bai giang matlab trung tam

Matlab vừa là một ngôn ngữ lập trình vừa là một phần mềmứngdụngtínhtoánrấthiệuquả.  MatlabMatrixLaboratory  Matlab là một thương hiệu đã được thương mại hóa của tậpđoànMathWorks Khả năng vànhững ứng dụng của Matlab  Thưviệndựngsẵntolớnrấtphongphúnhiềulĩnhvực  Giảiquyếtcácvấnđềmộtcáchsốhọc  Matlabứngdụngnhữngthuậttoánđãkiểmchứngnênkết quảđángtincậy.  Lệnhvàhàmsửdụngrấtđơngiản.  Có thể xây dựng những hàm riêng cho những ứng dụng đặcbiệt.  Cungcấpthưviệnhàmđồhọarấtmạnh.  CungcấpgóiứngdụngSimulinkđầyđủđểmôphỏng.

BÀI GIẢNG

GV:ThS Võ Thiện Lĩnh

1

BÀI 1.GIỚI THIỆU

 Matlab vừa là một ngôn ngữ lập trình vừa là một phần

mềm ứng dụng tính toán rất hiệu quả.

 Matlab - Matrix Laboratory

 Matlab là một thương hiệu đã được thương mại hóa của

tập đoàn MathWorks

3

BÀI 1.GIỚI THIỆU

Khả năng và những ứng dụng của Matlab

 Thư viện dựng sẵn to lớn rất phong phú nhiều lĩnh vực

 Giải quyết các vấn đề một cách số học

 Matlab ứng dụng những thuật toán đã kiểm chứng nên kết

quả đáng tin cậy.

 Lệnh và hàm sử dụng rất đơn giản.

 Có thể xây dựng những hàm riêng cho những ứng dụng

đặc biệt.

 Cung cấp thư viện hàm đồ họa rất mạnh.

 Cung cấp gói ứng dụng Simulink đầy đủ để mô phỏng.

4

BÀI 1.GIỚI THIỆU

Quản lý không gian làm việc của Matlab

 Cửa sổ trợ giúp (Help window)

 Nút Start

 Cửa sổ nhập lệnh (Command window)

 Cửa sổ không gian làm việc (Workspace window)

 Cửa sổ quá trình lệnh (Command History window)

 Cửa sổ địa chỉ thư mục hiện thời (Current directory

window)

5

BÀI 2: CƠ SỞ VỀ MATLAB

I Các biến và hằng số 1.Biến

Tên_biến = giá trị hoặc biểu thức

+ Biến (variable) trong Matlab là 1 kí hiệu được sử dụng để chứa 1 giá trị Gồm biến toàn cục(global), biến cục bộ(local).

+ Tên biến (variable name) : bắt đầu bằng một chữ cái, tiếp theo là các chữ cái, chữ số hoặc kí tự gạch chân(_) Tối đa là 31 kí tự, Matlab phân biệt rõ chữ hoa chữ thường.

I Các biến và hằng số 2 Các hằng

8

II Hàm lập sẵn

• sqrt(x) : hàm rút căn bậc hai

• exp(x) : hàm e ( e = 2,71828…)

• log(x) : hàm lôgarit tự nhiên ( cơ số e )

• log10(x): hàm lôgarit cơ số 10

• sin(x)/ cos(x) : hàm sin/ hàm cos

• tan(x) / cot(x) : hàm tang/ hàm cotang

• >> help LỆNH

Một số hàm liên quan đến số phức như sau:

• abs(z) : lấy mođun (suất) của số phức.

• angle(z): lấy góc pha của số phức.

• real(x): lấy phần thực.

• imag(x) : lấy phần ảo.

• conj(x) : trả về số phức liên hiệp của số phức z 9

II Hàm lập sẵn 1 Một số lệnh

clc Xóa (lau) cửa sổ lệnh Mang tính chất hình thức,giá trị các biến

vẫn tồn tại.

clear all Giải phóng toàn bộ biến ra khỏi bộ nhớ Xóa Workspace

clear var1 var2 Giải phóng các biến var1 var2 ra khỏi bộ nhớ.

quit Thoát khỏi chương trình Matlab who Liệt kê các biến hiện hành có trong bộ nhớ.

; Dấu chấm phẩy ; ở cuối dòng lệnh ngăn không cho Matlab hiển

thị các kết quả ra cửa sổ lệnh.

