BÀI GIẢNG TIN ỨNG DỤNG NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về: Phầnmềm Matlab và ứng dụng của nó để mô phỏng các bài toán điều khiển các quá trìnhcông nghệ thông dụng Sau khi đã cài đặt xong, chúng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG TIN ỨNG DỤNG NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

Đối tượng: HSSV trình độ Đại học, Cao đẳng, TCCN

Ngành đào tạo: Dùng chung cho Khối ngành Công nghệ

Lưu hành nội bộ

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 2

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ MATLAB 1

1.1.Khái niệm về Matlab 1

1.1.1.Định nghĩa 1

1.1.2 Cài đặt chương trình 2

1.1.3 Khởi động và thoát khỏi Matlab 5

1.2.Bắt đầu làm quen với Matlab 6

1.2.1 Cửa sổ lệnh 6

1.2.2.Hiệu chỉnh, sửa đổi dòng lệnh 7

1.2.3.Xoá cửa sổ lệnh 7

1.2.4.Dừng một chương trình đang chạy 7

1.2.5 Ngăn không cho hiển thị kết quả tính toán ra màn hình 7

1.2.6.Dòng lệnh dài 7

1.2.7 Các Menu của Matlab 8

1.2.8 Một số phím chuyên dụng và lệnh thông dụng 10

1.2.9.Biến trong Matlab 11

1.2.10 Các phép toán trong Matlab 12

1.3.Sử dụng các lệnh trực tiếp từ Matlab 14

1.4 Sử dụng các lệnh từ file lệnh 15

1.5 Dòng nhắc gán giá trị các biến 15

1.6 Các tạo một hàm 17

1.7 Sử dụng hàm có sẵn 18

1.8 Vẽ các hàm 18

1.9 Lưu và lấy dữ liệu 19

1.10 Các toán tử Logic và các lệnh điêu kiện 19

1.10.1.Các toán tử logic 19

1.10.2 Cấu trúc câu lệnh điều kiện: 20

1.11.Vòng lặp 23

1.11.1.Vòng lặp for 23

1.11.2.Vòng lặp for lồng nhau 24

1.11.3.Vòng lặp While 24

1.11.4 Các lệnh break, return, error: 25

1.12 Biến toàn cục (global variables) 25

1.13.Một số hàm toán học 26

1.14 Định dạng số 27

CHƯƠNG 2: SYMBOLIC TOOLBOX 29

2.1 Giới thiệu về symbolic 29

2.2 Lệnh và hàm trong Symbolic Matlab 29

2.2.1 Cấu trúc : 29

2.2.2 Biến symbolic mặc định 29

2.2.3 Phép đạo hàm 30

2.2.4 Phép tích phân 31

2.2.5 Tìm giới hạn 32

2.2.6 Tính tổng của dãy số symbolic 32

2.2.7 Tách tử số và mẫu số của một biểu thức symbolic 33

2.2.8 Thay thế 34

2.2.9 Biểu diễn biểu thức symbolic dưới dạng toán học 35

2.2.10 Giải phương trình đại số 35

2.2.11 Phương trình vi phân 36

2.2.12 Biến đổi laplace và laplace ngược 36

CHƯƠNG 3:MA TRẬN VÀ MẢNG TRONG MATLAB 38

3.1 Nhập ma trận trong Matlab 38

3.1.1 Các Cách nhập matrận trong Matlab 38

3.2 Ma trận số phức 40

3.3 Tạo vec tơ 40

3.4 Truy nhập các phần tử của ma trận 40

3.5 Phép tính ma trận và mảng 41

3.6 Giải hệ phương trình tuyến tính 42

3.6.1 Hệ phương trình tuyến tính : 42

3.6.2 Hệ Phương trình tuyến tính không đồng nhất 42

3.6.3 Hệ phương trình tuyến tính đồng nhất 43

3.6.4 Giải hệ phương trình tuyến tính bằng Matlab(Dùng toán tử \) 44

3.7 Điều kiện có nghiệm 45

3.8 Hệ điều kiện yếu 46

3 9 Lệnh cond Tính điều kiện của ma trận 47

Câu hỏi ôn tập 48

CHƯƠNG 4 :ĐỒ HOẠ TRONG MATLAB 50

4.1 Màn hình đồ thị 50

4.2.Các lệnh trên menu đồ họa: 50

4.2.1 File: 50

4.2.2 Edit: 54

4.2.3 Tools ( Ctrl + t) : 56

4.3.Thực hành vẽ đồ thị 2- D 62

4.3.1.Đồ thị tuyến tính: 62

4.3.2.Đồ thị dạng đánh dấu: 63

4.3.3.Vẽ nhiều đường biểu diễn trên cùng một đồ thị: 63

4.3.4 Chú thích và kiểm soát đồ thị: 63

4.3.5.Đồ thị hình thanh: 65

4.3.6.Đồ thị toạ độ cực: 65

4.3.7.Đồ thị hình Pie: 66

4.3.9.Lệnh staris: 67

4.4 Thực hành vẽ đồ thị 3- D 67

CHƯƠNG 5: CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TÍNH 69

MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG 69

5.1 Nội suy và thuật toán nội suy 69

5.1.1 Nội suy lagrange cho bài toán một chiều 69

5.1.2 Nội suy cho bài toán hai chiều 72

5.2 Giải phương trình phi tuyến 73

5.3 Dùng Laplace để giải bài toán trong Lý thuyết Mạch 77

5.4 Giải hệ phương trình đại số tuyến tính 79

5.5 Phương trình vi phân thường 80

CHƯƠNG 6:MÔ HÌNH HÓA,MÔ PHỔNG HỆ THỐNG 84

MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG 84

6.1 Khái niệm về simulink 84

6.2 Thư viện simulink và môi trường làm việc 84

6.3 Phương pháp xây dựng mô hình 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 94

LỜI GIỚI THIỆUHọc phần Tin ứng dụng thuộc khối kiến thức cơ sở chung của các ngành Đại học

kỹ thuật chuyên ngành điện Trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về: Phầnmềm Matlab và ứng dụng của nó để mô phỏng các bài toán điều khiển các quá trìnhcông nghệ thông dụng

