Với kết cấu nội dung gồm 4 chương, đồ án Ứng dụng Matlab trong giải mạch điện tuyến tính ở chế độ xác lập trình bày tổng quan về Matlab, mạch điện tuyến tính ở chế độ xác lập, xây dựng thuật toán phân tích mạch, kiểm tra với Matlab,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Trang 1Ch ươ ng 4. KI M TRA V I MATLAB ……… …….25Ể Ớ
4.2. Ki m tra b ng Matlab……… 27ể ằ
Trang 2K T LU N Ế Ậ
TÀI LI U THAM KH OỆ Ả
M đ u ở ầ
Trong chuyên ngành K thu t đi u khi n và T đ ng hóa, lý thuy t m chỹ ậ ề ể ự ộ ế ạ
đi n là m t h c ph n quan tr ng. Là c s đ sinh viên n m v ng và hi uệ ộ ọ ầ ọ ơ ở ể ắ ữ ể
được các nguyên lý, nguyên t c trong xây d ng, tính toán m ch đi n, t đóắ ự ạ ệ ừ giúp sinh viên có th đi sâu h c t p, nghiên c u các h c ph n là đ c thù c aể ọ ậ ứ ọ ầ ặ ủ ngành
V i s gi ng d y c a th y, cô b môn h c ph n lý thuy t m ch b n thânớ ự ả ạ ủ ầ ộ ọ ầ ế ạ ả
em đã ph n nào n m v ng c lý thuy t, phầ ắ ữ ơ ế ương pháp đ gi i các bài t pể ả ậ
m ch đi n. Song v i s lạ ệ ớ ố ượng bài t p l n, kh i lậ ớ ố ượng tính toán nhi u, ph iề ả
thường xuyên làm vi c v i nh ng m ch đi n ph c t p các ch đ khácệ ớ ữ ạ ệ ứ ạ ở ế ộ nhau. Vì v y vi c tính toán đ gi i m t bài t p lý thuy t m ch thậ ệ ể ả ộ ậ ế ạ ường m tấ khá nhi u th i gian, trong quá trình tính toán có th m c nhi u sai l m d nề ờ ể ắ ề ầ ẫ
đ n k t qu thu đế ế ả ược không chính xác
Qua quá trình tìm hi u v ph n m m mô ph ng Matlab & Simulink, v iể ề ầ ề ỏ ớ
nh ng ng d ng thi t th c, r ng l n c a nó r t nhi u lĩnh v c khoa h c –ữ ứ ụ ế ự ộ ớ ủ ở ấ ề ự ọ
k thu t nói chung và đ c bi t đ i v i k s đi u khi n – t đ ng hóa, cỹ ậ ặ ệ ố ớ ỹ ư ề ể ự ộ ụ
th h n là vi c h tr gi i bài toán m ch đi n. V i m c đích tìm ra phể ơ ệ ỗ ợ ả ạ ệ ớ ụ ươ ngpháp gi i bài t p v m ch tuy n tính nhanh chóng và chính xác, đ tài “ ngả ậ ề ạ ế ề Ứ
d ng Matlab trong gi i m ch đi n tuy n tính ch đ xác l p” đụ ả ạ ệ ế ở ế ộ ậ ược hình thành
Trang 3L i c m n ờ ả ơ
Đ hoàn thành để ược đ án v i đ tài “ ng d ng Matlab trong gi i m chồ ớ ề Ứ ụ ả ạ
đi n tuy n tính ch đ xác l p”, v i s n l c c a b n thân, em đã v nệ ế ở ế ộ ậ ớ ự ỗ ự ủ ả ậ
d ng nh ng ki n th c đụ ữ ế ứ ược h c, đọ ược trang b t th y cô gi ng d y t iị ừ ầ ả ạ ạ
