Báo cáo tìm hiểu về phần mềm MATLAB và ứng dụng của MATLAB trong giải mạch điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN ===  === BẢN BÁO CÁO TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM MATLAB VÀ ỨNG DỤNG CỦA MATLAB TRONG GIẢI MẠCH ĐIỆN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: MỤC LỤC Đặng Văn Mỹ Tổng quan Matlab 1.1 Khái niệm Matlab Matlab viết tắt từ "MATrix LABoratory", Cleve Moler phát minh vào cuối thập niên 1970 ngôn ngữ lập trình thực hành bậc cao sử dụng để giải toán kỹ thuật thiết kế cơng ty MathWorks Matlab tích hợp việc tính tốn, thể kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc dễ dàng cho người sử dụng Dữ liệu với thư viện lập trình sẵn cho phép người sử dụng có ứng dụng sau đây: -Sử dụng hàm có sẵn thư viện, phép tính tốn học thơng thường -Cho phép lập trình tạo ứng dụng -Cho phép mơ mơ hình thực tế Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page -Phân tích, khảo sát hiển thị liệu -Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh -Cho phép phát triển, giao tiếp với số phần mềm khác C++, Fortran 1.2 Tổng quan cấu trúc liệu Matlab Matlab hệ thống tương giao, phần tử liệu mảng ( mảng khơng địi hỏi kích thước ) Chúng cho phép giải vấn đề liên quan đến lập trình máy tính, đặc biệt sử dụng phép tính ma trận hay vector sử dụng ngơn ngữ C học Fortran lập trình thực ứng dụng lập trình câu lệnh từ MATLAB MATLAB viết nhằm truy cập vào phần mềm ma trận cách dễ dàng, phần mềm phát triển cơng trình Linpack Eispack Ngày MATLAB dược phát triển lapack Artpack tạo nên nghệ thuật phần mềm cho ma trận a Dữ liệu Dữ liệu MATLAB thể dạng ma trận có kiểu liệu như: kiểu đơn single, kiểu double ( kiểu liệu thông dụng dùng MATLAB ), kiểu Sparse, kiểu int8, uint8, int16, kiểu char, kiểu cell b Ứng dụng MATLAB tạo thuận lợi cho việc giải toán phức tạp, MATLAB đc dùng để tính tốn nghiên cứu sản phẩm tốt sản xuất MATLAB cho phép bạn ứng dụng kĩ thuật để phân tích, thiết kế, mơ mơ hình 1.3 Hệ thống MATLAB Hệ thống MATLAB chia làm phần: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page • Mơi trường phát triển: Đây nơi đặt công cụ, phương tiện giúp sử dụng lệnh file Bao gồm: Desktop, Command Window, Command History, Browsers for viewinghelp • Thư viện, hàm toán học: Bao gồm cấu trúc tính tổng, sin, cosin, phép tính đơn giản phép tính phức tạp tính ma trận nghịch đảo, trị riêng, chuyển đổi, laplace • Ngơn ngữ MATLAB: Đó ngơn ngữ ma trận mảng, dòng lệnh, hàm, cấu trúc liệu vào, lập trình hướng đối tượng • Đồ họa MATLAB: Bao gồm câu lệnh thể đồ họa môi trường 2D 3D, tạo ảnh chuyển động, cung cấp hình ảnh tương tác người sử dụng máy tính • Giao tiếp với ngôn ngữ khác: MATLAB cho phép tương tác với ngôn ngữ khác C,fortran 1.4 Làm quen với MATLAB Giao diện làm việc MATLAB: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page Hình 1: giao diện MATLAB Cửa sổ chứa công cụ ( giao diện người máy ) cần thiết cho việc quản lý file, biến, sổ lệnh, coi desktop panel gồm ô, vùng, quản lý tác dụng sổ nhỏ quản lý desktop + Cửa sổ lệnh Command Window: cửa sổ MATLAB Tại ta thực tất công việc nhập liệu xuất kết tính tốn Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page Dấu >> báo hiệu chương trình sẵn sàng hoạt động, kết thúc lần nhập dấu ENTER, muốn đóng hình MATLAB sử dụng lệnh quit, exit tổ hợp phím Ctrl+q + Cửa sổ soạn thảo Editor: Nhờ chương trình soạn thảo MATLAB ta viết hay sửa đổi Scripts hàm Bên cạnh chức