tổng quan về phần mềm matlab

CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM MATLAB 3.1 TỔNG QUAN VỀ MATLAB 3.1.1 Khái niệm matlab MATLAB (viết tắt từ matrix laboratory) phát triển từ dự án LINPACK & EISPACK nhằm tạo thư viện ma trận phục vụ cho tính toán Qua trình phát triển lâu dài, MATLAB phát triển thành công cụ mạnh, ứng dụng phổ biến trường đại học khắp giới, đặc biệt nước Mỹ, Bỉ, Canada,… công cụ thiếu giáo trình từ đến nâng cao lĩnh vực: toán học cao cấp, khoa học kỹ thuật Trong công nghiệp, MATLAB công cụ lựa chọn cho nghiên cứu nâng cao hiệu sản xuất, phân tích đánh giá ứng dụng Với MATLAB, toán tính toán, phân tích, thiết kế mô trở nên dễ dàng nhiều lĩnh vực chuyên ngành như: Điện, Điện tử, Cơ khí, Cơ điện tử, Vật lý,…  MATLAB công cụ tính toán mạnh dễ dùng, trực quan dễ mở rộng phát triển  MATLAB có khả liên kết đa môi trường, liên kết dễ dàng với ngôn ngữ lập trình C++, Visual C, FORTRAN, JAVA,…  MATLAB có khả xử lý đồ họa mạnh không gian hai chiều ba chiều  Các TOOLBOX MATLAB phong phú, đa công cụ nghiên cứu, thiết kế hiệu lĩnh vực chuyên ngành  Công cụ mô trực quan SIMULINK chạy môi trường MATLAB giúp cho toán phân tích thiết kế dễ dàng, sinh động hơn,  MATLAB có kiến trúc mở, dễ dàng việc xây dựng thêm module tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn công nghiệp truyền thống 3.1.2 Khởi động chuẩn bị thư mục làm việc Matlab Trước khởi động Matlab, người dùng phải tạo thư mục làm việc để chứa file chương trình (ví dụ: D:\mophong) Matlab thông dịch lệnh lưu file có dạng *.m Sau cài đặt Matlab việc khởi chạy chương trình đơn giản nhấp vào biểu tượng destop vào Start\All Programs\ Matlab 7.0\Matlab 7.0 Hình 3-1: Cách khởi chạy chương trình MATLAB Sau khởi động xong Matlab, bước thư mục làm việc cho Matlab Nhấp vào biểu tượng công cụ chọn thư mục làm việc (ví dụ: D:\mophong) Cửa sổ làm việc Matlab hình vẽ bên Nó bao gồm cửa sổ làm việc chính: Cửa sổ lệnh (Command Window), cửa sổ thư mục (Current Directory) cửa sỏ chứa tập lệnh sử dụng (Command History) Hình 3-2: Cửa sổ làm việc MATLAB Để tạo file.m thư mục làm việc bạn thực hiện:  Nhấp vào biểu tượng vào File\New\M-File  Cửa sổ soạn thảo xuất hiện, gõ chương trình cần thiết vào file Sau hoàn tất nhấn vào biểu tượng (D:\mophong) để lưu vào thư mục Hình 3-3: Cửa sổ soạn thảo chương trình Để thực thi tập lệnh có file.m thư mục làm việc người dùng cần gõ tên file trog Matlab tự động thực thi dòng lệnh có file.m (ví dụ để thực thi lệnh có file test.m, cần gõ lệnh test) 3.2 CÁC LỆNH THÔNG DỤNG TRONG MATLAB 3.2.1 Một vài kiểu liệu Matlab có đầy đủ kiểu liệu bản, số thực, ký tự, Boolean Chuổi ký tự đặt nháy kép (“”) ví dụ “mo phong” Kiểu dãy khai báo theo cú pháp “số đầu: bước: số cuối” Ví dụ 0: 0.2:0.5 (kết thu chuổi [0 0.2 0.4] Kiểu ma trận khai báo ví dụ sau: M = [1,2,3;4,5,6;7,8,9] Ma trận m thu là: A=123 456 789 3.2.2 Các lệnh điều khiển Lệnh Clear: Xóa tất biến nhớ Matlab Lệnh clc: Lệnh xóa cửa sổ lệnh (Command window) Lệnh pause: Chờ đáp ứng từ phía người dùng