gi ng đả ường, s tìm tòi h c h i, cùng s thu th p thông tin liên quan t i đự ọ ỏ ự ậ ớ ề tài. Bên c nh đó em luôn nh n dạ ậ ượ ự ước s h ng d n, giúp đ t n tình c a cácẫ ỡ ậ ủ
th y cô và s góp ý c a các b n trong nhóm đ án.ầ ự ủ ạ ồ
Em xin g i l i c m n chân thành t i th y. Ngử ờ ả ơ ớ ầ ười đã hướng d n em làmẫ
đ án này, th y đã giúp đ , t o m i đi u ki n thu n l i đ em hoàn thànhồ ầ ỡ ạ ọ ề ệ ậ ợ ể
được đ án.ồ
L n đ u tiên th c hi n làm m t đ án, v i th i gian và kh năng ki nầ ầ ự ệ ộ ồ ớ ờ ả ế
th c còn h n ch , đ án không th tránh kh i nh ng thi u sót. Em xin nh nứ ạ ế ồ ể ỏ ữ ế ậ
được nh ng nh n xét, góp ý t th y cô và các b n.ữ ậ ừ ầ ạ
Em xin chân thành c m n!ả ơ
Trang 4Ch ươ ng 1:
T NG QUAN V MATLAB Ổ Ề
1.1.1 B T Đ U V I MATLABẮ Ầ Ớ
1.1.2 Gi i thi u chungớ ệ
MATLAB là m t b ph n m m dùng đ tính toán các bài toán k thu t,ộ ộ ầ ề ể ỹ ậ
được vi t b ng ngôn ng C do hãng Math Works Inc s n xu t. Nó đế ằ ữ ả ấ ượ ạ c t otrên c s nh ng ph n m m do các nhà l p trình c a các d án LINPACK vàở ở ữ ầ ề ậ ủ ự EISPACK vi t ra b ng ngôn ng Fortran dùng cho vi c th c hi n các phépế ằ ữ ệ ự ệ tính và thao tác trên ma tr n.ậ
Tên c a ph n m m MATLAB là ch vi t t t c a ‘Matrix Laboratory’ cóủ ầ ề ữ ế ắ ủ nghĩa là ‘phương pháp ma tr n’. Đ n khi th c hành s d ng ph n m m ta sậ ế ự ử ụ ầ ề ẽ
th y m i ph n t c b n c a Matlab là m t ma tr n. Ph n m m Matlab liênấ ỗ ầ ử ơ ả ủ ộ ậ ầ ề
Phát tri n ng d ng, g m c giao di n ngể ứ ụ ồ ả ệ ười dùng đ h a GUI.ồ ọ
Thi t k các h th ng đi u khi n trong th i gian th c.ế ế ệ ố ề ể ờ ự
Trang 5Matlab cung c p cho ta các phấ ương pháp theo hướng chuyên d ng hóaụ
được g i là các Toolbox (h p công c ). Các Toolbox cho phép ngọ ộ ụ ườ ử ụ i s d ng
h c và áp d ng các k thu t chuyên d ng cho m t lĩnh v c nào đó. Toolboxọ ụ ỹ ậ ụ ộ ự
là m t t p h p toàn di n các hàm c a matlab (Mfile) cho phép m r ng môiộ ậ ợ ệ ủ ở ộ
trường Matlab đ gi i các l p bài toán c th Các lĩnh v c trong đó có s nể ả ớ ụ ể ự ẵ các Toolbox bao g m: x lý tín hi u, h th ng đi u khi n, m ng noron, môồ ử ệ ệ ố ề ể ạ
ph ng…ỏ
H th ng Matlab g m có 5 ph n chính:ệ ố ồ ầ
Ngôn ng Matlab: là m t ngôn ng ma tr n, m ng c p cao v i các câuữ ộ ữ ậ ả ấ ớ
l nh, hàm, c u trúc d li u vào/ra, các tính năng l p trình đ i tệ ấ ữ ệ ậ ố ượng.