… Khi dòng lệnh quá dài cần xuống dòng, dấu 3 chấm … ở cuối

dòng lệnh báo cho Matlab biết dòng lệnh còn tiếp tục ở dòng tiếp theo.

: Dấu 2 chấm : được dùng để phát sinh một mảng có các phần tử

cách đều nhau.

% Dấu phần trăm % Matlab xem những gì sau dấu % là lời bình

10

II Hàm lập sẵn 1 Một số lệnh

Lưu phiên làm việc với Matlab

-Lệnh 'diary' sử dụng cho mục đích này

• >> z = 1 – 2i, abs(z), angle(z)*180/pi,real(z), imag(z)

• Giải phương trình bậc 2 trong R : 2x2 + 5x - 3 = 0

12

xy dy



17

II Hàm lập sẵn 3.Vector & ma trận

Mảng: là tập hợp số, ký tự được sắp xếp có thứ tự

• Mảng 1 chiều ( vectơ)

- Vectơ hàng (row array)

>>x=[2,7,0,-3] %cách nhau dấu ‘ , ’ hoặc khoảng trắng.

- Vectơ cột (column array)

II Hàm lập sẵn 3.Vector & ma trận

Mảng có các phần tử cách đều

Tên_mảng=[ ptử đầu a : gia số : ptử cuối b ];

Tên_mảng=linspace(a,b,n); n là số phần tử của mảng Tên_mảng=logspace(a,b,n); tăng theo hàm log

Ví dụ:

>>u= [0:1:10]

Hoặc: >>u= linspace(0,10,11)

20

II Hàm lập sẵn 3.Vector & ma trận

Tìm nghiệm của đa thức x 3 + 6x 2 -11x +290

>>a=[1,6,-11,290]; % các hệ số của đa thức.

>>x=roots(a) Hoặc >>x=roots([1,6,-11,290]);

Đa thức trên có 3 nghiệm là: x1= -10 và x2= 2+5i, x3= 2-5i

Dùng hàm poly() kiểm tra lại ví dụ trên

>>r=[-10,2+5i,2-5i]; % cho trước các nghiệm

II Hàm lập sẵn 3.Vector & ma trận

Truy xuất 1 phần tử của ma trận

>> A(2,3) % truy xuat ptu dong 2 cot 3

>> A(:,2) % trich vecto cot thu 2

>> A(3,:) % trich vecto dong thu 3

>> A(:,2:3) % tao ma tran con gom cot 2,3 cua A

>> A(1:2,:) % tao ma tran con gom cac dong 1, 2 cua A

>> A([1 3],[2 3]) % tao 1 ma tran con gom cac ptu dong 1,3 va cot 2,3

II Hàm lập sẵn 3.Vector & ma trận

size(A) Trả về 1 vectơ dòng [m n] chứa kích thước mảng A có m dòng n cột

length(A) A là 1 ma trận , sẽ trả về số lớn nhất trong 2 số m,n

max(A) + Nếu A là vectơ sẽ trả về ptử lớn nhất trong A

+ Nếu A là 1 ma trận sẽ trả về 1 vectơ dòng chứa các phần tử lớn nhất của mỗi cột.

min(A) Tương tự như hàm max(A) nhưng lựa chọn phần tử bé nhất.

sum(A) Tính tổng các ptử trong từng cột của ma trận A, kết quả chứa trong 1

vectơ dòng.

sort(A) Sắp xếp mỗi cột cuả ma trận A theo thứ tự giá trị tăng dần từ dòng 1 đến

dòng cuối , kết quả là 1 ma trận cùng kích thước với A

[x,k] =max(A) Tương tự max(A) nhưng giá trị các phần tử lớn nhất được lưu trong vectơ

dòng x và các chỉ số tương ứng được lưu trong vectơ dòng k

[x,k] = min(A) Có ý nghĩa tương tự nhưng trả về các phần tử nhỏ nhất.

