Slide bài giảng môn CAD

• MATLAB là một ngôn ngữ lập trình thông dịch có tăng cường thư viện riêng các lệnh về toán và đồ thị.. Nguyễn Mỹ• Các lệnh được nhập vào sau dấu nhắc >> • Để xóa các lệnh trong cửa sổ d

NGUYEN NGOC MY

CAD (Computer-aided design) là việc sử

dụng máy tính như một công cụ hỗ trợ cho quá trình thiết kế và bản thảo thiết kế

CAD được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: kiến trúc - xây dựng, điện – điện tử, quản lý dự án,…

NGUYEN NGOC MY

NGUYEN NGOC MY

NGUYEN NGOC MY

NGUYEN NGOC MY

Dùng ISIS (Proteus) để mô phỏng:

NGUYEN NGOC MY

NGUYEN NGOC MY

Mỗi nhóm tối đa 3 sinh viên

Chú ý: Ưu tiên cho các bạn không có máy được chọn bất kỳ nhóm nào để tham gia

Hoạt động này thay cho những buổi thực hành, cho nên sinh viên phải trình bày

phần lý thuyết và chạy demo cho các đề tài báo cáo của mình

Nội dung báo cáo: phần 2 của giáo trình

Basic of MATLAB and Beyond.

NGUYEN NGOC MY

Đăng ký nhóm và đề tài: qua website www.nguyenmy.info trước ngày ???

Báo cáo trước tập thể lớp

Điểm báo cáo do GV và các nhóm khác quánh giá

NGUYEN NGOC MY

Mỗi nhóm thực hiện 1 sản phẩm tùy thích

có giao diện được thiết kế bằng MATLAB

Chạy thử sản phẩm cho giáo viên xem để chấm điểm riêng

NGUYEN NGOC MY

ĐỀ TÀI GỢI Ý:

Thiết kế giao diện đồ họa MATLAB thực hiện một số chức năng như:

o Cho người dùng nhập liệu

o Xử lý dữ liệu và hiện kết quả

NGUYEN NGOC MY

– Basics of MATLAB and Beyond, Andrew Knight (Chapman & Hall Press, USA)

– Thí nghiệm CAD, ThS Nguyễn Chí Ngôn

(Đại học Cần Thơ)

Nguyễn Mỹ

Tham khảo từ quyển “Basics of MATLAB and beyond” của Andrew Knight

15

Nguyễn Mỹ

Giới thiệu chung

Làm quen với MATLAB

Trợ giúp

Toán tử & Biến

Ma trận

16

Nguyễn Mỹ

• MATLAB = MATrix LABoratory

• MATLAB là một ngôn ngữ lập trình thông dịch có tăng cường thư viện riêng các lệnh về toán và đồ thị

• Cho phép mô phỏng nhiều lĩnh vực kỹ thuật

• MATLAB có thể được mở rộng tính năng thông qua các toolbox chuyên dụng

(http://www.mathworks.com/products).

17

Nguyễn Mỹ

 Một số bộ công cụ chuyên dụng:

18

Nguyễn Mỹ

• Ra đời vào những năm 1970 bởi nhà toán học

kiêm lập trình viên Cleve Moler (trưởng bộ môn Tin học, ĐH New Mexico, Mỹ)

• MATLAB ban đầu hỗ trợ cho FORTRAN

• 1984, Jack Little, Cleve Moler và Steve Bangert viết lại MATLAB bằng C và thành lập tập đoàn MathWorks

19

20

Nguyễn Mỹ 21

Nguyễn Mỹ

• Giao diện mặc định ban đầu của MATLAB:

Nơi nhập lệnh Lịch sử lệnh

Kho làm việc

Kho làm việc

22

Nguyễn Mỹ

• Các lệnh được nhập vào sau dấu nhắc >>

• Để xóa các lệnh trong cửa sổ dòng lệnh : clc

• Kho làm việc (Workspace): chứa các biến và giá trị của chúng

23

Nguyễn Mỹ

• Khai báo biến: không cần khai báo kiểu dữ liệu

24

Nguyễn Mỹ

• Phân biệt ký tự hoa thường

– Biến ans giữ giá trị tạm trong

Nguyễn Mỹ

– Help -> Full product family help

27

Nguyễn Mỹ

MATLAB hỗ trợ nhiều dạng trợ giúp:

• helpwin: Trợ giúp thông qua giao diện

• helpdesk: Trợ giúp trực tuyến

• demo: Các minh họa

• help <từ khóa>: Tìm thông tin hàm

• lookfor <từ khóa>: Tìm hàm có chứa từ khóa

• doc <tên hàm>: Truy xuất tài liệu chỉ dẫn về hàm

28

Nguyễn Mỹ 29

Nguyễn Mỹ

• Các toán tử luận lý: trả về 0 hoặc 1

32

Nguyễn Mỹ

• Biến x khác với biến X

• Tên biến phải bắt đầu bởi ký

tự.

• Các ký tự đặc biệt không được

dùng để đặt tên biến, ngoại trừ

dấu gạch dưới.

33

Nguyễn Mỹ

Dùng để kết xuất 1 vector với các phần tử cách-đều-nhau dựa trên bước nhảy giữa các phần tử

x:y

 tạo 1 vector có các tọa độ chạy từ x đến y, các tọa độ này cách nhau 1 đơn vị.

x:d:y

 tạo 1 vector có các tọa độ chạy từ x đến y, các

Nguyễn Mỹ

Sử dụng dấu ba chấm trước khi xuống

hàng đối với các dòng lệnh dài trong

MATLAB

38

Nguyễn Mỹ

Ma trận được bao bởi [ và ]

Các dòng cách nhau bởi dấu chấm phẩy

39

Nguyễn Mỹ

Mỗi phần tử của ma trận có thể là 1 ma trận

40

42

Nguyễn Mỹ

43

Nguyễn Mỹ

Tạo vector u ngẫu nhiên:

Lấy ra phần tử thứ 3 của vector u:

44

Nguyễn Mỹ

Lấy ra 3 phần tử đầu tiên của vector u:

45

Nguyễn Mỹ

Gán [] cho dòng hoặc cột cần xóa

48

Nguyễn Mỹ

Ma trận chuyển vị của ma trận a là a’

49

Nguyễn Mỹ

CAD

Tham khảo:

- Basics of MATLAB and Beyond, Andrew Knight, CRC Press (Mỹ)

- Bài giảng MATLAB, Andy Newman, ĐH bang Colorado (Mỹ)

Đồ thị đường 2D (Line plot 2D)

Tinh chỉnh đồ thị (Graph modification)

Nguyễn Mỹ 52

Xét ví dụ mở đầu phần 4 (Basic Graphics) của giáo trình:

Cho biết:

Ý nghĩa của lệnh plot?

Những tham số cơ bản để dựng đồ thị với

plot?

plot(x,y)

– Dựng đồ thị cho vector y dựa trên vector x.

– Đồ thị được dựng trong 1 cửa sổ figure.

– Tự động canh chỉnh trục để phù hợp với dữ liệu – Có thể dùng hàm min, max để tìm điểm nhỏ nhất, lớn nhất trên vùng đồ thị đã dựng.

– VD: plot([0 1 2],[3 4 5])

figure(n)

– Tạo cửa sổ đồ thị.

– Lệnh plot sẽ vẽ chồng lên cửa sổ đồ thị hiện

hành nếu được gọi nhiều lần.

– VD: figure(2); plot([0 1 2],[3 4 5])

figure(3); plot([4 3 2],[2 3 4])

Cửa sổ đồ thị trong MATLAB bao gồm:

đồ thị, trục, thanh menu, thanh công cụ

Từ đồ thị sau khi chỉnh sửa thủ công, ta

có thể kết xuất ra M-file, file ảnh, pdf,

Đồ thị có thể được tùy chỉnh cách hiển thị thông qua chức năng Edit Plot.