Nó cho phép l p trình các ng d ng t nh đ n các ng d ng l n, tậ ứ ụ ừ ỏ ế ứ ụ ớ ừ
ng d ng đ n gi n đ n ph c t p
Môi trường làm vi c c a Matlab: đây là m t b các công c và phệ ủ ộ ộ ụ ươ ng
ti n mà b n s d ng v i t cách ngệ ạ ử ụ ớ ư ười dùng ho c ngặ ườ ậi l p trình Matlab. Nó bao g m các phồ ương ti n cho vi c qu n lý các bi n trongệ ệ ả ế không gian làm vi c Workspace cũng nh xu t nh p d li u. Nó cũngệ ư ấ ậ ữ ệ bao g m các công c đ phát tri n qu n lý, g r i và đ nh hình M –ồ ụ ể ể ả ỡ ố ị file
X lý đ h a: đây là m t h th ng đ h a c a Matlab. Nó bao g m cácử ồ ọ ộ ệ ố ồ ọ ủ ồ
l nh cao c p cho tr c quan hóa d li u hai chi u và ba chi u, x lýệ ấ ự ữ ệ ề ề ử
Trang 6ph c…t i các hàm ph c t p h n nh : ngh ch đ o, ma tr n, tìm giá trứ ớ ứ ạ ơ ư ị ả ậ ị riêng c a ma tr n, phép bi n đ i fourier nhanh.ủ ậ ế ổ
Giao di n chệ ương trình ng d ng Matlab API ( Application Programứ ụ Interface): đây là m t th vi n cho phép ta vi t các chộ ư ệ ế ương trình C và Fortran tương thích v i Matlab.ớ
Simulink là m t chộ ương trình đi kèm v i Matlab, là m t h th ng tớ ộ ệ ố ươ ngtác v i vi c mô ph ng các h th ng đ ng h c phi tuy n. Nó là m t chớ ệ ỏ ệ ố ộ ọ ế ộ ươ ngtrình đ h a s d ng chu t đ thao tác cho phép mô hình hóa m t h th ngồ ọ ử ụ ộ ể ộ ệ ố
b ng cách v m t s đ kh i trên màn hình. Nó có th làm vi c v i các hằ ẽ ộ ơ ồ ố ể ệ ớ ệ
th ng tuy n tính, phi tuy n, h th ng liên t c theo th i gian, h th ng giánố ế ế ệ ố ụ ờ ệ ố
đo n theo th i gian, h th ng đa bi n ạ ờ ệ ố ế
1.1.3 Giao di nệ
Command Window: Đây là c a s làm vi c chính c a MATLAB. T i đâyử ổ ệ ủ ạ
ta th c hi n tòan b vi c nh p d li u và xu t k t qu tính tóan. D u nháyự ệ ộ ệ ậ ữ ệ ấ ế ả ấ
>> báo hi u chệ ương trình s n sàng cho vi c nh p d li u. Ta k t thúc vi cẵ ệ ậ ữ ệ ế ệ
Trang 7nh p d li u b ng cách nh n phím Enter. MATLAB s th c thi dòng l nh màậ ữ ệ ằ ấ ẽ ự ệ
ta nh p vào ậ Command Window và tr k t qu trong ả ế ả Command Window.
Command History: L u l i t t c các l nh mà ta đã nh p vào trongư ạ ấ ả ệ ậ
Command Window. Ta có th xem l i t t c các l nh b ng cách dùng scrollể ạ ấ ả ậ ằ bar, hay th c hi n l i l nh đó b ng cách nh p kép lên dòng l nh. ự ệ ạ ệ ằ ấ ệ Ngòai ra ta còn có th cut, paste, delete các l nh.ể ệ
Workspace browser: trong MATLAB các d li u đữ ệ ượ ưc l u trong bi n.ế
Workspace browser li t kê t t c các bi n mà ta đang s d ng trongệ ấ ả ế ử ụ MATLAB. Nó cung c p thông tin v kích thấ ề ước, lo i d li u. Ta có th truyạ ữ ệ ể
c p tr c ti p vào d li u b ng cách nh n kép vào bi n đ hi n th ậ ự ế ữ ệ ằ ấ ế ể ể ị Array
Trình đ n File:ơ
New: t o m t đ i tạ ộ ố ượng m i (bi n, mfile, figure, model, GUI).ớ ế
Open: m m t file theo đ nh d ng c a MATLAB (*.m, *.mat, *.mdl)ở ộ ị ạ ủImport data…: nh p d li u t các file khác vào MATLAB.ậ ữ ệ ừ
Save workspace…: l u các bi n trong MATLAB vào file *.mat.ư ế
