Đặt vấn đề Matlab là một phần mềm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng với khối lượng tính toán lớn. Một trong số những điểm mạnh của Matlab là khả năng lập trình. Lập trình trong Matlab có thể giải quyết những bài toán trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong lĩnh vực ô tô và đặc biệt là trong các hệ thống trên ô tô. Với các thư viện Matlab được bổ sung các bộ công cụ cho phép nó kết nối và điều khiển các hệ đo, thu thập dữ liệu làm mạnh tính năng và hiệu quả sử dụng.
Sử dụng phần mềm Matlab để thiết kế và mô phỏng một số bài toán vật lý nhằm trang bị kiến thức và khả năng ứng dụng chúng vào việc tiến hành mô phỏng hiệu quả và kết quả chính xác để sử dụng mô phỏng vào các hệ thống trên ô tô. Vì vậy, được sự phân công Bộ môn Động cơ ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô của khoa Đào tạo chất lượng cao – Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM và sự hướng dẫn của ThS. Huỳnh Quốc Việt, nhóm chúng em đã nghiên cứu đề tài: Ứng dụng phần mềm Matlap trong mô phỏng ô tô. Để làm tài liệu hướng dẫn và giảng dạy cho người dùng.
Mục tiêu của đề tài Nắm vững các kiến thức về phần mềm Matlab. Xây dựng được mô hình Matlab từ cơ bản đến nâng cao. Kết hợp được các thư viện có trong Matlab: Simulink, Stateflow, Simscape để mô phỏng các hệ thống trên ô tô. Tao ra giao diện App Designer và đóng gói thành một ứng dụng cho người dùng dễ dàng sử dụng.
Làm tài liệu tham khảo và giảng dạy cho người dùng. Giới hạn đề tài Chỉ mô phỏng các mô hình của một vài hệ thống trên ô tô. Chỉ mô phỏng và đưa ra kết quả trên máy tính, chưa tiến hành xây dựng mô hình thực nghiệm. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng cơ sở lí thuyết của các nguồn tài liệu tham khảo để xây dựng mô hình mới.
Phương pháp xử lý bài toán bằng lý thuyết: dùng lý thuyết môn học phân tích và xử lý dữ kiện của các bài toán vật lý mẫu làm cơ sở để xây dựng thuật toán tính toán, lập chương trình chi tiết. Phương pháp xử lý bài toán bằng ứng dụng phần mềm: ứng dụng phần mềm Matlab xây dựng sơ đồ khối, thuật toán tính toán và lập chương trình để giải quyết các bài toán đa lựa chọn, kết quả mong đợi là sẽ mô phỏng các bài toán một cách nhanh, chính xác và trực quan với sự biến động và thay đổi của nhiều tham số đầu vào. So sánh, đánh giá đặc tuyến mô phỏng và đặc tuyến thực tế. Tổng quan về Matlab 2.
Giới thiệu chung về Matlab MATLAB là một phần mền cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác. MATLAB giúp đơn giản hóa việc giải quyết các bài toán tính toán kĩ thuật so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++. MATLAB được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xử lý tín hiệu và ảnh, truyền thông, thiết kế điều khiển tự động, đo lường kiểm tra, phân tích mô hình.
Với hàng triệu kĩ sư và nhà khoa học làm việc trong môi trường công nghiệp cũng như ở môi trường Hàn lâm, MATLAB là ngôn ngữ của tính toán khoa học. Matlab cung cấp cho ta các phương pháp theo hướng chuyên dụng hóa được gọi là các 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 các hàm của Matlab (M-file) cho phép mở rộng môi trường Matlab để giải các lớp bài toán cụ thể.
Các lĩnh vực trong đó có sẵn các Toolbox bao gồm: xử lý tín hiệu, hệ thống điều khiển, mạng noron, 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 đối tượng. Nó cho phép lập trình các ứng dụng từ nhỏ đến các ứng dụng lớn, từ ứng dụng đơn giản đến phức tạp. Môi trường làm việc của Matlab: đây là một bộ các công cụ và phương tiện mà bạn sử dụng với tư cách người dùng hoặc người lập trình Matlab. Nó bao gồm các phương tiện cho việc quản lý các biến trong không gian làm việc Workspace cũng như xuất nhập dữ liệu.
Nó cũng bao gồm các công cụ để phát triển quản lý, gỡ lỗi và định hình M – file. Xử lý đồ họa: đây là một hệ thống đồ họa của Matlab. Nó bao gồm các lệnh cao cấp cho trực quan hóa dữ liệu hai chiều và ba chiều, xử lý ảnh, ảnh động, …Nó cũng cung cấp các lệnh cấp thấp cho phép bạn tùy biến giao diện đồ 3 họa cũng như đi xây dựng một giao diện đồ họa hoàn chỉnh cho ứng dụng Matlab của mình. Thư viện toán học Matlab: đây là một thuật toán khổng lồ các thuật toán tính toán từ các hàm cơ bản như cộng, trừ, nhân, chia, sin, cos, số học phức…tới các hàm phức tạp hơn như: nghịch đảo, ma trận, tìm giá 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 ta viết các chương trình C và Fortran tương thích với Matlab. Giao diện của Matlab 2020b Hình 2. Giao diện của Matlab 2020b Command Window: Đây là cửa sổ làm việc chính của MATLAB. Tại đây ta thực hiện toàn bộ việc nhập dữ liệu và xuất kết quả tính toán.