BT1: Vẽ đồ thị hàm số y = sin(9x).cos(9x) trong khoảng x=[0, 2π].

BT2: Vẽ đồ thị và tìm điểm cực tiểu của x2x+9 trong khoảng x=[-9, 9]

-Nguyễn Mỹ 59

Đọc đoạn 2 phần 4 (Basic Graphics) của giáo trình nói

về các tùy chọn đối với hình thức đồ thị Cho biết:

- Cách định màu nét vẽ.

- Cách định kiểu nét vẽ.

- Cách đánh dấu các điểm trên đồ thị.

– Lệnh thứ hai đánh dấu x ở mỗi điểm dữ liệu.

– Lệnh thứ ba đánh dấu o ở mỗi điểm dữ liệu.

Màu sắc, kiểu cách nét vẽ, điểm đánh dấu:

• Chỉ là 3 trong số nhiều thuộc tính của đồ thị được

dựng bằng lệnh plot

• Có thể được khai báo tắt như các ví dụ trên.

Trong MATLAB, để tinh chỉnh hay truy xuất giá trị cho 1 thuộc tính của 1 đối tượng nào

đó, ta dùng lệnh set và get

gcf : đại diện cho cửa sổ hiện hành.

– Trả về quyền thao tác cho cửa sổ hiện hành.

gca : đại diện cho bộ trục tọa độ hiện hành

– Trả về quyền thao tác trên trục tọa độ hiện hành.

Hai lệnh này rất hữu dụng khi sử dụng kết hợp

với các lệnh set và get.

Cho phép bạn tinh chỉnh giá trị các thuộc tính của cửa sổ và hệ trục tọa độ hiện hành mà không cần phải biết tên đại diện của chúng.

• VD: set(gcf,'color','y')

Màu nét vẽ: color

– Được xác định bởi bộ ba RGB từ 0 đến 1, hoặc tên màu.

Kích thước nét vẽ: LineWidth

– Được xác định bởi 1 số thập phân, mặc định là 0.5

Kiểu cách nét vẽ: LineStyle

Điểm đánh dấu: Marker

Ví dụ

Tinh chỉnh kiểu cách, kích thước và màu

nét vẽ trong lệnh plot (vừa vẽ vừa chỉnh)

Tinh chỉnh giống như trên, nhưng có sử

dụng lệnh set (vẽ xong rồi chỉnh)

Đối với cửa sổ (figure - gcf):

cs=figure(' Name ','Dien tu

3',' numbertitle ','off',' resize ','off')

Đối với trục tọa độ (axes - gca):

Đi kèm với lệnh plot:

– Color: màu

– Marker: điểm đánh dấu – LineStyle: kiểu cách nét – LineWidth: kích thước nét

SV đọc phần 4.7 (Axes) về:

– axis([xmin xmax ymin ymax]), – axis square,

– axis equal.

axis([ xmin xmax ymin ymax ])

– Giới hạn phạm vi các trục tọa độ x, y.

– axis auto : tự động canh chỉnh tỷ lệ đồ thị.

không

SV đọc phần 4.8 (Label) về:

– xlabel, ylabel,

– title,

– text, gtext.

– Các lệnh về đường lưới, trục tọa độ và gán

nhãn cần được thực hiện sau lệnh plot.

hold on/off: bật/tắt chế độ vẽ chồng đồ

thị sau lên đồ thị trước

Ví dụ: x=0:.1:2*pi;

plot(x, sin(x), ’r:’) hold on

plot(x, cos(x), ‘b ’)

BT3: Vẽ đồ thị hàm số y = x2+sin(100x) trong khoảng x=[-2 π, 2 π].

– Màu nét vẽ: xanh lá.

– Tiêu đề đồ thị: Do thi ham so.

– Màu nền trục (axis): [0.8 1 0.8]

– Hiện các đường lưới.

– Tên cửa sổ: TDU.