soạn thảo, cịn có chức thơng thường khác mà chương trình soạn thảo cần phải có, phục vụ xử lý bước nội dung chương trình, hay để phát lỗi + Cửa sổ khứ Command History: tất lệnh Command Window lưu trữ thị Có thể lặp lại lệnh cũ cách nháy chuột kép vào lệnh Cũng cắt, hay xóa Hình 2: Cửa sổ Command history nhóm lệnh lệnh riêng rẽ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page + Cửa sổ môi trường công tác Wordspace Browser: Tất biến, hàm tồn môi trường công tác hiển thị môi trường với đầy Hình 3: Cửa sổ Wordspace đủ thơng tin như: tên, loại biến/hàm, kích cỡ tính theo byte loại liệu Ngồi cịn cất vào nhớ tồn liệu sử dụng chức Array Editor (soạn thảo mạng) để thay đổi biến + Cửa sổ Launch Pad: Cửa sổ cho phép người dùng truy cập nhanh vào cửa sổ MATLAB, phần Help phần Online Documents, mở Demos + Cửa sổ thư mục Current Directory Browser: Nhờ cửa sổ người sử dụng nhận biết, chuyển đổi thư mục môi trường công tác, mở File, tạo thư mục Sử dụng MATLAB 2.1 Một số lệnh,biến thường sử dụng MATLAB + Một số lệnh với biến: - Clear: lệnh xóa tất biến định nghĩa trước chương trình - Clear biến 1, biến : xóa biến liệt kê câu lệnh - Who: hiển thị biến định nghĩa chương trình - Whos: hiển thị biến định nghĩa chương trình với thơng số biến Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page - Size (tên biến định nghĩa): cho biết kích cỡ biến dạng ma trận với phần tử thứ số hàng ma trận, phần tử thứ hai số cột ma trận - Save: lưu giữ biến vào File dạng Matlab.mat - Load: Tải biến lưu giữ File đưa vào vùng làm việc + Một số biến định nghĩa trước: - ans: tự động gán tên cho kết phép tính mà ta khơng đặt tên - pi: - realmax: đưa giá trị số lớn mà máy tính tính tốn - realmin: đưa giá trị số nhỏ mà máy tính tính toán 2.2 Số phức MATLAB + Biểu thức biểu diễn số phức: Tên = phần_thực + phần_ảo*i Hoặc: Tên = phần_thực + phần_ảo*j + Các hàm đặc biệt: - real(x): tìm phần thực số phức x imag(x): tìm phần ảo số phức x conj(x): tìm số phức liên hợp số phức x abs(x): tìm giá trị tuyệt đối số phức x angle(x): góc tạo trục thực trục ảo cảu số phức x Ví dụ: >>x=3.0000+4.0000i x= Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 3.0000+4.0000i >>thuc=real(x); thuc= 3.0000 >>ao=imag(x); ao= 4.0000 >>lienhop=conj(x); lienhop= 3.0000-4.0000j >>dolon=abs(x) ; dolon= 5.0000 >>goc=angle(x) ; goc= 36.8699 2.3 Sử dụng cửa sổ Command Window Do liệu MATLAB dạng ma trận nên biến dùng MATLAB dạng ma trận, việc đặt tên biến không đặt cách tùy tiện mà phải đặt theo quy định Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page Nhập biến, ma trận, lệnh liệt kê trực tiếp Trường hợp không sử dụng biến lưu kết quả, biến ans tự động gán: >>6+7 ans= 13 Nhập biến sử dụng lưu biến a=3 sau: >>a=3 ↵ a= Bạn sử dụng biến cho phép tốn tiếp theo: >>b=a*3 b= Nhập trực tiếp số liệu ma trận: >>A=[1 2;3 4] A= MATLAB có hàng trăm hàm định nghĩa sẵn như: sin , cos Ví dụ: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 10 >>x=pi >>sin(x) ans= 1.2246e-016 Chú ý : thứ tự ưu tiên phép toán : dấu ngoặc() biểu thức -> toán tử ^ (thực từ trái sang phải) -> toán tử nhân * , chia / (có mức ưu tiên thực từ trái sang phải) -> phép cộng + , phép trừ Ví dụ : cho số a=1, b=-2, c=1, giải phương trình bậc với hệ số đó: >>a=1 ; >>b=-2 ; >>c=1 ; >>delta=b^2-4*a*c ; >>x1=(-b-sqrt(delta))/(2*a); x1= >>x2=(-b+sqrt(delta))/(2*a); x2= + Lưu toàn biến Wordspace vào file: >>save(‘C:\matlabR12\work\ten_file’,-ASCII) + Lưu