Dấu nháy >> báo hiệu chương trình sẵn sàng cho việc nhập dữ liệu. Ta kết thúc việc nhập dữ liệu bằng cách nhấn phím Enter. MATLAB sẽ thực thi dòng lệnh mà ta nhập vào Command Window và trả kết quả trong Command Window. 4 Workspace browser: trong MATLAB các dữ liệu được lưu trong biến.
Workspace browser liệt kê tất cả các biến mà ta đang sử dụng trong MATLAB. Nó cung cấp thông tin về kích thước, loại dữ liệu. Ta có thể truy cập trực tiếp vào dữ liệu bằng cách nhấp đúp vào biến để hiển thị Array editor. Launch Pad: cho phép người sử dụng truy cập nhanh các công cụ, tài liệu của MATLAB.
Một số thao tác cơ bản trong Matlab Trong MATLAB, thanh trình đơn thay đổi tùy theo cửa sổ mà ta lựa chọn. Tuy vậy các trình đơn File, Desktop, Window, Help có mặt hầu hết trong các thanh trình đơn. Trình đơn File: New: tạo một đối tượng mới (biến, m-file, figure, model, GUI). Open: mở một file theo định dạng của MATLAB (*.
Import data…: nhập dữ liệu từ các file khác vào MATLAB. Save workspace…: lưu các biến trong MATLAB vào file *. Set path: khai báo các đường dẫn của các thư mục chứa các m-file. Preferences: thay đổi các định dạng về font, font size, color cũng như các tùy chọn cho Editor, Command Window v.
Page Setup: định dạng trang in. Desktop layout: sắp xếp các cửa sổ trong giao diện. Save layout: lưu cách sắp xếp cửa sổ. Trình đơn Window dùng để kích hoạt (activate) cửa sổ.
Nút Start cung cấp shortcut tới các công cụ trong MATLAB 2. Câu lệnh và biến trong Matlab Các câu lệnh trong Matlab thường có dạng sau: biến = biểu thức Tên biến được bắt đầu bằng một chữ cái, sau đó có thể là các chữ và số. Matlab chấp nhận tên biến (cũng như tên hàm) có đến 19 kí tự và phân biệt chữ in hoa và chữ in thường. 5 Không giống với một số phần mềm lập trình khác, ở đây biến không phải khai báo trước.
Nếu không viết tên biến và dấu = trước biểu thức thì chương trình sẽ tự động tạo tên biến là ans.5000 Nếu cuối câu lệnh ta đánh dấu kết thúc ‘ ; ‘ thì các phép tính được thực hiện nhưng không xuất kết quả ra màn hình. Ngược lại nếu không gõ dấu kết thúc thì kết quả tính được in ra màn hình. Nếu câu lệnh quá dài không thể viết hết được trên một trang thì có thể dùng dấu ba chấm (…) để viết tiếp trên dòng thứ hai. Muốn viết lời chú dẫn, trước dòng đó ta gõ dấu %, khi chạy chương trình máy sẽ bỏ qua dòng này.
Matlab trong toán học 2. Các phép toán Các phép toán số học: nối các toán hạng trong biểu thức với nhau. Dấu các phép toán như sau: + cộng - trừ * nhân / chia phải \ chia trái ^ lũy thừa Các phép toán quan hệ: == bằng 6 <= nhỏ hơn hoặc bằng >= lớn hơn hoặc bằng ~= không bằng < nhỏ hơn > lớn hơn Các phép toán logic & và / hoặc ~ không Các phép toán quan hệ và logic thường được dung trong các biểu thức của các toán tử điều khiển như if, while. Các hàm toán học Các hàm lượng giác: sin: sin cos: cosin tan: tang asin: arcsin acos: arccosin atan: arctang atan2: arctan góc phần tư sinh: sin hybecbolic cosh: cosin hybecbolic tanh: tang hybecbolic Các hàm toán sơ cấp: 7 abs: giá trị tuyệt đối hoặc modun của số phức angle: góc pha real: phần thực của số phức imag: phần ảo sqrt: căn bậc hai conj: số phức liên hợp round: làm tròn đến số nguyên gần nhất fix: làm tròn hướng về zero gcd: ước số chung lớn nhất lom: bội số chung nhỏ nhất exp: hàm e mũ log: logarit cơ số tự nhiên log10: logarit cơ số 10 2.
Một số bài toán được thực hiện bằng Matlab Vẽ đồ thị hàm số Vẽ đồ thị thường được ứng dụng nhiều nhất trong kỹ thuật, việc vẽ đồ thị giúp người dùng đánh giá được tính năng cụ thể của một vấn đề nào đó tại một điểm hoặc trên toàn miền, từ đó đưa ra các biện pháp cải tiến khác nhau. Nhập biến chạy, dùng lệnh plot. Cú pháp chung: plot (trục hoành, trục tung,’ màu đồ thị’) Một số lệnh vẽ cơ bản cần nhớ trong MATLAB: Plot (x, y,'r') lệnh này dùng để vẽ đồ thị ứng với đường màu gì tuỳ thích. ’r’ là đường màu đỏ.
Xlabel ('tên trục x'): tên của trục hoành được hiển thị trên đồ thị. Ylabel ('tên trục y'): tên của trục tung được hiển thị trên hình. 8 Title ('do thi xy'): tên của đồ thị cần vẽ. grid on: tạo lưới cho đồ thị cần vẽ.
grid off: bỏ lưới cho đồ thị. hold on: vẽ nhiều đồ thị lên cùng hệ trục tọa độ.