Sau khi đã cài đặt xong, chúng ta hãy xem MATLAB có thể làm được những gì.Trong phần này chúng ta sẽ trình bày một số những ứng dụng của nó; vì để trình bàytất cả những ứng dụng của MATLAB sẽ rất dài và tốn thời gian Nếu bạn đọc quyểnhướng dẫn này, bạn sẽ thấy MATLAB là ngôn ngữ rất mạnh để giải quyết những vấn

đề quan trọng và khó khăn của bạn Nó sẽ rất hữu ích khi bạn đọc phần hướng dẫn cơbản vì nó sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản để bạn hiểu rõ MATLAB vàphát triển được những khả năng của mình sau này

Có lẽ cách dễ nhất để hìng dung về MATLAB là nó có đầy đủ các đặc điểm củamáy tính cá nhân: giống như các máy tính cơ bản, nó làm tất cả các phép tính toán học

cơ bản như cộng, trừ, nhân, chia; giống như máy tính kỹ thuật, nó bao gồm: số phức,căn thức, số mũ, logarithm, các phép toán lượng giác như sine, cosine, tang; nó cũnggiống như máy tính có khả năng lập trình, có thể lưu trữ, tìm kiếm lại dữ liệu, cũng cóthể tạo, bảo vệ và ghi trình tự các lệnh để tự động phép toán khi giải quyết các vấn đề,bạn có thể so sánh logic, điều khiển thực hiên lệnh để đảm bảo tính đúng đắn của phéptoán Giống như các máy tính hiện đại nhất, nó cho phép bạn biểu diễn dữ liệu dớinhiều dạng như: biểu diễn thông thường, ma trân đại số, các hàm tổ hợp và có thể thaotác với dữ liệu thường cũng như đối với ma trận

Trong thực tế MATLAB còn ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và nócũng sử dụng rất nhiều các phép tính toán học Với những đặc điểm đó và khả năngthân thiện với người sử dụng nên nó dễ dàng sử dụng hơn các ngôn ngữ khác nhưBasic, Pascal, C

Nó cung cấp một môi trường phong phú cho biểu diễn dữ liệu, và có khả năngmạnh mẽ về đồ hoạ, bạn có thể tạo các giao diện riêng cho người sử dụng(GUIs) đểgải quyết những vấn đề riêng cho mình Thêm vào đó MATLAB đưa ra những công

cụ để giải quyết những vấn đề đặc biệt, gọi là Toolbox (hộp công cụ) Ví dụ StudentEdition của MATLAB bao gồm cả Toolbox điều khiển hệ thống, Toolbox xử lí tínhiệu, Toolbox biểu tượng toán học Ngoài ra bạn có thể tạo Toolbox cho riêng mình.Với những khả năng mạnh mẽ, rộng lớn của MATLAB nên nó rất cần thiết chobạn bắt đầu từ phần cơ bản Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu từng phần, và cuốn sáchnày sẽ giúp bạn hiểu được chúng Trước tiên, một cách đơn giản nhất là chúng ta quanniệm như là một máy tính cơ bản, tiếp theo là như máy tính kỹ thuật và như máy tính

có thể lập trình được, cuối cùng là như máy tính hiện đại nhất Bằng cách quan niệmnày bạn sẽ dễ dàng hiểu đựơc những cách mà MATLAB giải quyết những vấn đềthông thường và xem MATLAB giải quyết những vấn đề về số phức mềm dẻo nhưthế nào

Tuỳ thuộc vào kiến thức của bạn, bạn có thể tìm thấy những phần trong cuốn sáchhướng dẫn này hứng thú hay buồn tẻ

Ký tên Nguyễn Thị B

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ MATLAB MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

- Hiểu rõ khái niệm và cách cài đặt phần mềm Matlab

- Nắm được các menu và các lệnh cơ bản trong Matlab

- Về thái độ: Học sinh, Sinh : Biết cách khai bao biến trong Matlab, tạo và sử dụng function và script file

NỘI DUNG BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT

1.1.Khái niệm về Matlab

1.1.1.Định nghĩa

MATLAB là 1 phần mềm ứng dụng chạy trong môi trường Windows do hãngMathWorks sản xuất và cung cấp Có thể coi Matlab là ngôn ngữ của kỹ thuật Nó tíchhợp các công cụ rất mạnh phục vụ tính toán, lập trình, thiết kế, mô phỏng, trong mộtmôi trường rất dễ sử dụng trong đó các bài toán và các lời giải được biểu diễn theo các

ký hiệu toán học quen thuộc

Các ứng dụng điển hình là: - Toán học và tính toán

- Phát triển thuật toán

- Tạo mô hình, mô phỏng và tạo giao thức

- Khảo sát, phân tích số liệu

- Đồ hoạ khoa học kỹ thuật

- Phát triển ứng dụng, gồm cả xây dựng giao diện người dùng đồ hoạ GUI

Matlab là một hệ thống tương tác mà phần tử dữ liệu cơ bản là một mảng (array)không cần khai báo kích thước Điều này cho phép bạn giải nhiều bài toán tính toán

kỹ thuật đặc biệt là các bài toán liên quan đến ma trận và véc tơ

Matlab là viết tắt của hai từ tiếng Anh Matrix Laboratory (Phòng thí nghiệm matrận) Ban đầu Matlab được viết chỉ để phục vụ cho việc tính toán ma trận Trải quathời gian dài, nó đã được phát triển thành một công cụ hữu ích, một ngôn ngữ của kỹthuật Trong môi trường đại học, nó là một công cụ chuẩn cho các khoá học mở đầu

và cao cấp về toán học, khoa học và kỹ thuật Trong công nghiệp, nó là công cụ đượclựa chọn cho việc phân tích, phát triển và nghiên cứu hiệu suất cao

Matlab cung cấp một họ các giải pháp theo hướng chuyên dụng hoá được gọi làcác 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 cáchàm của Matlab (M-file) cho phép mở rộng môi trường Matlab để giải các lớp bàitoán cụ thể Các lĩnh vực trong đó có sẵn các toolbox bao gồm: Xử lý tín hiệu, hệthống điều khiển, logic mờ, 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 hướng đối tượng Nó cho phéplập trình các ứng dụng từ nhỏ đến các ứng dụng lớn và phức tạp.