Lệnh =: Lệnh gán Lệnh %: Câu lệnh sau dấu xem dòng thích Lệnh input: Lệnh lấy vào giá trị Ví dụ: x = input (‘nhap gia tri cho x:’); Lệnh help: Lệnh yêu cầu giúp đở từ Matlab Lệnh Save: Lưu biến vào nhớ Ví dụ:Save test A B C (lưu biến A, B, C vào file test) Lệnh Load: Load biến từ file hay nhớ Ví dụ: Load test Lệnh Rẻ nhánh: Cú pháp sau: Lệnh If: IF expression Statemenst ELSEIF expression Statemenst ELSE Statemenst END Statemenst Lệnh Switch: SWITCH switch_expr CASE case_expr, Statemenst,…, Statemenst CASE {case_expr 1, case_expr 2, case_expr 3,…} OTHERWISE, Statemenst,…, Statemenst END Lệnh lặp: Cú pháp sau: Lệnh For: FOR variable = expr, statement,…, statement END Lệnh While: WHILE expression Statemenst END Lệnh Break: Thoát đột ngột khỏi vòng lặp WHILE hay FOR Lệnh Continue: Bỏ qua lệnh tại, tiếp tục thực vòng lặp lần lặp Lệnh Return: Lệnh trả Lệnh clf: xóa hình Lệnh plot (signal): vẽ dạng sóng tín hiệu signal Lệnh stairs (signal): vẽ tín hiệu signal theo dạng cầu thang Lệnh stem (signal): vẽ chuổi liệu dời rạc Lệnh bar (signal): vẽ liệu theo dạng cột Lệnh mesh (A): hiển thị đồ họa dạng 3D giá trị ma trận 3.3 GIỚI THIỆU CÁC GIAO DIỆN CỦA MATLAB 3.3.1 Giao diện matlab Hình 3-4: Giao diện MATLAB  Vùng mã click vào để xem tài liệu hướng dẫn, demo công cụ MATLAB  Click vào để có giúp đỡ sử dụng MATLAB  Vùng đưa lệnh vào cho MATLAB thực thi  Vùng click vào để xem thay đổi thư mục  Vùng click vào để di chuyển giao diện Command Window giao diện MATLAB  Click vào để đóng giao diện Command Window  Xem sử dụng hàm sử dụng lần chạy chương trình trước  Sử dụng Tab để đến giao diện Workspace giao diện thư mục  Rê chuột vào để thay đổi kích thước giao diện MATLAB 3.3.2 Giao diện simulink MATLAB Vào File chọn New/Model để mở giao diện tạo mô hình thực mô Hình3-5: Mở giao diện tạo mô hình Khi giao diện sau xuất Hình 3-6: Giao diện tạo mô hình MATLAB Sau tạo mô hình xong, lưu tập tin lại dạng file có phần mở rộng *.mdl cách vào File chọn Save As … Hình 3-7: Lưu tập tin *.mdl 3.3.3 Giao diện thư viện phần tử mô (Simulink Library Brower) MATLAB Click vào biểu tượng Simulink công cụ giao diện MATLAB để mở thư viện phần tử phục vụ cho việc xây dựng mô hình Hình 3-8: Giao diện Simulink Library Brower 3.3.4 Thoát khỏi MATLAB Khi muốn thoát khỏi MATLAB, vào File chọn Exit MATLAB click vào dấu “x” góc phải hình Hình 3-9: Thoát khỏi MATLAB CHƯƠNG IV KHẢO SÁT CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ VỚI MATLAB 4.1 CÁC THƯ VIỆN CƠ BẢN SIMULINK CỦA MATLAB 4.1.1 AC Voltage Source (Nguồn áp xoay chiều) Chức năng: Mô hình nguồn áp hình sin Thư viện: SimPowerSytems/Electrical Sources Mô tả: Khối AC Voltage Sounrce mô hình nguồn áp xoay chiều lý tưởng Ngõ ngõ vào khối tương ứng với cực dương cực âm nguồn Khối tạo giá trị điện áp U thông qua mối quan hệ sau: U = Amplitude x sin (2 x Frequency x t + Phase x /180) Với:  Amplitude Phase cho phép giá trị âm  Khi Frequency (tần số) không tương ứng với nguồn áp DC không cho phép giá trị Frequency âm  Có thể thay đổi