Set path: khai báo các đường d n c a các th m c ch a các mfile.ẫ ủ ư ụ ứ
Trang 8Preferences: thay đ i các đ nh d ng v font, font size, color cũng nhổ ị ạ ề ư các tùy ch n cho Editor, Command Window v.v.ọ
Page Setup: đ nh d ng trang in.ị ạ
Print: in
Trình đ n Desktop:ơ
Desktop layout: s p x p các c a s trong giao di n.ắ ế ử ổ ệ
Save layout: l u cách s p x p c a s ư ắ ế ử ổ
Trình đ n Window dùng đ kích h at (activate) c a s ơ ể ọ ử ổ
Nút Start cung c p shortcut t i các công c trong MATLABấ ớ ụ
1.2 CÁC KHÁI NI M C B NỆ Ơ Ả
1.2.1 Câu l nh và bi n trong Matlabệ ế
Các câu l nh trong Matlab thệ ường có d ng sau:ạ
bi n = bi u th cế ể ứ
Tên bi n đế ược b t đ u b ng m t ch cái, sau đó có th là các ch và s ắ ầ ằ ộ ữ ể ữ ố Matlab ch p nh n tên bi n (cũng nh tên hàm) có đ n 19 kí t và phân bi tấ ậ ế ư ế ự ệ
ch in hoa và ch in thữ ữ ường
Không gi ng v i m t s ph n m m l p trình khác, đây bi n không ph iố ớ ộ ố ầ ề ậ ở ế ả khai báo trước. N u không vi t tên bi n và d u = trế ế ế ấ ước bi u th c thì chể ứ ươ ngtrình s t đ ng t o tên bi n là and.ẽ ự ộ ạ ế
Ví d : ụ
>>2/4
and =
Trang 9N u cu i câu l nh ta đánh d u k t thúc ‘ ; ‘ thì các phép tính đế ố ệ ấ ế ược th cự
hi n nh ng không xu t k t qu ra màn hình. Ngệ ư ấ ế ả ượ ạ ếc l i n u không gõ d uấ
k t thúc thì k t qu tính đế ế ả ược in ra màn hình
N u câu l nh quá dài không th vi t h t đế ệ ể ế ế ược trên m t hang thì có thộ ể dùng d u ba ch m (…) đ vi t ti p trên dòng th hai.ấ ấ ể ế ế ứ
Mu n vi t l i chú d n, trố ế ờ ẫ ước dòng đó ta gõ d u %, khi ch y chấ ạ ương trình máy s b qua dòng này.ẽ ỏ
Trang 10Matlab dùng s th p phân truy n th ng v i s ch s th p phân tùy ch n.ố ậ ề ố ớ ố ữ ố ậ ọ
B n cũng có th dùng s dạ ể ố ướ ại d ng lũy th a c a 10 và s có s đ n v ph c.ừ ủ ố ố ơ ị ứ
Dưới đây là m t s ví d v các s h p th c dùng trong Matlab:ộ ố ụ ề ố ợ ứ
4 57 180.1122
3.0983741 12.6529E4 20.2908e2
12i 23.1261i 5e2i
1.2.4. Nh p s li u t bàn phímậ ố ệ ừ
Dùng l nh input v i quy cách vi t nh sau:ệ ớ ế ư
a=input(‘ hãy nh p giá tr c a a: a =’)ậ ị ủ
Khi ch y chạ ương trình máy s d ng đ đ i ta gõ vào t bàn phím giá trẽ ừ ể ợ ừ ị
c a a, sau đó b m Enter.ủ ấ
Trang 111.2.5 In k t qu ra màn hìnhế ả
Cách 1: Không gõ d u k t thúc (;) cu i câu l nh. Khi ch y k t qu tínhấ ế ở ố ệ ạ ế ả
Ma tr n đậ ược bi u th trong d u ngo c vuông, m i ph n t trên m t hangể ị ấ ặ ỗ ầ ử ộ
được cách nhau b ng các ô tr ng ho c d u ph y (,), còn m i hang đằ ố ặ ấ ẩ ỗ ược ngăn cách b i d u ch m ph y (;).ở ấ ấ ẩ
Ví d : Vi t ma tr n A g m 3 hàng, 3 c t.ụ ế ậ ồ ộ
Trang 121.2.7 S ph c ố ứ
Matlab có th th c hi n để ự ệ ược các phép toán v s ph c. S ph c đề ố ứ ố ứ ượ c
bi u th nh hàm I và j. Ví d vi t s ph c z dùng i và j nh dể ị ờ ụ ế ố ứ ư ưới đây cho k tế qur nh nhau:ư
Trang 14Ch ươ ng 2
M CH ĐI N TUY N TÍNH CH Đ XÁC L P Ạ Ệ Ế Ở Ế Ộ Ậ