- Môi trường làm việc Matlab: Đây là một bộ các công cụ và phương tiện màbạn sử dụng với tư cách là người dùng hoặc người lập trình Matlab Nó bao gồm cácphương tiện cho việc quản lý các biến trong không gian làm việc Workspace cũngnhư xuất nhập khẩu dữ liệu Nó cũng bao gồm các công cụ phát triển, quản lý, gỡ rối

và định hình M-file, ứng dụng của Matlab

- Xử lý đồ hoạ: Đây là hệ thống đồ hoạ của Matlab Nó bao gồm các lệnh caocấp cho trực quan hoá dữ liệu hai chiều và ba chiều, xử lý ảnh, ảnh động, Nó cũngcung cấp các lệnh cấp thấp cho phép bạn tuỳ biến giao diện đồ hoạ cũng như xâydựng một giao diện đồ hoạ hoàn chỉnh cho ứng dụng Matlab của mình

- Thư viện toán học Matlab: Đây là tập hợp khổng lồ các thuật toán tính toán từcác hàm cơ bản như cộng, sin, cos, số học phức, tới các hàm phức tạp hơn nhưnghịch đảo ma trận, tìm 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 bạn viết các chương trình C và Fortran tương thích vớiMatlab

Simulink, một chương trình đi kèm với Matlab, là một hệ thống tương tác vớiviệc mô phỏng các hệ thống động học phi tuyến Nó là một chương trình đồ hoạ sửdụng chuột để thao tác cho phép mô hình hoá một hệ thống bằng cách vẽ một sơ đồkhối trên màn hình Nó có thể làm việc với các hệ thống tuyến tính, phi tuyến, hệthống liên tục theo thời gian, hệ gián đoạn theo thời gian, hệ đa biến,

1.1.2 Cài đặt chương trình

a Khởi động windows.

Matlab là một phần mềm chạy trong môi trường Windows nên qui trình cài đặtMatlab cũng tương tự như việc cài đặt các chương trình phần mềm khác trongWindows, chỉ cần làm theo các hướng dẫn của chương trình cài đặt

b.Tiến hành cài đặt

- Đưa đĩa CD vào ổ đĩa (nếu cài từ đĩa CD-ROM)

Do chương trình được cấu hình theo chế độ Autorun (tự chạy) nên khi đưa đĩa

CD vào ổ đĩa thì trình Setup tự động được kích hoạt Trường hợp chế độ Autorunkhông được kích hoạt (do tập tin Autorun bị lỗi), dùng Hoặc ta có thể kích chuột vàonút Start trên thanh tác vụ (Task bar) của windows, chọn lệnh run, gõ vào đường dẫncủa file, nhấn Enter hoặc kích vào nút lệnh Run Sau đó làm theo các hướng dẫn củatrình cài đặt của Windows

- Trường hợp cài đặt Matlab từ đĩa cứng:

Trường hợp này yêu cầu phải có sẵn bộ cài đặt trong đĩa cứng Khi đó, ta

sử dụng Windows Explorer hây My Computer để duyệt ổ cứng, tìm đến thư mục(folder) cài đặt rồi kích đúp chuột vào file (tập tin) Setup.exe Sau đó làm theo cáchướng dẫn của trình cài đặt của Windows

Sau khi file setup.exe được kích hoạt, cửa sổ Welcom to MATLAB Setup hiện lên

trong giây lát Kích vào nút lệnh Next để chuyển sang cửa sổ cài đặt kế tiếp

c.Nhập thông tin của người dùng và Personal License Password

Cửa sổ thứ hai thể hiện các thông tin về bản quyền của chương trình Kích Yes

để sang cửa sổ cài đặt kế tiếp Trong cửa sổ thông tin về khách hàng CustomerInformation (hình 1.2), nhập họ tên vào khung Name, địa chỉ hoặc tên công ty vàokhung Company Nhập mã khoá (Serial Key) của chương trình vào khung PersonalLicense Password Kích chuột vào Next để tiếp tục quá trình cài đặt

Hình 1.2 Cửa sổ Software License Agreement và cửa sổ thông tin về khách hàng

Hình 1 Cài đặt Matlab trong Windows và màn hình Welcome

Hình 1.3 Lựa chọn các thành phần của Matlab sẽ được cài đặt

trong chương trình để tiết

kiệm dung lượng đĩa cứng

Muốn kiểm tra dung lượng

của chương trình, kích vào

Disk Space để quan sát

Muốn thay đổi thư

mục cài đặt Matlab, kích

chuột vào nút Browse và

tạo đường dẫn tới địa chỉ

cần đặt thư mục Matlab

Thư mục mặc định là C:\

MATLABR11

Để tiếp tục kích Next,

màn hình hiện khung thông

tin Setup và trình setup bắt

đầu copy các tập tin vào thư

mục cài đặt

e.Hoàn thành cài đặt

Sau khi hoàn thành

quá trình Copy các file của

chương trình vào thư mục

Sau khi kết thúc cài đặt cửa sổ kế tiếp là Internet Explorer (nếu không bỏ đánhdấu ở ô “Yes, launch the Help Desk to view the Release Note”) KíchClose để trở về cửa sổ nền Desktop của windows, biểu tượng của Matlab sẽ được tựđộng đưa ra Desktop của windows

Hình 1.4 Quá trình copy file của chương trình

vào thư mục cài đặt

1.1.3 Khởi động và thoát khỏi Matlab

Start/ Programs/ Matlab/ Matlab 5.3

Sau khi khởi động xong cửa sổ Matlab Command Window hiện ra như hình 1.4.Cũng như các chương trình chạy trong môi trường Windows khác Matlabcũng có những thành phần giao diện của chương trình

 Dòng trên cùng là thanh tiêu đề gồm:

+ Tận trái là biểu tượng chương trình Khi kích vào biểu tượng này Matlabhiện menu xổ chứa các lệnh liên quan tới việc xử lý khung cửa sổ chương trình cũngnhư thoát khỏi chương trình