Nguyễn Mỹ 78

ezplot(f(x))

– Dựng đồ thị y = f(x) với x Є [-2 π, 2 π] – f(x) phải viết ở dạng chuỗi.

ezplot(f(x), [xmin xmax])

– Dựng đồ thị y = f(x) với x Є [xmin, xmax].

– VD: ez plot(‘sin(x)’, [-4*pi 4*pi])

ezplot(f(x, y),[xmin xmax ymin ymax])

– Dựng đồ thị f(x, y)=0.

– x Є [xmin, xmax], y Є [ymin, ymax].

BT4: Vẽ đồ thị hàm số y = x9-9 trong khoảng x=[-9, 9] bằng lệnh ezplot.

– Màu nét vẽ: đỏ.

– Tiêu đề đồ thị: Ham ezplot.

– Màu nền trục (axis): [1 0.8 0.8]

– Độ dày nét vẽ: 2.

BT5: Vẽ đồ thị hàm số x-y=5 trong khoảng x=[-10, 10] bằng lệnh ezplot.

– Màu nét vẽ: xanh dương.

– Tiêu đề đồ thị đặt theo vị trí con trỏ: Ham x-y=5.

– Nhãn trục x: Truc hoanh.

– Nhãn trục y: Truc tung.

– Kiểu cách vẽ: nét đứt.

Nguyễn Mỹ 84

stem(x, y)

– Dựng đồ thị rời rạc y theo x – VD: x=1 : 5 : 2*pi;

y=sin(x);

stem ( x, y,’fill’)

surf(X, Y, Z) : vẽ đồ thị mặt 3D.

surfc(X, Y, Z) : tương tự như hàm surf,

nhưng đồ thị có kèm theo đường chiếu viền ở mặt phẳng dưới

h = plot3(X1,Y1,Z1, )

– plot3 là dạng 3D của lệnh plot

– Dựng đồ thị 3D dựa vào tập các điểm dữ liệu cho trước.

t = 0:pi/50:10*pi;

plot3(sin(t),cos(t),t) xlabel('sin(t)')

ylabel('cos(t)') zlabel('t')

Xem thêm tại

http://www.mathworks.com/discovery/gallery.html

Nguyễn Mỹ 92

Hàm plot có thể dùng để vẽ nhiều hơn 1

đồ thị cùng một lúc

– Bạn có thể chỉ định màu, kiểu vẽ và cách đánh dấu cho từng đồ thị thành phần

h = subplot(m,n,p) hoặc subplot(mnp)

h = subplot(m,n,p,'replace')

– Các cú pháp trên dùng để chọn vùng đồ thị con để làm việc (vẽ đồ thị).

– Subplot sẽ tạo ra m x n vùng đồ thị con trên một cửa sổ.

– p định thứ tự vùng đồ thị cần làm việc trong

số m*n vùng.

– ‘replace’ sẽ thay thế các đồ thị nếu có ở vị trí hiện hành.

Nguyễn Mỹ 98

Nguyễn Mỹ 100

BT6 Vẽ đồ thị y=sin(2πt+5) với 0 ≤ t ≤ 2π dưới dạng liên tục và rời rạc Kết quả hiển thị trong 2 khung như hình sau:

Nguyễn Ngọc Mỹ CAD

Mở đầu (Beginning)

Sơ lược một số hàm toán học

(Brief of some mathematical functions)

Biến đổi Fourier (Fourier transform)

Nguyễn Mỹ 105

Symbolic Math Toolbox™ là công cụ hỗ trợ cho việc giải và thao tác trên các biểu thức toán học.

Symbolic là đại lượng mà giá trị của nó

không phải là 1 giá trị đã biết, mà có thể là

1 giá trị mang tính đại diện nào đó.

Khai báo một biến symbolic đơn:

a = sym(' a1 ')

a = sym( 1/3 )

Khai báo nhiều biến symbolic cùng lúc:

syms a b c

Lưu ý: Bạn không thể khai báo:

sym(' 2^-5 ')

Thay vào đó, bạn phải khai báo:

sym(' 2^(-5) ')

Nguyễn Mỹ 110

simplify(): đơn giản hóa biểu thức

solve(): giải phương trình đại số.