2.1. M CH ĐI N TUY N TÍNH CH Đ XÁC L PẠ Ệ Ế Ở Ế Ộ Ậ
Trang 15M ch đi n là t p h p các thi t b đi n n i v i nhau b ng các dây d nạ ệ ậ ợ ế ị ệ ố ớ ằ ẫ (ph n t d n) t o thành nh ng vòng kín trong đó có dòng đi n có th ch yầ ử ẫ ạ ữ ệ ể ạ qua. M ch đi n thạ ệ ường g m các lo i ph n t sau: ngu n đi n, ph t i, dâyồ ạ ầ ử ồ ệ ụ ả
Nhánh: g m m t ho c m t s ph n t m c n i ti p v i nhau.ồ ộ ặ ộ ố ầ ử ắ ố ế ớ
M ch đi n tuy n tính là m ch đi n có mô hình toán h c bao g m h uạ ệ ế ạ ệ ọ ồ ữ
h n các tuy n tr ng thái, các thông s R, L, C c a các ph n t m ch là cácạ ế ạ ố ủ ầ ử ạ
h ng s và không ph thu c đi n áp hai đ u hay dòng đi n đi qua nó.ằ ố ụ ộ ệ ầ ệ
gi ng v i quy lu t bi n thiên c a ngu n.ố ớ ậ ế ủ ồ
Trang 16Ví d : T i nút A : = 0ụ ạ
Trang 17 Đ nh lu t Kirchhoff II: t ng đ i s các đi n áp s t trên các thông sị ậ ổ ạ ố ệ ụ ố
th đ ng c a m t vòng kín b ng t ng đ i s các s c đi n đ ng cóụ ộ ủ ộ ằ ổ ạ ố ứ ệ ộ trong vòng kín đó
Trang 18Là phương pháp l p phậ ương trình m ch đi n theo đ nh lu t Kirchhoff Iạ ệ ị ậ
và Kirchhoff II v i bi n là dòng trong các nhánh.ớ ế
Ta xác đ nh s nút n và s nhánh m c a m ch đi n.ị ố ố ủ ạ ệ
M ch đi n có n nút thì vi t (n – 1) phạ ệ ế ương trình theo đ nh lu tị ậ Kirchhoff I
M ch đi n có m nhánh thì vi t (m – n + 1) phạ ệ ế ương trình theo đ nhị
Trang 19Là phương pháp riêng c a phủ ương pháp đi n th đi m nút.ệ ế ể
S d ng khi m ch có nhi u nhánh nh ng ch có hai nút.ử ụ ạ ề ư ỉXét m ch đi n:ạ ệ
A A
Trang 20B B
Ch n chi u dòng đi n nh hình v :ọ ề ệ ư ẽ
Theo phương pháp này ta l p công th c tính ậ ứ :
=
Trong đó có quy ước các s c đi n đ ng ứ ệ ộ có chi u ngề ược v i đi n áp thìớ ệ
l y d u dấ ấ ương và cùng chi u l y d u âm.ề ấ ấ
Là phương pháp l p phậ ương trình m ch theo đ nh lu t Kirchhoff II v iạ ị ậ ớ
bi n là dòng đi n quy ế ệ ước ch y trong các vòng c a m ch.ạ ủ ạ
N u m ch đi n có n nút và m nhánh khi áp d ng phế ạ ệ ụ ương pháp dòng đi nệ vòng ta s vi t đẽ ế ược: ( m – n +1) phương trình
A A
Trang 22 Dòng đi n qua m i nhánh b ng t ng đ i s các dòng đi n qua nhánhệ ỗ ằ ổ ạ ố ệ
do tác đ ng c a t ng s c đi n đ ng gây nên.ộ ủ ừ ứ ệ ộ
Đi n áp trên m i nhánh b ng t ng đ i s các đi n áp gây nên trênệ ỗ ằ ổ ạ ố ệ nhánh do tác đ ng c a t ng s c đi n đ ng gây nên.ộ ủ ừ ứ ệ ộ
Trang 24 Các thông s c a các ph n t ( đi n tr , đi n dung, đi n c m,…).ố ủ ầ ử ệ ở ệ ệ ả
Các thông s c a ngu n áp, ngu n dòng.ố ủ ồ ồ
Trang 25Đ xây d ng thu t toán gi i bài toán m ch này, ta chuy n phể ự ậ ả ạ ể ương trình
m ch sang s ph c, khi đó h phạ ố ứ ệ ương trình vi phân mô t m ch s tr thànhả ạ ẽ ở
h phệ ương trình đ i s và d dàng gi i đạ ố ễ ả ược
Trang 26Ma tr n dòng đi n các nhánh là: I = C*Bậ ệ
I là ma tr n c t, m i dòng c a ma tr n là dòng đi n c a nhánh tậ ộ ỗ ủ ậ ệ ủ ươ ng
ng. T dòng đi n ta tìm đ c các thông s khác c a m ch.
