập dữ liệu Nó cũng bao gồm các công cụ để phát triển quản lý, gỡ rối và định hình M – file

- Xử lý đồ họa: đây là một hệ thống đồ họa của Matlab Nó bao gồm các lệnh cao cấp cho trực quan hóa dữ liệu hai chiều và ba chiều, xử lý ảnh, ảnh động,… Nó cũng cung cấp các lệnh cấp thấp cho phép bạn tùy biến giao diện đồ họa cũng như đi xây dựng một giao diện đồ họa hoàn chỉnh cho ứng dụng Matlab của mình

- Thư viện toán học Matlab: đây là một thuật toán khổng lồ các thuật toán tính toán từ các hàm cơ bản cộng, trừ, nhân, chia, sin, cos, số học phức…tới các hàm phức tạp hơn như: nghịch đảo, ma trận, tìm giá trị riêng của ma trận, phép biến đổi fourier nhanh

- Giao diện chương trình ứng dụng Matlab API ( Application Program Interface): đây là một thư viện cho phép ta viết các chương trình C và Fortran tương thích với Matlab

Simulink là một chương trình đi kèm với Matlab, là một hệ thống tương tác với việc mô phỏng các hệ thống động học phi tuyến Nó là một chương trình đồ họa sử dụng chuột để thao tác cho phép mô hình hóa một hệ thống bằng cách vẽ một sơ

đồ khối trên màn hình Nó có thể làm việc với các hệ thống tuyến tính, phi tuyến,

hệ thống liên tục theo thời gian, hệ thống gián đoạn theo thời gian, hệ thống đa biến

1.1.3 Giao diện

Command Window: Đây là cửa sổ làm việc chính của MATLAB Tại đây ta

thực hiện tòan bộ việc nhập dữ liệu và xuất kết quả tính tóan Dấu nháy >> báo hiệu chương trình sẵn sàng cho việc nhập dữ liệu Ta kết thúc việc nhập dữ liệu bằng cách nhấn phím Enter MATLAB sẽ thực thi dòng lệnh mà ta nhập vào

Command Window và trả kết quả trong Command Window.

Command History: Lưu lại tất cả các lệnh mà ta đã nhập vào trong Command Window Ta có thể xem lại tất cả các lậnh bằng cách dùng scroll bar, hay thực hiện

lại lệnh đó bằng cách nhấp kép lên dòng lệnh Ngòai ra ta còn có thể cut, paste, delete các lệnh

Workspace browser: trong MATLAB các dữ liệu được lưu trong biến Workspace browser liệt kê tất cả các biến mà ta đang sử dụng trong MATLAB Nó

cung cấp thông tin về kích thước, loại dữ liệu Ta có thể truy cập trực tiếp vào dữ

liệu bằng cách nhấn kép vào biến để hiển thị Array editor.

Launch pad: cho phép người dùng truy cập nhanh vào các bộ Toolbox, phần Help.

1.1.4 Một số thao tác cơ bản trong Matlab

Trong MATLAB, thanh trình đơn thay đổi tùy theo cửa sổ mà ta lựa chọn Tuy vậy các trình đơn File, Desktop, Window, Help có mặt hầu hết trong các thanh trình đơn

Trình đơn File:

• New: tạo một đối tượng mới (biến, m-file, figure, model, GUI)

• Open: mở một file theo định dạng của MATLAB (*.m, *.mat, *.mdl)

• Import data…: nhập dữ liệu từ các file khác vào MATLAB

• Save workspace…: lưu các biến trong MATLAB vào file *.mat

• Set path: khai báo các đường dẫn của các thư mục chứa các m-file

• Preferences: thay đổi các định dạng về font, font size, color cũng như các tùy chọn cho Editor, Command Window v.v

• Page Setup: định dạng trang in

• Print: in

Trình đơn Desktop:

• Desktop layout: sắp xếp các cửa sổ trong giao diện

• Save layout: lưu cách sắp xếp cửa sổ

Trình đơn Window dùng để kích họat (activate) cửa sổ

Nút Start cung cấp shortcut tới các công cụ trong MATLAB

1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.2.1 Câu lệnh và biến trong Matlab

Các câu lệnh trong Matlab thường có dạng sau:

biến = biểu thức

Tên biến được bắt đầu bằng một chữ cái, sau đó có thể là các chữ và số Matlab chấp nhận tên biến (cũng như tên hàm) có đến 19 kí tự và phân biệt chữ in hoa và chữ in thường

Không giống với một số phần mềm lập trình khác, ở đây biến không phải khai báo trước Nếu không viết tên biến và dấu = trước biểu thức thì chương trình sẽ tự động tạo tên biến là and

Ví dụ:

>>2/4

and =

0.5000

Nếu cuối câu lệnh ta đánh dấu kết thúc ‘ ; ‘ thì các phép tính được thực hiện nhưng không xuất kết quả ra màn hình Ngược lại nếu không gõ dấu kết thúc thì kết quả tính được in ra màn hình

Nếu câu lệnh quá dài không thể viết hết được trên một hang thì có thể dùng dấu

ba chấm (…) để viết tiếp trên dòng thứ hai

Muốn viết lời chú dẫn, trước dòng đó ta gõ dấu %, khi chạy chương trình máy

sẽ bỏ qua dòng này

1.2.2 Các phép toán

• Các phép toán số học: nối các toán hạng trong biểu thức với nhau Dấu các phép toán như sau:

+ cộng

- trừ

* nhân

/ chia phải

\ chia trái

^ lũy thừa

• Các phép toán quan hệ:

== bằng

<= nhỏ hơn hoặc bằng

>= lớn hơn hoặc bằng

~= không bằng

< nhỏ hơn

> lớn hơn

• Các phép toán logic

& và

/ hoặc

~ không

Các phép toán quan hệ và logic thường được dung trong các biểu thức của các toán tử điều khiển như if, while

1.2.3 Số dùng trong Matlab

Matlab dùng số thập phân truyền thống với số chữ số thập phân tùy chọn Bạn cũng có thể dùng số dưới dạng lũy thừa của 10 và số có số đơn vị phức Dưới đây

là một số ví dụ về các số hợp thức dùng trong Matlab:

4 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 như sau:

a=input(‘ hãy nhập giá trị của a: a =’)

Khi chạy chương trình máy sẽ dừng để đợi ta gõ vào từ bàn phím giá trị của a, sau đó bấm Enter

1.2.5 In kết quả ra màn hình

Cách 1: Không gõ dấu kết thúc (;) ở cuối câu lệnh Khi chạy kết quả tính được

tự động in ra trên màn 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 được biểu thị trong dấu ngoặc vuông, mỗi phần tử trên một hang được cách nhau bằng các ô trống hoặc dấu phẩy (,), còn mỗi hang được ngăn cách bởi dấu chấm phẩy (;)

Ví dụ: Viết ma trận A gồm 3 hàng, 3 cột

>>A=[1 2 3;2 3 4;3 4 5]

A=

1 2 3

2 3 4

3 4 5

1.2.7 Số phức

Matlab có thể thực hiện được các phép toán về số phức Số phức được biểu thị nhờ hàm I và j Ví dụ viết số phức z dùng i và j như dưới đây cho kết qur như nhau:

z= 2+4*i

hoặc z= 2+4*j

Một ví dụ khác về số phức được viết dưới 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

tanh : tang hybecbolic

1.3.2 Các hàm toán sơ cấp

abs : giá trị tuyệt đối hoặc modun của số phức

angle : góc pha

real : phần thực của số phức

imag : phần ảo

sqrt : căn bậc hai

conj : số phức liên hợp

round : làm tròn đến số nguyên gần nhất

fix : làm tròn hướng về zero gcd : ước số chung lớn nhất lom : bội số chung nhỏ nhất exp : hàm e mũ

log : logarit cơ số tự nhiên log10 : logarit cơ số 10