hai biến x y vào file Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 11 >>save(‘C:\matlabR12\work\ten_file’,’x’,’y’,’-ASCII’) + Lưu lấy liệu: >> load ('C:\matlabR12\work\ten_file', '-ASCII ') Ví dụ: >>a=3; >>b=4; >>save('C:\matlabR12\work\save','a','b','-ASCII') %lưu biến a b >>load('C:\matlabR12\work\save','-ASCII') %khôi phục liệu Sử dụng cửa sổ M-file Cách vào M-file: File/New/M-file, môi trường soạn thảo Editor/ Debugger 2.4 xuất Nhập trực tiếp biến: a=2; b=5; c=-3; x1=(-b-sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a); x2=(-b+sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a); Khi viết xong chương trình, ghi nội dung với tên Vidu.m thoát khỏi sổ soạn thảo trở cửa sổ lệnh Tại cửa sổ gõ tên Vidu.m vào sau tín hiệu lệnh >> >>Vidu.m ↵ >>x1= Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 12 -3.0000 >>x2= 0.5000 Các file*.m có loại: - Script file: chương trình khơng có giá trị trả - Function file: chương trình có giá trị trả a Script file Để thay đổi giá trị a, b, c ta sửa lại chương trình Vidu.m dòng nhắc nhập a, b, c với lần chạy chương trình khác Sử dụng lệnh input Ví dụ: Giải phương trình bậc a=input(‘nhap a=’); b=input(‘nhap b=’); c=input(‘nhap c=’); Hình 4: viết chương trình giải pt bậc với Script file (1) x1=(-b-sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a); x2=(-b+sqrt(b^2-4*a*c))/(2*a); Lưu nội dung với tên vidu1.m thoát khỏi cửa sổ soạn thảo trở cửa sổ lệnh >>vidu1.m Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 13 Cửa sổ lệnh xuất hiện: nhap a= %nhập hệ số a nhap b=3 %nhập hệ số b nhập c=2 %nhập hệ số c >>x1 x1= -0.7500-0.6614i >>x2 x2= Hình 5: viết chương trình giải pt bậc với Script file (2) -0.7500+0.6614i b Function file Mỗi file hàm MATLAB khai báo sau: Function [tên kết quả] = tenham(danh sách biến) Phần thân chương trình hàm lệnh MATLAB thực tính toán giá trị đại lượng nêu phần tên kết theo biến nêu phần danh sách biến Các biến có tác dụng nội hàm vừa khai báo Tên biến cách dấu phẩy (,) Ví dụ 1: Thành lập hàm đổi từ độ sang radian function rad = change(do) Tải FULL (file word 30 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ rad = do*pi/180; %đổi độ sang radian Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 14 File.m thường lấy tên tên hàm, ta đặt tên file vừa lập change.m Nếu muốn đổi 45o sang rad ta cần gõ >>rad=change(45) rad= 0.7854 Ví dụ 2: tạo hàm giải phương trình bậc với tên hàm bachai.m function [x1,x2] = bachai(a,b,c) delta=b^2-4*a*c; Hình 6: hàm giải ptb2 viết M-file x1=(-b-sqrt(delta))/(2*a); x2=(-b+sqrt(delta))/(2*a); Ra cửa sổ lệnh gõ: >>[x1,x2] = bachai(4,6,-7) x1= 0.7707 Hình 7: thực chương trình bachai.m command window x2= -2.2707 Chú ý : Cấu trúc câu lệnh điều kiện vòng lặp + Cấu trúc câu lệnh điều kiện 2933989 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Page 15 ... cập vào phần mềm ma trận cách dễ dàng, phần mềm phát triển cơng trình Linpack Eispack Ngày MATLAB dược phát triển lapack Artpack tạo nên nghệ thuật phần mềm cho ma trận a Dữ liệu Dữ liệu MATLAB. .. 2.2 Số phức MATLAB + Biểu thức biểu diễn số phức: Tên = phần_ thực + phần_ ảo*i Hoặc: Tên = phần_ thực + phần_ ảo*j + Các hàm đặc biệt: - real(x): tìm phần thực số phức x imag(x): tìm phần ảo số phức... hiển thị liệu -Với phần mềm đồ hoạ cực mạnh -Cho phép phát triển, giao tiếp với số phần mềm khác C++, Fortran 1.2 Tổng quan cấu trúc liệu Matlab Matlab hệ thống tương giao, phần tử liệu mảng (