VD1: Giải phương trình x2+x-12=0

x = solve(‘x^2+x-12 = 0’)

VD2: Giải hệ phương trình:

6x+y=10 y-2x=2

[x y] = solve( '6*x+y=10' , 'y-2*x=2' )

VD3: Giải hệ phương trình:

a+b=3 a+2b=6

syms a b

f1 = a + b - 3;

f2 = a + 2*b - 6;

[a b] = solve( f1, f2 )

diff( f [, n] ): tìm đạo hàm (cấp n) của hàm f.

int( f [, a, b] ): tính tích phân của hàm f

(trong khoảng từ a đến b)

VD1: Tính tích phân bất định của x 2

syms x

f=x*x

int(f) %undefinite integration of f

VD2: Tính tích phân của x 3 trong khoảng [0; 10]

syms x

int(x^3, 0, 10) %definite integration of f in [0; 10]

limit( f [, x, a] ): tìm giới hạn của hàm f (khi

x a)

Ví dụ:

syms x

limit( sin(x)/x ) %returns 1

limit(1/x, x, 0, 'right') %returns inf

limit((sin(x+h)-sin(x))/h,h,0) %returns cos(x)

Nguyễn Mỹ 118

Đọc phần 17 (Fourier Transform) của giáo trình Cho biết:

- Ý nghĩa của biến đổi Fourier?

- DFT là gì?

- FFT là gì?

Mọi hàm đều có thể biểu diễn dưới dạng tổng các hàm hình sin với biên độ và tần

số khác nhau

Biến đổi Fourier  tìm biên độ và tần số của các hàm hình sin này

DFT (Discrete Fourier Transform)  tính biến đổi Fourier cho chuỗi số.

FFT (Fast Fourier Transform)  một phương pháp giúp tính nhanh DFT

Một số hàm liên quan đến biến đổi Fourier trong MATLAB:

FUNCTION DESCRIPTION

fft Fast Fourier transform

ifft Inverse Fast Fourier transform

fourier Fourier transform

ifourier Inverse Fourier transform

fft(X, N): tìm FFT của tín hiệu X với N

điểm sau khi tính

subplot(3,1,1); plot(F,X1); title('3 periods');

subplot(3,1,2); plot(F,X2);title('6 periods');

subplot(3,1,3); plot(F,X3);title('9 periods');

Cho nhận xét!

fourier(f,x,w): tìm biến đổi fourier của f

với biến thời gian x và biến tần số w

Ví dụ:

syms x w

f = exp(-x^2);

fourier(f, x, w)

Đọc thêm: 20 (Time – Frequency Analysis) trong giáo trình

Cho biết ý nghĩa của hàm vco

Symbolic Math in MATLAB ,

H James de St Germain, Đại học Utah (Mỹ),

http://www.cs.utah.edu/~germain/PPS/Topics/Matlab

Giáo trình Thí nghiệm CAD ,

Nguyễn Chí Ngôn, Đại học Cần Thơ, 12/2003

MATLAB Programming ,

Wikibooks, http://en.wikibooks.org/wiki/MATLAB_Programming

Nguyễn Ngọc Mỹ CAD

Simulink

Ví dụ 1 – Điều chế biên độ

Ví dụ 2 – Hàm truyền

Simulink dùng để mô hình hóa, phân tích, mô phỏng hệ thống thông qua các

sơ đồ khối

Chúng ta mô hình hóa hệ thống nhằm học các hành xử của hệ thống, từ đó xác định xem mô hình đúng hay sai

Cách khởi động simulink:

• C1: Dùng lệnh simulink.

• C2: Nhấn vào biểu tượng

Blocks

Nguyễn Mỹ 138

Hiển thị dạng sóng của tín hiệu trước và sau khi điều chế biên độ.

