Giáo trình MATLAB - SIMULINK

MATLAB (viết tắt từ matrix laboratory) được phát triển từ dự án LINPACK & EISPACK nhằm tạo ra thư viện ma trận phục vụ cho tính toán. Qua quá trình phát triển lâu dài, MATLAB được phát triển thành một công cụ rất mạnh, được ứng dụng khá phổ biến trong các trường đại học ở khắp thế giới, đặc biệt là các nước như Mỹ, Bỉ, Canada, ... như là công cụ không thể thiếu trong các giáo trình từ cơ bản đến nâng cao trong các lĩnh vực: toán học cao cấp, khoa học và kỹ thuật....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình MATLAB - SIMULINK GIÁO TRÌNH MATLAB - SIMULINK 1 CHƯƠNG 0. TỔNG QUAN VỀ MATLAB 0.1 Cấu trúc chung và các lĩnh vực ứng dụng của MATLAB: MATLAB (viết tắt từ matrix laboratory) được phát triển từ dự án LINPACK & EISPACK nhằm tạo ra thư viện ma trận phục vụ cho tính toán. Qua quá trình phát triển lâu dài, MATLAB được phát triển thành một công cụ rất mạnh, được ứng dụng khá phổ biến trong các trường đại học ở khắp thế giới, đặc biệt là các nước như Mỹ, Bỉ, Canada, ... như là công cụ không thể thiếu trong các giáo trình từ cơ bản đến nâng cao trong các lĩnh vực: toán học cao cấp, khoa học và kỹ thuật. Trong công nghiệp, MATLAB công cụ lựa chọn cho nghiên cứu nâng cao hiệu quả sản xuất, phân tích đánh giá và ứng dụng. Với MATLAB, bài toán tính toán, phân tích, thiết kế và mô phỏng trở nên dễ dàng hơn trong nhiều lĩnh vực chuyên ngành như: Điện, Điện tử, Cơ khí, Cơ điện tử, Vật lý, ...  MATLAB là công cụ tính toán rất mạnh dễ dùng, trực quan dễ mở rộng và phát triển.  MATLAB có khả năng liên kết đa môi trường, liên kết dễ dàng với ngôn ngữ lập trình C++, Visual C, FORTRAN, JAVA, ...  MATLAB có khả năng xử lý đồ hoạ mạnh trong không gian hai chiều và ba chiều.  Các TOOLBOX trong MATLAB rất phong phú, đa năng là công cụ nghiên cứu, thiết kế cực kỳ hiệu quả trong các lĩnh vực chuyên ngành.  Công cụ mô phỏng trực quan SIMULINK chạy trong môi trường MATLAB giúp cho bài toán phân tích thiết kế dễ dàng, sinh động hơn.  MATLAB có kiến trúc mở, dễ dàng trong việc xây dựng thêm các module tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn công nghiệp và truyền thông. MATLAB xây dựng sẵn các phép tính xử lý ma trận, các hàm toán học, các phép xử lý đồ hoạ với thư viện phong phú. Từ đó cho phép người dùng viết các chương trình (m-files), xây dựng các hàm chuyên tính toán cho mỗi lĩnh vực (gọi là các TOOLBOXS) như: Điều khiển tự động, Kỹ thuật điện, Điện tử, truyền thông, xử lý ảnh, xử lý tín hiệu số, tối ưu hoá, mô phỏng các quá trình thực tế ... Trên cơ sở các thư viện có sẵn, người dùng lập nên các chương trình ứng d ụng riêng theo nhu cầu riêng với cấu trúc chương trình dễ hiểu, rõ ràng và tận dụng s ức 2 mạnh các công cụ có sẵn, đặc biệt công cụ xử lý ma trận để viết nên các ứng dụng mà thời gian lập trình tiết kiệm rất nhiều. Ngoài ra MATLAB cho phép viết ngôn ngữ C/C++, FORTRAN trong cửa sổ MATLAB và biên dịch chương trình viết bằng MATLAB sang C/C++, FORTRAN. Từ đó ta có thể biên dịch sang chương trình ứng dụng (*.exe) chạy độc lập (stand-alone application). Đặc biệt, ta có thể viết chương trình C/C++, Fortran, LabView, ... gọi MATLAB chạy ngầm để tính toán sau đó trả kết quả về chương trình. Ngoài ra MATLAB có thể chạy trên các máy tính khác nhau, với các hệ điều hành khác nhau như: MS Windows, X Windows (Unix/Linux) và Macintosh mà vẫn giữ nguyên các chương trình và dữ liệu, không cần một sự biến đổi nào. 0.2 Giới thiệu SIMULINK và TOOLBOXS trong MATLAB SIMULINK là công cụ mô phỏng trực quan trong môi trường MATLAB, kết hợp với thư viện TOOLBOXS rất phong phú cho các ngành, các lĩnh vực kỹ thuật, giúp cho bài toán phân tích thiết kế dễ dàng, sinh động hơn. Do đó rất thích hợp cho sinh viên nghiên cứu khoa học, làm báo cáo đồ án môn học, đặc biệt đồ án tốt nghiệp, Các kỹ s ư làm việc trong các lĩnh vực nghiên cứu, điều khiển các hệ thống kỹ thuật, phân tích hệ thống, ... Các Toolboxs: - Control System Toolbox cho lĩnh vực điều khiển - Tự động hoá, Điện tử, Cơ khí. - Power System Toolbox cho chuyên ngành Hệ thống điện, Thiết bị điện, Tự động hoá, Cơ khí. - Nonlinear control Design blocksets để mô phỏng, phân tích, thiết kế tối ưu hệ thống điều khiển phi tuyến. - Signal Processing Toolbox và Image procesing Toolbox dành cho ngành ngành Điện tử viễn thông, Công nghệ thông tin và Cơ điện tử. - Communication Toolbox dành cho ngành điện tử viễn thông- TĐH Đo lường - Data acquisition Toolbox thu thập dữ liệu, xây dựng hệ thu thập dữ liệu vào/ra với thiết bị bên ngoài. - Fuzzy logic và Neural Network Toolbox phân tích thiết kế hệ thống trên cơ sở logic mờ và mạng nơ ron nhân tạo. - Aerospace Toolbox và Math Toolbox cho ngành Cơ khí - Cơ điện tử. 3 4 CHƯƠNG 1. CÁC THAO TÁC LẬP TRÌNH TRÊN MATLAB 1.1 Các lệnh cơ bản quản lý MATLAB 1.1.1 Quản lý lệnh và các hàm - Cửa sổ MATLAB: bao gồm các phần sau: Simulink (mở cửa sổ soạn thảo chương trình mô phỏng simulink) path browser (mở cửa sổ quan sát các đường dẫn tìm kiến của MATLAB và có thể xoá hoặc bổ sung đường dẫn tìm kiếm) workspace browser (mở cửa sổ quan sát và sửa chữa các biến trong không gian workspace) open(mở cửa sổ soạn thảo với chương trình cũ) New (mở cửa sổ soạn thảo mới chương trình) Hình 2.1 Cửa sổ dòng lệnh MATLAB dòng lệnh(commandline) Từ cửa sổ dòng lệnh, ta có thể gọi lệnh thi hành: »path cho đường dẫn các thư mục trong danh mục tìm kiếm (search path) »addpath Bổ sung các thư mục vào search path của MATLAB »rmpath xoá thư mục khỏi search path của MATLAB »pathtool mở cửa sổ giao diện cho phép xem và sửa đổi đường dẫn tìm kiếm search path giống như editpath (hình 1.2) Hình 2.2 Cửa sổ path Browser ...