ba thông số nguồn (Amplitude, Phase Frequency) lúc trình thực mô Hộp thoại thông số: áp nguồn thiết lập hộp thoại Có thể thay đổi giá trị điện áp thời điểm trình mô Hộp thoại thông số: Hình 4-2: Hộp thoại nguồn áp chiều Amplitude: Giá trị biên độ nguồn áp (V) Measurements: chọn Voltage để đo giá trị điện áp đầu cực khối nguồn DC Đặt khối Multiemter vào sơ đồ mô để hiển thị giá trị đo lường lựa chọn suốt trình thực mô 4.1.3 Diode Chức năng: Mô hình diode Thư viện: Simpower System/ Power Electronics Mô tả: Diode thiết bị bán dẫn điều khiển giá trị điện áp dòng điện Diode mô hình bao gồm điện trở, cuộn dây điện cảm nguồn áp DC (Vf) nối tiếp với khóa đóng/ngắt Khóa đóng/ngắt điều khiển điện áp Vak dòng điện Iak Hình 4-3: Nguyên lý hoạt động diode Khối Diode bao gồm mạch giảm sóc Rs – Cs nối tiếp mà mắc song song với diode 4.1.4 Parallel RLC Branch (Nhánh RLC song song) Chức năng: Mô hình nhánh RLC song song Thư viện: SimpowerSystems/Elements Mô tả: Khối Parallel RLC Branch mô hình cho điện trở, cuộn dây điện cảm tụ điện cách độc lập liên kết song song với Để bỏ qua phần tử điện trở, cuộn dây điện cảm tụ điện nhánh giá trị R, L C phải thiết lập tương ứng inf, inf (vô cùng) Khi phần tử tồn hiển thị biểu tượng khối Các giá trị điện trở, cuộn dây điện cảm tụ điện giá trị âm Hộp thoại thông số Hình 4-4: Hộp thoại nhánh RLC song song Resistance R: Điện trở nhánh (Ω) Inductance L: Điện cảm nhánh (H) Capacitance C: Điện dung nhánh (C) Measurements:  Chọn Branch voltage để đo điện áp đầu cực khối Parallel RLC Branch  Chọn Branch current để đo tổng dòng điện (tổng dòng R, L C) khối Parallel RLC Branch  Chọn Branch voltage and current để đo điện áp dòng điện khối Parallel RLC Branch Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô để hiển thị giá trị đo lường chọn suôt trình thực mô 4.1.5 Parallel RLC Load (Tải RLC song song) Chức năng: Mô hình tải RLC song song tuyến tính Thư viện: SimpowerSystems/Elements Mô tả: Khối Parallel RLC Load mô hình tải tuyến tính với phần tử RLC kết hợp song song với Ở tần số xác định, tải biểu diễn tổng trở công suất tỉ lệ với bình phương điện áp sử dụng Lưu ý: Chỉ có phần tử tương ứng với công suất khác không hiển thị biểu tượng khối Hộp thoại thông số: Hình 4-5: Hộp thoại tải RLC song song Nominal voltage Vn: Điện áp định mức tải (V) Nominal frequency fn: Tần số định mức (Hz) Active power P: Công suất tác dụng tải (W) Inductive reactive power QL: Công suất phản kháng cuộn dây tự cảm QL (VAR): xác định giá trị dương Capacitive reactive power QC: Công suất phản kháng tụ điện QC (VAR): xác định giá trị dương Measurements:  Chọn Branch voltage để đo điện áp cực khối Parallel RLC Load  Chọn Branch current để đo tổng dòng điện (tổng dòng R, L C) khối Parallel RLC Load  Chọn Branch voltage and current để đo điện áp dòng điện khối Parallel RLC Load Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô để hiển thị giá trị đo lường lựa chọn suốt trình thực mô 4.1.6 Series RLC Branch (Nhánh RLC nối tiếp) Chức năng: Mô hình nhánh