Sơ đồ khối như sau:

Cho nhận xét tín hiệu đã điều chế.

original signal

carrier

AM signal

Nguyễn Mỹ 141

Hiển thị dạng sóng của i trong hình sau khi v thay đổi:

v

0.01 H

Điện thế:

Vi phân 2 vế và nhân với 1/L:

Biến đổi Laplace:

C

1 dt

di L iR

v

LC

i dt

i

d L

R dt

di dt

=

LC

I I

s

sI L

R

L

+ +

1 s

L

R s

I L

sV 2

Suy ra biểu thức hàm truyền:

=

LC

1 s

L

R s

) L / 1 (

s V

I

2

LC

1 s

L

R s

) L / 1 (

L

R s

I

L

sV 2

Suy ra biểu thức hàm truyền:

=

LC

1 s

L

R s

) L / 1 (

s V

I

2

LC

1 s

L

R s

) L / 1 (

L

R s

I

L

sV 2

Thay giá trị vào hàm truyền và vẽ các khối:

LC

1 s

L

R s

) L / 1 ( s

) 100 (

s

× + +

Nguyễn Ngọc Mỹ CAD

147

M-File và Hàm

GUI

GUIDE

148

Nguyễn Mỹ 149

SV đọc phần 8 (M-Files) trong giáo trình.Cho biết M-File là gì!

150

M-File là tập tin chứa các chỉ thị MATLAB

do người dùng tạo ra

M-File có thể chứa thủ tục hoặc hàm.

M-File có thể được soạn thảo bởi bất kỳ trình soạn thảo nào

Tạo mới 1 M-File:

File/New/Blank M-File

151

Ví dụ: Tạo file tên là dt5.m chứa thủ tục sau:

1 Nhấn nút nếu soạn thảo trong MATLAB.

2 Gõ tên M-File từ cửa sổ chính MATLAB:

dt5

152

SV đọc phần 8.2 Cho biết:

– Liên hệ giữa Hàm và M-File.

– Cú pháp định nghĩa một hàm.

– Ngăn cách giữa các tham số?

– Ngăn cách giữa các biến đầu ra?

– Hàm có bắt buộc phải có tham số đầu vào và biến đầu ra không?

153

Hàm được chứa trong M-File

Tên file nên đặt giống với tên hàm được chứa bên trong

Cú pháp định nghĩa hàm:

function biendaura = tenham(cacthamso)

%Noi dung ham

154

Ví dụ: định nghĩa hàm bình phương rồi lưu vào file binhphuong.m:

function x = binhphuong(a)

x = a * a

Để thực thi hàm, từ cửa sổ chính MATLAB, ta gọi hàm kèm theo tham số:

n = binhphuong(4)

155

Các tham số đầu vào: được bao bởi dấu (),

cách nhau bởi dấu phẩy

Các biến đầu ra: được bao bởi dấu [], cách

nhau bởi dấu phẩy

function [x,y] =linhtinh (a,b)

%Ham tinh binh phuong cua a va bac ba cua b

Số lượng tham số đầu vào được lưu trong

Các lần thử khi gọi hàm vdnargin:

>> b1=vdnargin %khong tham so

BT1: Định nghĩa hàm ezplotdt5 như sau:

Đầu vào: hamso , maunetve , maunen , tieude , Đầu ra: đồ thị của hamso vẽ bằng hàm ezplot với màu nét vẽ, màu nền, tiêu đề lấy từ tham số đầu vào.

Ví dụ khi gọi hàm:

>> ezplotdt5('y=sin(x.^2)' , 'b' , [0.8 1 0.8] , 'Bai tap 1')

159

BT2: Định nghĩa hàm amplot như sau:

Đầu vào: fm , fc

Đầu ra: đồ thị các tín hiệu ym, yc , yam.

Cho biết:

Tín hiệu gốc ym=sin(2πfmt)+1 Sóng mang yc=sin(2πfct)

Tín hiệu AM yam=ym.*yct=[0  π], y=[-2  2]

160