H phệ ương trình (3.1) là h phệ ương trình đ i s tuy n tính, ta d dàngạ ố ế ễ
gi i đả ược trên Matlab. L u đ thu t toán đ gi i bài toán lý thuy t m ch ư ồ ậ ể ả ế ạ ở
ch đ xác l p đế ộ ậ ược bi u di n nh sau:ể ễ ư
Trang 283.2.2. Vi t chế ương trình trên Matlab
Chương trình được vi t nh sau:ế ư
Trang 31Ta tìm được giá tr dòng đi n trên các nhánh, t đó tìm các giá tr đi n ápị ệ ừ ị ệ
Trang 354.2. KI M TRA B NG PH N M M MATLABỂ Ằ Ầ Ề4.2.1. Chương trình
Trang 36>>argumenI1=angle(I1)*180/pi %gia tri goc pha ban dau argumenI1 =
Trang 37Hình 4.1: Bi u di n giá tr dòng đi n Iể ễ ị ệ 1
>> I2=I(2,1)
I2 =
1.8000 + 0.6000i
>> modun2=abs(I2) %gia tri dong dien hieu dung modun2 =
1.8974
>> argumen2=angle(I2)*180/pi %gia tri goc pha ban dau argumen2 =
161.5651
>>I2= modunI2*sqrt(2)*sin(314*t + argumenI2*pi/180);
Trang 38>> argumen3=angle(I3)*180/pi %gia tri goc pha ban dau argumen3 =
Trang 40>> argumenU1=angle(U1)*180/pi %gia tri goc pha ban dau argumenU1 =
Trang 415.3666
>> argumenU2=angle(U2)*180/pi %gia tri goc pha ban dau argumenU2 =
Trang 427.2000 2.4000i
>> modunU3=abs(U3) %gia tri dien ap hieu dung modunU3 =
7.5895
>> argumenU3=angle(U3)*180/pi %gia tri goc pha ban dau argumenU3 =
18.4349
>>U3= modunU3*sqrt(2)*sin(314*t + argumenU3*pi/180);
>>plot(t,U3)
>>grid
Trang 43Hình 4.6: Bi u di n giá tr đi n áp Uể ễ ị ệ 3
K T LU NẾ Ậ
Trong quá trình quá trình h c t p và nghiên c u m ch đi n h c ph n lýọ ậ ứ ạ ệ ọ ầ thuy t m ch đi n chúng ta thế ạ ệ ường ph i gi i quy t nhi u bài toán t đ nả ả ế ề ừ ơ
gi n đ n ph c t p và thả ế ứ ạ ường g p khó khăn trong khâu tính toán, có nh ngặ ữ
nh m l n, sai sót trong tính toán. V i ng d ng thi t th c c a Matlab thì vi cầ ẫ ớ ứ ụ ế ự ủ ệ
h tr cho chúng ta gi i các bài toán m ch đi n s tr nên d dàng h n…Đỗ ợ ả ạ ệ ẽ ở ễ ơ ề tài: “ ng d ng Matlab trong gi i m ch đi n tuy n tính ch đ xác l p”Ứ ụ ả ạ ệ ế ở ế ộ ậ cho ta m t cái nhìn rõ h n v vi c gi i m ch đi n s d ng ph n m mộ ơ ề ệ ả ạ ệ ử ụ ầ ề Matlab