RLC nối tiếp Thư viện: SimpowerSystems/Elements Mô tả: Khối Series RLC Branch mô hình điện trở, cuộn dây điện cảm tụ điện độc lập nối tiếp với Để bỏ qua điện trở, cuộn dây điện cảm điện dung nhánh giá trị R, L C phải thiết lập tương ứng với giá trị 0, inf Khi ấy, phần tử tồn hiển thị biểu tượng khối Các giá trị điện trở, cuộn dây điện cảm tụ điện giá trị âm Hộp thoại thông số: Hình 4-6: Hộp thoại nhánh RLC nối tiếp Resistance R: Điện trở nhánh (Ω) Inductance L: Điện cảm nhánh (H) Capacitance C: Điện dung nhánh (C) Measurements:  Chọn Branch voltage để đo điện áp đầu cực khối Series RLC Branch  Chọn Branch current để đo tổng dòng điện (tổng dòng R, L C) khối Series RLC Branch  Chọn Branch voltage and current để đo điện áp dòng điện khối Series RLC Branch Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô để hiển thị giá trị đo lường lựa chọn suốt trình thực mô 4.1.7 Series RLC Load (Tải RLC nối tiếp) Chức năng: Mô hình tải RLC nối tiếp tuyến tính Thư viện: SimpowerSystems/Elements Mô tả: Khối Series RLC Load mô hình tải tuyến tính với phần tử RLC kết hợp nối tiếp Ở tần số xác định, tải biểu diễn tổng trở công suất tỉ lệ với bình phương điện áp sử dụng Lưu ý: Chỉ có phần tử tương ứng với công suất khác không hiển thị biểu tượng khối Hộp thoại thông số: Hình 4-7: Hộp thoại tải RLC nối tiếp Nominal voltage Vn: Điện áp định mức tải (V) Nominal frequency fn: Tần số định mức (Hz) Active power P: Công suất tác dụng tải (W) Inductive reactive power QL: Công suất phản kháng cuộn dây tự cảm QL (VAR): xác định giá trị dương Capacitive reactive power QC: Công suất phản kháng tụ điện QC (VAR): xác định giá trị dương Measurements:  Chọn Branch voltage để đo điện áp đầu cực khối Series RLC Load  Chọn Branch current để đo tổng dòng điện (tổng dòng R, L C) khối Series RLC Load  Chọn Branch voltage and current để đo điện áp dòng điện khối Series RLC Load Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô để hiển thị giá trị đo lường lựa chọn suốt trình thực mô 4.1.8 Voltage Measurement (Đo điện áp) Chức năng: Thực đo điện áp sơ đồ Thư viện: SimpowerSystems/Measurements Mô tả: Khối Voltage Measurement thực đo điện áp tức thời nút sơ đồ Hộp thoại thông số: Hình 4-8: Hộp thoại đo điện áp 4.1.9 Hydraulic Turbine and Governor (HTG)  wref: Vận tốc đặt  Pref: Công suất đặt  we: Vận tốc thực  Pe: Công suất thực  dw: Độ lệch tần số  Pm: Công suất  gate: Cổng đóng mở van Chức năng: Thực mô tuabin nước điều tốc Thư viện: SimpowerSystems/Machines Mô tả: Khối HTG cấu tạo bở mô hình turbine nước phi tuyến, hệ thống ổn định PID, động điều khiển Hình 4-9: Cấu tạo khối HTG Turbine nước cấu tạo bở hệ thống phi tuyến Hình 4-10: Cấu tạo Turbine nước Cổng động điều khiển mô hình hệ thống thứ cấp Hình 4-11: Cổng động điều khiển Hộp thoại thông số: Hình 4-12: Hộp thoại HTG Động điều khiển (Servo-motor): Hệ số khuếch đại Ka thời Ta hệ thống thứ đại diện cho động điều khiển (tính giây) Cổng mở giới hạn (gate opening limits): Giới hạn gmin and gmax (p.u) đặt lên cổng mở vgmin vgmax