[u,v,w]=find(A) Tìm những phần tử khác 0 của ma trận A Vectơ u chỉ số dòng , v chỉ số

cột của những ptử khác 0, w chỉ chứa các ptử khác 0 của A23

II Hàm lập sẵn 3.Vector & ma trận

III Các phép tính về mảng

25

IV.Cấu trúc điều khiển 1 Cấu trúc IF

Nếu x<0 , y=0

0 x 5 , y=x 2

x>5 , y=25*x Lệnh như sau :

if x>5

y=25*x elseif x>=0

y=x^2 else

y=0 end





27

IV.Cấu trúc điều khiển 1 Cấu trúc IF

– Nhập điểm vào:

o điểm 9-10 xếp loại giỏi;

o điểm 7-8 xếp loại khá;

o điểm 5-6 xếp loại trung bình;

o điểm 0,1,2,3,4 xếp loại yếu;

– nếu điểm vào không phải số nguyên nằm giữa 0

và 10 thì thông báo điểm không hợp lệ.

28

IV.Cấu trúc điều khiển 1 Cấu trúc IF

1 diem = input( 'Nhap diem : ');

2 if (diem == 9)|(diem == 10)

3 disp(' Loai gioi ')

4 elseif (diem == 7)|(diem == 8)

5 disp(' Loai kha ')

6 elseif (diem == 5)|(diem == 6)

7 disp(' Loai trung binh ')

IV.Cấu trúc điều khiển 2.Cấu trúc switch

switch <giá trị biểu thức>

disp('Loai gioi') case {7,8}

disp('Loai kha') case {5,6}

disp('Loai trung binh') case {0,1,2,3,4}

disp('Loai yeu') otherwise

disp('Diem vao khong hop le')

IV.Cấu trúc điều khiển 3 Vòng lặp for

Vòng lặp for: được sử dụng khi số lần lặp được biết trước

for n=array % một mảng bất kỳ, không nhất thiết là số tự nhiên

Lệnh hoặc nhóm lệnh

end

Ví dụ : Tính tổng của n số tự nhiên đầu tiên: S = 1+2+3+…+n

n=input(' Nhap so so hang can tinh tong n = ');

S=0; %gia tri ban dau cua tong s

for k=1:n

S=S+k;

end

fprintf('Tong so %d so tu nhien dau tien la %d \n' ,n,S)

%d : kết quả xuất là số nguyên 31

IV.Cấu trúc điều khiển 4 Vòng lặp while

Vòng lặp while dùng khi không biết trước số lần lặp.

while <điều kiện>

<lệnh thi hành>

end

Ví dụ : Tính tổng của n số tự nhiên đầu tiên: S = 1+2+3+…+n

n=input('Nhap so so hang can tinh tong n = ');

k=0; S=0; %gia tri ban dau cua tong s

while (k<=n) %kết thúc vòng lặp khi không còn thỏa đkiện

IV.Cấu trúc điều khiển 4 Vòng lặp while

Ví dụ 2: Nhập vào các số từ bàn phím Tính tổng các số dương tới khi tổng này > 50 thì kết thúc Đếm xem có bao nhiêu số đã nhập

IV.Cấu trúc điều khiển 5 Lệnh break

• Lệnh break cho phép chấm dứt sớm vòng lặp for hoặc while khi thỏa

1 điều kiện nào đó bên trong vòng lặp nhưng nó không chấm dứt việc thực thi chương trình.

end

Bài 3 Function file và Script files

 Chúng ta có thể viết và lưu các chương trình Matlab trong những tập tin có phần mở rộng dạng

.m , được gọi là các M-file (Ví dụ ptb2.m).

 Matlab dùng 2 loại M-file là script file (tập tin lệnh)

và function file (tập tin hàm).

Script file: dùng cho chương trình đơn giản

Function file : dùng cho chương trình phức tạp

35

I Script file

Script file: là M-file đơn giản nhất, không có đối số Được dùng khi thi hành một loạt lệnh MATLAB theo một trình tự nhất định.

Cấu trúc đề nghị của một Script file:

1 Phần chú thích : Viết các dòng chú thích cho chương trình.

2 Phần đầu vào: các giá trị đầu vào.

3 Phần tính toán

4 Phần trình bày kết quả: Dùng 1 số hàm của Matlab để trình bày kết quả.

36

I Script file

Ví dụ1 : Soạn script file để tính diện tích của tam giác khi biết tọa độ 3 điểm trong không gian Diện tích tam giác được tính bằng công thức tích hữu hướng của 2 vectơ.