+ Kế tiếp biểu tượng là tên chương trình cùng với cửa sổ chương trình Tậncùng là ba biểu tượng có chức năng phong to, thu nhỏ và thoát khỏi chương trình

 Dòng thứ hai là thanh menu (Menu bar – thanh thực đơn) của chươngtrình gồm các menu chính chứa các lệnh liên quan đến việc tạo, xử lý, gánthuộc tính, cho các đối tượng, thiết lập cấu hình phần mềm,

 Dòng thứ ba là thanh công cụ (Tool bar – thanh công cụ) chứa biểutượng đường tắt (Shortcut) của các lệnh thường sử dụng, giúp người sử dụngtruy cập nhanh vào các lệnh của Matlab

 Phần chiếm gần chọn màn hình là cửa sổ lệnh, là nơi nhập các lệnh

và hiển thị kết quả cũng như các thông tin khác

Hình 1.4 Cửa sổ Command Windows của Matlab

 Cuối cùng là thanh tác vụ hay thanh trạng thái (status bar) hiện thôngtin về tình trạng đang xử lý, thực hiện đối với đối tượng

b) Thoát khỏi MATLAB

Trong Windows, có rất nhiều cách để thoát khỏi một chương trình ứng dụng, đểthoát khởi Matlab ta có thể sử dụng một trong những cách sau:

Từ cửa sổ lệnh Matlab Command Window đánh lệnh quit hoặc kích biểu tượng

close nằm ngay góc phải trên thanh tiêu đề Matlab Hoặc kích chuột theo đườngdẫn sau:

File / Exit MATLAB

1.2.2.Hiệu chỉnh, sửa đổi dòng lệnh

Các phím mũi tên, các phím điều khiển trên bàn phím cho phép gọi lại, sửa đổi

và tái sử dụng các lệnh đã gõ vào trước đó Ví dụ, giả sử ta gõ vào dòng lệnh:

>>a=(1+sqt(5))/2 %sqrt(x) là hàm tính giá trị căn bậc hai của x

Do ta gõ thiếu chữ r trong cú pháp của hàm sqrt nên Matlab báo lỗi như sau:

Undefined function or variable ‘sqt’ có nghĩa là hàm hoặc biến ‘sqt’ không được

định nghĩa Thay vì gõ lại cả dòng lệnh, đơn giản là ta nhấn phím , câu lệnh bị sai ởtrên sẽ được hiển thị lại Sử dụng phím  (hoặc dùng chuột) để di chuyển con trỏ đến

vị trí giữa chữ q và chữ t rồi chèn vào chữ r sau đó nhấn enter, kết quả là:

>>a=(1+sqrt(5))/2 

a=

1.6180

Ta có thể sử dụng phím nhiều lần để tìm các lệnh đã gõ trước đó Cũng có thểgọi nhanh lại một câu lệnh đã thực hiện trước đó bằng cách gõ ký tự đầu của dònglệnh rồi nhấn  Ví dụ, để gọi lại chính xác lệnh ở trên như sau:

>>a 

1.2.3.Xoá cửa sổ lệnh

Sử dụng lênh clc để xoá cửa sổ lệnh (xoá màn hình) Lệnh này không xoá nộidung trong không gian làm việc Workspace, mà chỉ xoá màn hình Sau khi sử dụngclc ta có thể sử dụng phím  để gọi lại lệnh cũ

1.2.4.Dừng một chương trình đang chạy

Về nguyên tắc có thể dừng một chương trình đang chạy trong Matlab tại bất kỳthời điểm nào bằng cách nhấn tổ hợp phím Ctrl + C Tuy nhiên, ta vẫn có thể phải đợicho đến khi một hàm đang thực thi bên trong hoặc MEX-file kết thúc hoạt động củanó

1.2.5 Ngăn không cho hiển thị kết quả tính toán ra màn hình

Nếu bạn chỉ đơn giản là gõ vào một câu lệnh (phép tính) và nhấn , Matlab sẽ

tự động hiển thị kết quả của câu lệnh (phép tính) đó ra màn hình Tuy nhiên nếu bạnkết thúc dòng lệnh với một dấu (;) thì Matlab sẽ thực hiện việc tính toán nhưng khônghiển thị kết quả ra màn hình Điều này đặc biệt có ích khi thực hiện tính toán với cácvéc tơ hoặc Matlab trận có số phần từ rất lớn

1.2.6.Dòng lệnh dài

Nếu một câu lệnh quá dài, không vừa trên một dòng, ta sử dụng một toán tử bachấm (…) sau đó nhấn  để biểu thị rằng câu lệnh còn tiếp tục ở dòng kế tiếp Ví dụ:

s = 1 – 1/2 + 1/3 – 1/4 + 1/5 – 1/6 + 1/7

– 1/8 + 1/9 – 1/10 + 1/11 – 1/12;

Số ký tự tối đa cho phép trên một dòng là 4096 ký tự Các khoảng trắng (dấucách) xung quanh các dấu =, +, -, *, /,… là tuỳ ý (không nhất thiết phải có) nhưngchúng giúp ta dễ đọc hơn

1.2.7 Các Menu của Matlab

a.Menu File

Kích chuột vào File hoặc nhấn tổ hợp phím

Alt-F, xuất hiện menu xổ chứa các lệnh liên quan đến

việc tạo mới, quản lý, gán thuộc tính cho đối tượng

(các tập tin - file) đã có sắn, thiết lập cấu hình phần

mềm

- New (hình 2.1): Hiện menu chứa ba lệnh để

tạo đối tượng mới Đối tượng ở đây có thể là một

script, một cửa sổ đồ hoạ hay một mô hình mô phỏng

hệ thống

+ M-file: Hiện cửa sổ Editor/ Debugger Đây

là môi trường bạn tạo mới cũng như sửa đổi, gỡ rối

các tập tin chương trình như M-file hoặc MEX-file

hoặc các đối tượng nào đó để thực hiện một nhiện vụ

nào đó Để có thể tạo được các tập tin này, bạn phải

dùng ngôn ngữ lập trình C hoặc FORTRAN

+ Figure : Đây là môi trường đồ hoạ để bạn tự vẽ các đối tượng hoặc để Matlab

vẽ các đồ thị theo hàm lệnh bạn nhập từ khung cửa sổ lệnh của MATLAB hoặc mở đồ

thị cũ với lệnh Open của Matlab.