đặt lên cổng vận tốc Độ lệch cố định máy điều chỉnh (permanent droop and regulator): Hệ số tĩnh ổn định cân với hệ số 1/R vòng hồi tiếp Máy điều chỉnh PID có hệ số cân Kp, hệ số tích phân Ki, hệ số vi phân Kd Hệ số tần số cao PID giới hạn lọc chậm với thời Td (s) Turbine nước (Hydraulic turbine): Độ lệch vận tốc làm hoãn xung với hệ số thời gian khởi động nước Tw (s) So sánh độ lệch (Droop reference): Ngỏ vào đặc biệt vòng hồi tiếp: vị trí cổng (ở mức 1) độ lệch công suất điện (ở mức 0) Công suất đầu: Công suất đầu Pmo (pu) trục máy Giá trị tính toán dòng tải cung cấp khối Powergui 4.1.10 Hệ thống kích từ Matlab: Cung cấp hệ thống kích từ cho máy điện đồng điều chỉnh đầu máy phát  vref: Điện áp đặt đầu stator  vd: Thành phần điện áp vd  vq: Thành phần điện áp vq  vstab: Điện áp ổn định cung cấp từ ổn định hệ thống điện  vf: Ngỏ điện áp kích từ đưa đến ngõ vào máy điện đồng Chức năng: Thực mô hệ thống kích từ Thư viện: SimpowerSystems/Machines Mô tả: Khối kích từ simulink cung cấp nguồn kích từ chiều Yếu tố khối kích từ điện áp xác kích từ Hình 4-13: Sơ đồ khối mô thành phần kích từ Hệ thống kích từ cấu tạo hàm truyền đạt điện áp kích từ Vdf ngõ ef: = Hộp thoại tham số: Hình 4-14: Hộp thoại hệ thống kích từ  Hằng số thời gian lọc thấp (low-pass filter constant): Thời Tr hệ thống mà mô tả chuyển đổi điệp áp đầu stator  Bộ ổn định (regulator): Hệ số Ka thời Ta mô tả ổn định Hệ số Ke thời Te mô tả hệ thống kích từ  Hệ số suy giảm tạm thời thời (Transient gain reduction time constant): Thời Tb Tc mô tả bù trể  Bộ lọc (Damping filter): Hệ số Kf thời Tf mô tả vòng hồi tiếp  Bộ ổn định giới hạn ngõ (Regulator output limits): Giới hạn Efmin Efmax đặt ngõ điều chỉnh điện áp Giới hạn số Efmax thay đổi thời gian chỉnh lưu điện áp đầu máy phát Vtf theo tỉ lệ hệ số Kp Nếu Kp đặt xác lập chế độ ban đầu Nếu Kp đặt giá trị dương xác lập chế độ trể  Điều kiện đầu (initial conditions): Giá trị đặt điện áp ngõ ban đầu Vto khoảng điện áp Vfo Khi đặt simulation hoạt động chế độ xác lập Thông thường điện áp ngõ đặt giá trị Khoảng điện áp tính từ khối Powergui 4.1.11 Ground (Nối đất): Chức năng: Cung cấp liên kết đến đất Thư viện: SimpowerSystems/Elements Mô tả: Khối Ground thực liên kết đến đất Để dễ dàng vẽ sơ đồ thực mô phỏng, simulink cung cấp dạng khối Ground bao gồm:  Ground (input): Khối với ngõ vào  Ground (output): Khối với ngõ Hộp thoại: Hình 4-15: Hộp thoại nối đất ... CỦA MATLAB 3.3.1 Giao diện matlab Hình 3-4: Giao diện MATLAB  Vùng mã click vào để xem tài liệu hướng dẫn, demo công cụ MATLAB  Click vào để có giúp đỡ sử dụng MATLAB  Vùng đưa lệnh vào cho MATLAB. .. tượng destop vào StartAll Programs Matlab 7.0 Matlab 7.0 Hình 3-1: Cách khởi chạy chương trình MATLAB Sau khởi động xong Matlab, bước thư mục làm việc cho Matlab Nhấp vào biểu tượng công cụ chọn... giao diện MATLAB để mở thư viện phần tử phục vụ cho việc xây dựng mô hình Hình 3-8: Giao diện Simulink Library Brower 3.3.4 Thoát khỏi MATLAB Khi muốn thoát khỏi MATLAB, vào File chọn Exit MATLAB