37

I Script file

1 %File dientich.m : Chuong trinh tinh dien tich tam giac

2 %Du lieu dau vao : Toa do 3 diem A B C là [x,y,z]

3 %Du lieu dau ra : Dien tich tam giac ABC

4 %Bien p chi vecto huu huong cua 2 vecto ABxAC

5 disp('CHUONG TRINH TINH DIEN TICH TAM GIAC')

6 disp(' TOA DO 3 DIEM')

7 a=input('Toa do diem A =');

8 b=input('Toa do diem B =');

9 c=input('Toa do diem C =');

10 p=cross(b-a,c-a); % Tinh huu huong cua 2 vecto ABxAC

11 S=0.5*norm(p); % Dien tich tam giac ABC

12 disp('Dien tich tam giac ABC : ')

II Function file

• Việc xây dựng hàm cũng được thực hiện tương tự như script file Tuy nhiên, đối với hàm ta cần quan tâm đến các tham

số truyền cho hàm và các kết quả trả về sau khi thực hiện.

• Có 3 điểm cần lưu ý:

- Tên hàm phải được đặt trùng với tên file lưu trữ.

- Phải có từ khóa function ở dòng đầu tiên.

-Trong một hàm có thể xây dựng nhiều hàm con (điều này

không có trong script file).

-Kết thúc hàm con phải có từ khóa end (điều này không cần

trong hàm ‘mẹ’).

function [giá trị ra] = function_name(giá trị vào)

40

II Function file

1 Hàm chỉ có đối số vào: function tenham (in1,in2,…)

II Function file

2 Hàm chỉ có đối số ra: function [out1,out2,…]= tenham

II Function file

3 Hàm có đối số vào/ra: function [x,y, ]= tenham (a,b,c,…)

II Function file

%Save với tên: ptbac4.m

%tim nghiem max cua pt bac 4

function Y=nghiem_max(a,b,c,d,e) X= ptbac4(a,b,c,d,e);

Y=max(X);

end

%Save với tên: nghiem_max.m

44

II Function file 4.Cách gọi tập tin m

b)Một tập tin có nhiều hàm riêng

%tim nghiem max cua pt bac 4

III Bài tập đề nghị

Bài 1 Viết chương trình tính chu vi và diện tích một

tam giác theo yêu cầu sau:

• Hiện yêu cầu nhập các cạnh a,b,c

• Xét điều kiện thành lập một tam giác:

ĐK cần: a,b,c >0

ĐK đủ: tổng 2 cạnh > cạnh còn lại Nếu không thỏa đk thì hiện thông báo lỗi.

• Tính chu vi + diện tích và hiện KQ.

Bài 2 Làm lại bài 1 với yêu cầu hàm có đối số vào/ra

46

III Bài tập đề nghị

Giải bài 1:

1 a=input ('nhap vao do dai canh a : ');

2 b=input ('nhap vao do dai canh b : ');

3 c=input ('nhap vao do dai canh c : ');

III Bài tập đề nghị

Bài 3: Nhập vào dãy số, tìm giá trị lớn nhất trong dãy?

1 n=input('nhap vao so phan tu cua day : ');

III Bài tập đề nghị

Bài 4: Kiểm tra xem một số n có phải là số nguyên tố không?

n=input('nhap vao gia tri n : ');

III Bài tập đề nghị

50

! 4

! 3

! 2

! 1

1 )

(

4 3

2

n

x x

x x

x x

S

n

51

2.Đặc tả màu và kích thước đường vẽ

Để đặc tả màu và kích thước đường vẽ ta dùng các tham số sau:

• LineWidth: độ rộng đường thẳng,tính bằng số điểm

• MarkerEdgeColor : màu của các cạnh của khối đánh dấu

• MarkerFaceColor : màu của khối đánh dấu

• MarkerSize : kích thước của khối đánh dấu

Màu được xác định bằng các thông số:

54

3 Các dạng đánh dấu trên đồ thị

55

- các cạnh của khối đánh màu đen

- khối đánh dấu màu green

- kích thước khối đánh dấu 10 point

56

• Bây giờ ta thay đổi thuộc tính của đồ thị:

1 set(h,’Color’, ‘r’) %dat lai mau do

2 set(h,'LineWidth',6) %dat do rong duong

3 set(h,'Marker','v','MarkerSize',6) 57

Ghi nhãn lên các trục tọa độ

58

2 4 6 8

Group

1 2 3 4 5 0

5 10 15 20

Stack

0 5 10 15 20 1

2 3 4 5

Stack

1 2 3 4 5 0

2 4 6 8

Width = 1.5

63

10 20 30 40 50 60

Ví dụ 3:

Soạn thảo script file có tên bai3.m để lập biểu đồ tổng số sinh viên Điện

Tử - Tin học tốt nghiệp tại trường X từ năm 1996 đến 2001 với dữ liệu như sau:

• % Lap bieu do tong so sinh vien Dien tu – Tin hoc tot nghiep

Lệnh ginput

• fplot('sinc(x)',[-2*pi,2*pi]);

• [x,y]=ginput(3) %lấy tọa độ 3 điểm trên đồ thị

69

Bài 5: SIMULINK

• Simulink là một phần mềm mở rộng của MATLAB (Toolbox của Matlab) dùng để mô hình hoá, mô phỏng và phân tích một hệ thống động, thiết kế hệ thống điều khiển, thiết kế DSP, hệ thống thông tin

và các ứng dụng mô phỏng khác.

• Simulink được ghép bởi hai từ Simulation và Link Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính,hệ phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn.

71

CÁC BLOCKS LIBRARY:

• Thư viện SOURCES

• Thư viện Đồ thị (SINKS)

• Thư viện Phần Rời Rạc (DISCRETE)

• Thư viện Phần Tuyến tính (LINEAR)

• Thư viện Phần Phi Tuyến (NONLINEAR)

• Thư viện Phần Đầu Nối (CONECTIONS)

• Thư viện BLOCKSETS và TOOLBOXES

• …

72

Các kiểu dữ liệu

Simulink chấp nhận các kiểu dữ liệu sau :

• double số thực với độ chính xác gấp đôi

• single số thực với độ chính xác đơn

• int8 số nguyên có dấu 8 bit

• uint8 số nguyên không dấu 8 bit

• int16 số nguyên có dấu 16 bit

• uint16 số nguyên khg dấu 16 bit

• int32 số nguyên có dấu 32 bit

• uint32 số nguyên không dấu 32 bit 73

Các bước để vẽ mô hình

1.Từ cửa sổ Matlab đánh lệnh simulink Cửa

sổ thư viện các khối sẽ xuất hiện

2.Từ cửa sổ thư viện ta nhấp chuột vàoFile/New/Model hoặc nhấn Ctrl+ N

3 Chọn các Block ở các thư viện thích hợp

và xây dựng mô hình sử dụng thao tác

"nhấn – kéo – thả" chuột

74

Ví dụ 1

• Trong sơ đồ này chọn các khối từ các thư viện:

+ Thư viện các nguồn tín hiệu (Sources): Chọn Sin wave.

+ Thư viện các khối nhận tín hiệu (Sinks): Chọn Scope.

+ Các hàm tuyến tính (continuous): Chọn Integrator.

Ví dụ 2

• Mô phỏng một phương trình dùng để biến đổi độ Celcius

thành độ Fahrenheit là : TF = (9/5)TC + 32

• Trước hết ta khảo sát các khối cần để tạo mô hình:

 khối Ramp trong thư viện Sources để đưa vào tín hiệu nhiệt độ

 khối Constant trong thư viện Sources để tạo hằng số 32

 khối Gain trong thư viện Math để tạo ra hệ số 9/5

 khối Sum trong thư viện Math để cộng hai đại lượng

 khối Scope trong thư viện Sinks để hiển thị kết quả.

76

Ví dụ 3: Mô phỏng hệ pt

z1 +z2 =1

-z1+z2=1

77

Ví dụ 5: Thiết kế và phân tích hệ thống

79

Ví dụ 6: Mô phỏng phương trình sau

Sine Wave

Scope

Product2

Product1 Product

e Math Function

-1 Gain1

-1 Gain 80

e Math Function

-1 Gain1

-1 Gain 80

Constant

Clock

3

80

1.Nhập vào chuỗi số và in ra kết quả tính

của:

• A) tổng bình phương các số trong chuỗi?

• B) giai thừa của các phần tử trong chuỗi?

• C) số nguyên tố trong chuỗi?

Bài tập kiểm tra

Viết chương trình yêu cầu Nhập liên tiếpcác số và khi nhập số 0 thì dừng nhập.Tính trung bình cộng các số âm và trungbình cộng các số dương vừa nhập?

82