- Open (hình 2.5): Mở tập tin đồ thị hoặc hình ảnh trong cửa sổ Figure để xử

+ Trong cửa sổ Matlab Command

windows kích: File/Open Xuất hiện khung

thoại Open

+ Từ khung thoại, gõ địa chỉ của file vào

ô file name, nhấn open hoặc kích chọn tên tập

tin cùng kiểu tập tin (file type) muốn mở và

kích Open

- Run Script :

Chạy một chương trình đã lưu thành một

tập tin

Trong cửa sổ Matlab Command window kích: File/Run Script.

Trên màn hình xuất hiện khung thoại Run Script (hình 2.9).

Gõ địa chỉ và tên tập tin vào trong khung nhập lệnh Run rồi kích OK Để tìm kiếm các tập tin đã lưu trong máy, kích vào nút để duyệt

Từ khung thoại Browse chọn nguồn chứa và tên tập tin cần mở rồi kích vào

Open để về khung thoại Run Script với

toàn bộ đường dẫn cùng tên tập tin

muốn mở Kích OK

- Print Setup :

Hiện khung thoại Print cùng

các chức năng phụ liên quan đến việc in

Hình 2.7 Cửa sổ Open files

Hình 2.9 Khung thoại Run Script và hộp thoại Browse

Hình 2.18 Cửa sổ Print setup

- Undo: Huỷ lệnh hoặc thao tác đã thực hiện trước đó Sau khi chọn lệnh

Undo để huỷ lệnh, lệnh sẽ đổi thành Redo để người sử dụng khôi phục những gì đãhuỷ trước đó với lệnh Undo

- Cut (Ctrl +X):

Xoá tạm thời đối tượng trong khung cửa sổ lệnh hiện hành và đưa vào bộ nhớđệm của chương trình, sau đó có thể dán đối tượng trở lại vào vị trí được chọn Đốitượng được cắt có thể là một công thức, một chuỗi ký tự, hàm lệnh…

+ Chọn đối tượng muốn cắt trong khung cửa sổ lệnh MATLAB và ấn Ctrl + X hoặc chọn Cut từ menu Edit Đối tượng sẽ tạm biến mất tại vị trí hiện hành.

+ Chọn vị trí cần dán rồi nhấn Ctrl + V hoặc Paste Đối tượng sẽ được dán vào

vị trí đã chọn

- Copy (Ctrl + C):

Sao chép đối tượng trong khung cửa sổ lệnh MATLAB và sau đó dán vào vị trí

đã chọn Đối tượng được Copy có thể là một công thức, một chuỗi ký tự, hàm lệnh…

+ Chọn đối tượng cần Copy tại cửa sổ lệnh MATLAB và sau đó ấn Ctrl + C

hoặc Copy

+Chọn vị trí cần copy đến và ấn Ctrl + V hoặc chọn Paste từ menu Edit.

- Paste (Ctrl + V):

Dán đối tượng đã được Cut hoặc Copy vào vị trí đã chọn Ngoài ra , , bạn còn

có thể dùng lệnh Paste của MATLAB để dán các đối tượng khác vào MATLAB

- Clear: Xoá đối tượng đã được chọn trong khung cửa sổ MATLAB

- Select All: Chọn toàn bộ nội dung trong khung cửa sổ lệnh của MATLAB.

-  Hoặc Ctrl + p : Gọi lại các lệnh đã thực hiện trước đó

-  Hoặc Ctrl +n : Gọi lại lệnh vừa thực hiện trước đó

-  Hoặc Ctrl + f : chuyển con trỏ sang bên phải 1 ký tự

Hình 2.20 Menu View

-  hoặc Ctrl + b: chuyển con trỏ sang trái một ký tự.

- Dấu “;” dùng trong […] để kết thúc một hàng của ma trận hoặckết thúc một biểu thức hoặc câu lệnh mà không hiển thị kết quả ra mà hình

-  nhảy xuống dòng dưới

- Ctrl + A hoặc Home : chuyển con trỏ về đầu dòng

- Ctrl + E hoặc End: Chuyển con trỏ đến cuối dòng

- BackSpace: Xoá ký tự bên trái con trỏ

- Esc: xoá dòng lệnh

- Ctrl + K : Xoá từ vị trí con trỏ đến cuối dòng

- Ctrl + C : Dừng chương trình đang thực hiện

- Clc : lệnh xoá màn hình

- Clf: Lệnh xoá màn hình đồ hoạ

- Input: lệnh nhập dữ liệu vào từ bàn phím

- Demo: lệnh cho phép xem các chương trình mẫu

- Help: lệnh cho phép xem phần trợ giúp

- Ctrl – c: Dừng chương trình khi nó bị rơi vào trạng thái lặpkhông kết thúc

- Dòng lệnh dài: Nếu dòng lệnh dài quá thì dùng …  để chuyểnxuống dòng dưới

1.2.9.Biến trong Matlab

a.Đặc điểm của biến trong Matlab:

- Không cần khai báo biến và kiểu của biến Tuy nhiên trước khi gán một biếnthành một biến khác thì cần đảm bảo rằng biến ở bên phải của phép gán có một giá trịxác định

- Bất kỳ một phép toán nào gán một giá trị vào một biến sẽ tạo ra biến đó nếucần (biến đó chưa xác định) hoặc ghi đè lên giá trị hiện tại nếu nó đã tồn tại trongWorkspace

- Tên biến bao gồm một chữ cái sau một số bất kỳ các chữ cái, chữ số và dấugạch dưới Matlab phân biệt chữ in hoa và chữ in thường, vì vậy X và x là hai biếnphân biệt

- Tên biến là một dãy ký tự bao gồm các chữ cái hay các chữ số hoặc một số ký

tự đặc biệt dùng để chỉ tên của biến hoặc tên của hàm Chúng phải được bắt đầu bằngchữ cái sau đó có thể là các chữ số hoặc một vài ký tự đặc biệt Chiều dài tối đa củatên là 31 ký tự

