Matlab là ngơn ngữ lập trình cấp độ cao và là mơi trường tương tác cho các tính tốn số, hiện thị trực quan và lập trình. Matlab cho phép phân tích dữ liệu, phát triển các thuật tốn, tạo ra các mơ hình và các ứng dụng. Ngơn ngữ lập trình, các cơng cụ và các hàm tốn học được xây dựng sẵn trong Matlab cho phép chúng ta khám phá nhiều cách tiếp cận vấn đề và thu được lời giải nhanh hơn các phần mềm bảng tính hoặc các ngơn ngữ lập trình truyền thống như C, C++ hay Java. Ngồi ra có thể tự định nghĩa các hàm con phục vụ nhu cầu công việc riêng.
Ví dụ ta có một tập dữ liệu hồi quy theo đường cong bậc 2: x 1 2 3 4 5 6 y 1 4,5 11 20 31,5 50 Cần nội suy giá trị y ứng với x = 7 ta dùng lệnh:
>> interp1(x,y,7,'cubic') ans = 73,8667
Ta có thể tạo hàm riêng ví dụ hàm giải phương trình bậc 2, đặt là
bac2.m được soạn như sau:
function [x1,x2] = bac2(a,b,c)
delta=b^2-4*a*c;
if delta<0
disp('Phuong trinh vo nghiem')
elseif delta==0 x1=-b/(2*a) x2=x1 else x1=(-b+sqrt(delta))/(2*a) x2=(-b-sqrt(delta))/(2*a) end end
Khi cần sử dụng để giải phương trình bậc 2 bất kỳ, ta gọi hàm bac2.m trong cửa sổ nhắc lệnh của Matlab:
>> bac2(1,-2,1) %Với 1, -2, 1 tương ứng với hệ số a, b, c của x2 – 2x + 1 = 0
Matlab được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng bao gồm cả xử lý tín
hiệu và truyền thơng dữ liệu, xử lý hình ảnh và video, kiểm soát hệ thống, kiểm tra và đo lường, tính tốn tài chính và sinh học. Hơn một triệu kỹ sư và các nhà khoa học sử dụng Matlab, ngơn ngữ lập trình tính tốn kỹ thuật, trong công nghiệp và nghiên cứu khoa học.
Simulink là môi trường sơ đồ khối cho việc mô phỏng đa miền và thiết kế các mơ hình cơ bản. Simulink hỗ trợ thiết kế hệ thống cao cấp, mô phỏng, tự động tạo mã nguồn và tiếp tục kiểm tra, đánh giá hệ thống được nhúng
trong môi trường.
Simulink cung cấp công cụ đồ họa, các thư viện khối tùy chỉnh, xây
dựng mơ hình và mơ phỏng các hệ thống động. Chúng tương tác với Matlab, cho phép tích hợp các thuật tốn của Matlab vào mơ hình và xuất kết quả mơ phỏng ra Matlab để tiếp tục phân tích kết quả. Nghĩa là để mơ phỏng hệ thống
đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, tích phân, phương trình trạng
thái, hàm truyền đạt,… thì cần chuyển các mã lệnh trong Matlab (dạng m-file) sang các khối khác nhau trong Simulink theo cấu trúc cần khảo sát.
Môi trường làm việc của Simulink bao gồm các khối chuẩn trong thư viện gồm các khối Sources (khối nguồn phát tín hiệu), khối Sinks (khối hiển thị kết quả), khối Continuous (khối hàm tuyến tính), khối Discontinuities (khối hàm phi tuyến), khối Dicrete (khối tín hiệu rời rạc), khối Math Operations (khối các hàm toán học),… và các khối riêng biệt dùng cho các lĩnh vực khoa học khác như sinh học, mạng noron, tự động hóa,…
Hình 1.6. Thư viện các khối chuẩn trong Simulink
Ví dụ mơ phỏng biến thiên giá trị khối lượng riêng của metanol khi nhiệt độ thay đổi. Mơ hình Simulink được thiết kế với khối giá trị nhiệt độ
ban đầu là 25oC, biến đổi theo dạng hình sin với biên độ 1oC. Khối khối lượng riêng của metanol sử dụng khối Matlab Fcn để lấy cơ sở dữ liệu từ hàm
mô phỏng trong 10 giây được hiển thị trên đồ thị là đường cong giá trị độ
nhớt biến thiên theo nhiệt độ và đường cong biến thiên nhiệt độ.
Hàm roMe.m soạn trong M-File như sau (The Engineering Toolbox):
function roMe = roMe(nhietdo)
TMeA=[-50 -30 -10 10 30 50 70 90 110 130 150];
roMeA=[844 834 819 801 782 764 746 724 704 685 653]; roMe=interp1(TMeA, roMeA, nhietdo, 'linear');%kg/m3
end
Thiết kế mơ hình trong Simulink như hình vẽ dưới:
Hình 1.7. Mơ hình mơ phỏng giá trị khối lượng riêng của metanol thay đổi
khi nhiệt độ thay đổi
Kết quả mơ phỏng như sau:
Hình 1.8. Biến thiên nhiệt độ và sự thay đổi giá trị khối lượng riêng
của metanol khi nhiệt độ thay đổi
Kết quả trên cho thấy khi nhiệt độ tăng thì giá trị khối lượng riêng của metanol giảm và ngược lại.
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH TỐN