- Bình thường Matlab có sự phân biệt các biến tạo bởi chữ cái thường vàchữ cái in hoa Các lệnh của Matlab nói chung thường sử dụng chữ cái thường Việc

phân biệt đó có thể được bỏ qua nếu chúng ta thực hiện lệnh : >> casensen off

b Một số lệnh với biến

- clear: lệnh xoá tất cả các biến đã được định nghĩa trước trongchương trình

- clear biến1, biến 2 : xoá các biến được liệt kê trong câu lệnh

- Who: hiển thị các biến đã được định nghĩa trong chương trình

- Whos: hiển thị các biến đã được định nghĩa trong chương trìnhcùng với các thông số về biến

- Size (tên biến đã được định nghĩa): cho biét kích cỡ của biếndưới dạng ma trận với phần tử thứ nhất là số hàng của ma trận, phần tử thứ

2 là số cột của ma trận

- Save: Lưu giữ các biến vào một File có tên là Matlab mat

- Load: Tải các biến đã được lưu giữ trong một File đưa vào vùnglàm việc

c.Một số biến đã được định nghĩa trước

- ans: Answer - tự động gán tên này cho kết quả của một phép

- i, j: Đơn vị ảo của số phức.

- inf: infinity- vô cùng lớn.

1.2.10 Các phép toán trong Matlab

a.Phép toán số học

Matlab có hai kiểu phép toán số học, đó là phép toán ma trận (matrixarithmetic operation) và phép toán mảng (array arithmetic operation) Phép toán matrận được định nghĩa bởi các luật của đại số tuyến tính Phép toán mảng được thựchiện tương ứng từng phần tử, chẳng hạn phép nhân mảng hai ma trận A có các phần tử

là a(i,j) và B có các phần tử là b(i,j) được thực hiện bằng cách nhân tương ứng từngphần tử của A và B:

án tửCộng

TrừNhânChiaphải

Chiatrái

Luỹthừa

Phépgán

+-

*/

\

^

=

CộngTrừ

Nhân

Chia phảiChia tráiLuỹ thừa

Phép gán

+-.*

Cộng, trừ

c.Các phép toán quan hệ và phép toán logic

Các phép toán quan hệ bao gồm:

ans = 1

>>1~=1

ans = 0

2 34

10 1112

>> A==Bans =

1 1 1

0 0 0

0 0 0

1.3.Sử dụng các lệnh trực tiếp từ Matlab

 Ví dụ 1 : Giải phương trình bậc hai ax2 +bx +c = 0

Ta biết các nghiệm của phương trình này có dạng:

x =

a

ac b

b

2

4 2

Những lệnh của Matlab có thể được đưa vào một file Sau đó bạn sẽ hướngdẫn Matlab làm việc với các lệnh đó Bây giờ, với ví dụ 1, chúng ta sẽ đưa toàn bộ cáclệnh trên vào một file lấy tên là vidu.m Tên của file phải được bắt đầu bằng một ký tự

và phần mở rộng là m Các bước như sau:

Bước 1: File / New/ M-file, Môi trường soạn thảo Editor / Debugger sẽ xuất

Bước 3: Ghi lại nội dung tập tin với tên vidu.m rồi thoát khỏi môi trường soạn

thảo để trở về cửa sổ lệnh (Matlab Command window)

Bước 4: Tại cửa sổ lệnh ta gõ tên tập tin.

b=input('nhap b= ');

c=input('nhap c= ');

x1=(-b+sqrt(b^2-4*a*c))/2*a)

x2=(-b-sqrt(b^2-4*a*c))/2*a)

Bước 3: Lưu lại nội dung

tập tin với tên vidu.m

Bước 4: Quay lại cửa sổ Matlab

Command Windows Tại cửa sổ lệnh ta gõ tên

Hình 3.3 là trường hợp phương trình có nghiệm ảo

VD về Script file: Giải bài tập mạch: cho mạch điện như hình vẽ

Hãy tính dòng trong mạch và điện áp trên từng phần tử

Hãy vào cửa sổ soạn thảo và trong cửa sổ này ta viết chương trình như sau:

R=input( 'nhap gia tri cho R = ')

C=input( 'nhap gia tri cho C = ')

L=input( 'nhap gia tri cho L = ')

U=input( 'nhap gia tri cho U = ')

ZL=2*50*pi*L*i

ZC=1/(2*50*pi*C*i)

Hình 3.2 Kết quả khi chạy tập tin Vidu

Hình 3.3 Minh hoạ trường hợp nghiệm ảo

u

Mỗi một file hàm của Matlab (M - file) đều được khai báo như sau:

Function [Tên kết quả] = tên hàm (danh sách các biến)

Phần thân của chương trình trong hàm là các lệnh của Matlab thực hiện việc tínhtoán giá trị của đại lượng được nêu trong phần tên kết quả theo các biến được nêutronhg phần danh sách biến Các biến chỉ có tác dụng nội trong hàm vừa được khaibáo Tên của các biến dược cách nhau bằnh dấu phẩy (,)

Ví dụ ta thành lập hàm đổi từ độ sang radian:

function rad = change(do)

rad = do*pi/180; % doi do sang radian

Trong Matlab các dòng ghi chú sau dấu % không có tác dụng thực thi,

chúng đơn giản là những dòng nhắc để người đọc chương trình dễ hiểu mà thôi

File.m thường lấy tên là tên của hàm, ta đặt tên file hàm vừa lập là change.m Nếu

muốn đổi 450 sang radian, chỉ cần gõ:

Có rất nhiều hàm có sẵn, đó là các hàm đã được lập trình sẵn và được đưa vào

thư viện Để xem một hàm cũng như cấu trúc và cách sử dụng ta dùng lệnh

>>help tên_hàm

Ví dụ Ta muốn xem cấu trúc hàm ode23

>>help ode23

1.8 Vẽ các hàm

Khi muốn vẽ một hàm nào đó, phải xác định

hàm đó trong một file.m sau đó sử dụng lệnh :

1.9 Lưu và lấy dữ liệu

Ta có thể có thể tạo lập một file dữ liệu, sau đó khi cần dùng thì lấy ra Ví dụ tạolập một ma trận A:

2 3 2 3 3

2 2 1 2 2

2 1 1 1 1

Sau đó ta lưu ma trận vào một file có tên là dulieu1

VD : phép or 2 ma trận cùng cỡ A,B là một ma trận có các phần tử bằng 0 nếucác phần tử tương ứng của cả 2 ma trận đầu đều bằng 0 và bằng 1 nếu 1 trong 2 phần

c.Phép đảo( not): Ký hiệu là ~

Ví Dụ : phép đảo của một ma trận là một ma trận có cùng cỡ với các phần tử cógiá trị bằng 1 nếu các phần tử của ma trận đầu có giá trị bằng 0 và bằng 0 nếu cácphần tử của ma trận đầu có giá trị khác 0

endy=(a+b)*c/2;

Sau đó ghi (save) vào file có tên là ht.m

Quay lại cửa sổ MatLab command Window, gõ vào dòng lệnh sau:

end Nhóm lệnh 4;

Nếu biểu thức logic 1 đúng thì

e.Kết hợp cấu trúc elseif và else

Nếu BT logic 1 đúng nhóm lệnh A sẽ được thực hiện Nếu sai kiểm tra Btlogic

2, nếu đúng thực hiện nhóm lệnh B Nếu sai kiểm tra BT logic3, nếu đúng thực hiệnnhóm lệnh C…Nếu không có biểu thức logic nào đúng thì nhóm lệnh n được thựchiện

a=input(' vao a=')

disp (' pt co 2 nghiem phan biet')

x1=(-b+sqrt(d))/2*a

x2=(-b-sqrt(d))/2*a

end

f.Câu điều kiện và lệnh Break

Cú pháp: if< biểu thức logic> break

endthoát khỏi vòng lặp nếu điều kiện logic đúng Ngược lại sẽ thực hiện lệnh tiếptheo trong vòng lặp

Ví dụ 2: bước tính của biến có thể khác 1:

disp(i)endVD3:

n=4

a = zeros(n,n) % Tạo ma trận khôngfor i = 1:n

for j = 1:na(i,j) = 1/(i+j –1);

endenddisp(‘Ket qua =’)disp(a)

1.11.4 Các lệnh break, return, error:

Lệnh break: kết thúc sự thự thi vòng lặp for hoặc while

Lệnh return: thường được sử dụng trong các hàm của Matlab Lệnh return sẽ cho phép quay trở về thực thi những lệnh nằm trong tác dụng của lệnh return.

Lệnh error (‘dòng nhắn’): kết thúc thực thi lệnh và hiển thị dòng nhắn trên mànhình

Ví dụ:

Chọn một số dương bất kỳ Nếu số đó là số chẵn thì chia hết cho hai Nếu số đó

là số lẻ thì nhân với 3 rồi cộng 1 Lặp lại quá trình đó cho đến khi kết quả là 1

1.12 Biến toàn cục (global variables)

Matlab cho phép sử dụng cùng một biến cho các hàm hoặc giữa các hàm

và chương trình chính của Matlab, điều này được thực hiện thông qua việc khai báobiến toàn cục:

Global tên1 tên2 tên3 ….

(Tên các biến cách nhau bắng dấu khoảng trống, không sử dụng dấu phẩy) Việc khai báo biến toàn cục phải được thực hiện ở chương trình chínhhoặc ở file lệnh (script) hoặc ở file hàm (function) có sử dụng các biến Biến toàn cục

có tác dụng cho đến khi kết thúc quá trình tính toán hoặc khi toàn bộ Workspace đượcxoá Không được đưa tên biến toàn cục vào danh sách các đối số của hàm Khi sửdụng biến toàn cục các lệnh sau tỏ ra rất cần thiết:

 Clear global : Lệnh này cho phép loại bỏ các biến toàn cục.

 Isglobal(Tên biến) : Lệnh này cho phép kiểm tra xem một biến nào đó

có phải là biến toàn cục hay không Nếu là biến toàn cục thì giá trị trả về sẽ là1

1.13.Một số hàm toán học

Mục này chỉ giới thiệu một số hàm đơn giản và thường gặp trong khi lập trình:

asinh asinh(x) hàm arcsin hyperbolic

acosh acosh(x) hàm arccos hyperbolic

atanh atanh(x) hàm arctang hyperbolic

abs abs (x) Lấy giá trị tuyệt đối hoặc độ lớn của số phứcround round(x) làm tròn đến số nguyên gần nhất

floor floor(x) làm tròn hướng về -

log log(x) logarit c¬ sè e

log10 log10(x) logarit c¬ sè 10

1.14 Định dạng số

Các phép tính trong Matlab được thực hiện với độ chính xác rất cao Ta

có thể định dạng cho các số xuất ra màn hình tuỳ theo ý muốn bằng cách sử dụng lệnhformat Lệnh này chỉ ảnh hưởng đến việc hiển thị của các số mà không nh hưởng đếnviệc tính toán và lưu giữ của Matlab nghĩa là không ảnh hưởng đến độ chính xác củaphép tính

Ta lấy ví dụ với số 4/3: tại cửa sổ lệnh gõ vào dòng lệnh >>4/3

 format short ( đây là chế độ mặc định ):

Để thay đổi chế độ định dạng mặc định ta có thể Preferences từ menu File, chọn

định dạng số mong muốn từ thẻ (tap) General

Ngoài các định dạng số ở trên, còn có hai định dạng để bỏ đi hoặc thêm vào cácdòng trắng giữa các kết quả của lệnh hoặc giữa các dòng lệnh:

 format compact

lệnh này xoá bỏ các dòng trắng làm cho ta có thể quan sát được nhiều thông tinhơn trên màn hình hoặc cửa sổ

 format loose sẽ thêm vào các dòng trắng

NỘI DUNG THẢO LUẬN

1 Nội dung phần thảo luận 1: cài đặt và khai bao biến trong Matlab,

2 Nội dung phần thảo luận 2: tạo và sử dụng function và script file

TÓM TẮT NỘI DUNG CỐT LÕI

Cách cài đặt phần mềm Matlab và thực hiện các lệnh cơ bản trong Matlab

CHƯƠNG 2: SYMBOLIC TOOLBOX MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG

- Hiểu rõ khái niệm về kiểu dữ liệu Symbolic Math Toolbox

- Vận dụng được các lệnh vào việc giải các bài toán

- Về thái độ: Học sinh, Sinh : nắm được các câu lênh và vận dụng giải các bàitoán

NỘI DUNG BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu về symbolic

Symbolic Math Toolbox định nghĩa một kiểu dữ liệu mới của Matlab gọi là đốitượng Symbolic Một đối tượng Symbolic là một cấu trúc dữ liệu lưu trữ một đại diệnkiểu sâu ký tự của một biểu tượng (Symbol) Symbolic Math Toolbox sử dụng các đốitượng Symbolic để biểu diễn các biến, biểu thức và Matlab trận Symbolic

2.2 Lệnh và hàm trong Symbolic Matlab

>> x = sym(‘x’,’ real’) % x là biến kiểu thực

>> y = sym(‘y’) %y là biến bất kỳ kiểu symbolic

Để xoá đặc tính “real” của các biến x, y ta dùng lệnh sau: syms x y unrealhay:

tham số Theo quy ước toán học thì biến độc lập thường là các chữ in thường nằm ởcuối bảng chữ cái (ví dụ: x, y, z, t, u, v,…)

>>syms a b t

>>f = sin(a*t + b);

>>diff(f) %Lệnh này tính đạo hàm của biểu thức symbolic f

trong câu lệnh diff(f), ta không xác định là đạo hàm biểu thức f theo biến nào (a,

b hay x) Làm thế nào Matlab xác định được ta muốn đạo hàm theo biến t mà khôngphải là a hoặc b Trong symbolic math toolbox sử dụng một biến symbolic để xác địnhbiến độc lập mặc định trong trường hợp chúng ta không xác định biến độc lập, đó là

một hàm tiện ích findsym Biến symbolic mặc định được sử dụng trong các phép toán

tính toán, đơn giản hoá biểu thức, giải phương trình và các phép biến đổi

>> findsym(f)

ans =

a, b, t

Luật findsym: Biến độc lập trong một biểu thức symbolic là một chữ cái gần chữ

x nhất trong bảng chữ cái Nếu có hai chữ gần chữ x thì chữ sau x trong bảng chữ cái được chọn.

ví dụ: >>findsym(a+c-v*y,1)

ans=

y

2.2.3 Phép đạo hàm

Để tính đạo hàm của một biểu thức symbolic ta sử dụng hàm diff()

+ diff(S): Đạo hàm biểu thức symbolic S với biến tự do được xác định bởi hàmfindsym(S)

+ diff(S,v) hay diff(S,sym(‘v’)): Đạo hàm biểu thức symbolic S với biến lấy đạohàm là biến symbolic v nghĩa là thực hiện phép toán dS/dv

+ diff(S,n) : Đạo hàm cấp n biểu thức S, n là số nguyên dương

Ví dụ:

>>y = u^2*v - u*v^3;

>> y2u = diff(y,u,2) %dao ham cap 2 theo u

y2u = 2*v

>> y3u = diff(y,v,3) %dao ham cap 3 theo v

y3u = -6*u

2.2.4 Phép tích phân

Để tính tích phân của một biểu thức symbolic ta sử dụng hàm int()

+ int(S) : tích phân không xác định của biểu thức symbolic S với biến mặc địnhxác định bởi findsym

+ int(S, v): Tích phân không xác định của biểu thức symbolic S với biến tíchphân v

+ int(S,a,b): Tích phân không xác định của biểu thức symbolic S với biến tự do

và cận lấy tích phân từ [a,b]

+ int(S,v,a,b): Tích phân không xác định của biểu thức symbolic S với biến tíchphân v và cận lấy tích phân từ [a,b]

Hàm signum chính là hàm sign (hàm dấu), nghĩa là sign(s) cho ta:

sign(s) = 1 khi s>0; sign(s) = 0 khi s =0; sign(s) = -1 khi s<0;

2.2.5 Tìm giới hạn

Để tìm giới hạn của một biểu thức symbolic ta sử dụng hàm limit()

+ limit(F, x, a) : Tìm giới hạn của biểu thức F khi x a

+ limit(F, a) : Tìm giới hạn của biểu thức F với biến độc lập

+ limit(F) : Tìm giới hạn của biểu thức F khi a = 0

+ limit(F, x, a, ‘right’) hoặc Lim it(F, x, a, ‘left’) : Tìm giới hạn phải hoặc bêntrái

>>limit(v,x,inf,’left’)

ans = [exp(a),0]

2.2.6 Tính tổng của dãy số symbolic

Để tính tổng của một biểu thức symbolic ta sử dụng hàm symsum()

+ symsum(S): Tổng của biểu thức symbolic theo biến symbolic k , k được xácđịnh bằng lệnh findsym từ 0 k -1

+ symsum(S,v): Tổng của biểu thức symbolic S theo biến symbolic v,v đượcxác định từ 0 k - 1

+ symsum(S,a,b), symsum(S,v,a,b): Tổng của biểu thức symbolic S theosymbolic v, v được xác định từ v = s đến v = b

s2 = -1/(x-1)

2.2.7 Tách tử số và mẫu số của một biểu thức symbolic

[n,d] = numden(A): biến đổi mỗi phần tử của A thành dạng hữu tỷ trong đó tử số

và mẫu số là các đa thức (tương đối) nguyên tố với các hệ số nguyên

Ta có thể thay thế các biến trong biểu thức bằng các biến hay các số thuộc kiểu

khác bởi lệnh subs hoặc lệnh subexpr.

Lệnh subs có các dạng sau:

+ subs(S): Thay thế tất cả các biến symbolic trong biểu thức bằng các giá trị cóđược từ việc gọi hàm hoặc từ Workspace của Matlab

+ subs(S, new): Thay thế biến symbolic tự do trong S bằng new

+ subs(S, old, new): Thay thế old bằng new trong biểu thức S Old là một biếnsymbolic, một sâu đại diện cho một tên biến, hoặc một biểu thức sâu ký tự New cóthể là một biến, một biểu thức symbolic, biến số hoặc biểu thức số

Ví dụ:

>>subs(a+b,a,4)

ans = 4+b