BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
CỘNG HềA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VỆT NAM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
---o Oo --TP. HỒ CHÍ MINH
  

KHOA ĐIỆN
BỘ MễN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Họ và tờn : Lờ Trung Hiền
MSSV
: 95101051
Lớp
: 95KĐĐ
Ngành
: Kỹ thuật Điện – Điện Tử
*******************************
1.

Tờn đề tài: Sử dụng MATLAB tạo ra hộp cụng cụ
dựng để giải cỏc bài toỏn trong tự động điều khiển.
2. Nội dung cỏc phần thuyết minh.
 Chương I : Giới thiệu những ưu điểm hiện cú của MATLAB khi ứng dụng trong
tự động điều khiển.
 Chương II :
 Tỡm hiểu cỏch nhập xuất và tớnh toỏn cỏc
biến trong
MATLAB.







Họ và tờn : Lờ Trung Hiền
Lớp : 95KĐĐ
MSSV : 95101051
GVHD : Th.S Lờ Cảnh Trung
Tờn đề tài: Sử dụng MATLAB tạo ra hộp cụng cụ
dựng để giải cỏc bài toỏn trong tự động điều khiển.

 Lời nhận xột của cỏn bộ hướng dẫn:
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


------------------------------------------------------------------------------------------------------------Thành Phố ngày thỏng
Cỏn bộ hướng dẫn

Th.S Lờ Cảnh Trung

năm 2000


BẢN NHẬN XẫT
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

*** ***


Xin ghi nhớ cụng ơn của cha me đó khụng quản mọi gian lao khú nhọc , và cả sự hy
sinh cao cả để cho con được như ngày hụm nay.
Xin chõn thành cảm ơn cỏc thầy cụ trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đó tận tỡnh
chỉ bảo chỳng em trong suốt khúa học vừa qua.
Xin cảm ơn thầy Lờ Cảnh Trung đó tận tỡnh hướng dẫn và cung cấp cho em những tài
liệu quý bỏo để hoàn thành luận văn này, cũng như truyền thụ những kinh nghiệm quý
bỏotrong suốt thời gian thực hiện nghiờn cứu đề tài.
Một lần nữa xin gởi đến những người thõn yờu, bạn, cỏc anh chị ... Đó gúp ý giỳp đở về
tinh thần cũng như về kinh nghiệm, kiến thức... một lời biết ơn sõu sắc nhất
TP. HỒ CHÍ MINH ngày 20 thỏng 2 năm 2000
Sinh viờn thực hiện
Lờ Trung Hiền

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Điều khiển tự động 1,2


Pts : Nguyễn Thị Phương Hà
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật Năm 1996
2. Bài Tập Điều khiển tự động 1,2
Pts : Nguyễn Thị Phương Hà
Nhà Xuất Bản Khoa Học Và Kỹ Thuật Năm 1996
3. Điều khiển tự động
Lương Văn Lăng
Nhà Xuất Bản Giỏo Dục Năm 1996
4. Giỏo Trỡnh Lý Thuyết Điều khiển tự động Phần I,II
Th.s : Trần Sum
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
5. Xử Lý tớn hiệu Và Lọc Số

Để đúng gúp một phần nào đú và tuõn theo mục tiờu đào tạo của trường ĐH SƯ PHẠM
KỸ THUẬT, người viết đi vào tỡm hiểu một phần mềm được ứng dụng khỏ phổ biến trong
nhiều lĩnh vực, trong đú cú lĩnh vực tự động điều khiển, đú là MATLAB.
Matlab là một phần mềm rất được ưa chuộng cho cỏc lập trỡnh tớnh toỏn trong kỹ thuật hiện
nay. Nú hầu như được phổ biến rộng khắp trong cỏc trường đại học ở nhiều nước.Với Matlab
cụng việc tớnh toỏn trở nờn đơn giản và nhẹ nhàng hơn so với nhiều ngụn ngữ lập trỡnh khỏc
nhờ đó thiết kế sẵn cỏc toolbox giỳp cho người sử dụng:
 Control System Tollbox: là nền tảng của họ toolbox thiết kế điều khiển bằng Matlab. Nú
chứa cỏc hàn cho việc mụ phỏng, phõn tớch và thiết kế cỏc hệ thống trong tự động điều
khiển.
 Frequency Domain System Identification Tollbox: Bao gồm cỏc M-file giỳp cho việc mụ
phỏng cỏc hệ thống tuyến tớnh trờn cơ sở phộp đo đỏp ứng tần số của hệ thống.
 Fuzzy Logic Tollbox: Cung cấp một tập hợp đầy đủ cỏc cụng cụ cho việc thiết kế, mụ
phỏng và phõn tớch cỏc hệ thống logic mờ (Fuzzy Inferencs).
 Higher Order Spectral Analysis Toolbox: cung cấp cỏc cụng cụ cho việc xử lý tớn hiệu
dựng phổ bậc cao. Cỏc phương này đặc biệt hữu dụng cho phõn tớch cỏc tớn hiệu cú
nguồn gốc từ một quỏ trỡnh phi tuyến hay bị nhiễu phi Gaussian ( non-Gaussian noise)
xõm nhập.
 Image Processing Toolbox: chứ cỏc cụng cụ cho việc sử lý ảnh. Nú bao gồm cỏc cụng cụ
cho việc thiết kế cỏc bộ lọc và lưu trữ ảnh, nõng cấp ảnh, phõn tớch và thống kờ.
 Model Predictive Control Tollbox: đặc biệt hữu dụng cho cỏc ứng dụng điều khiển với
nhiều biến ngừ vào (input) và ngừ ra (output) mà phần lớn cú cỏc giới hạn nhất là trog kỹ
thuật húa chất.
 Mu-Analysis And Syntheris Tollbox: chứa cỏc cụng cụ chuyờn mụn húa cho điều khiển
tối ưu húa ; Đặc biệt trong lĩnh vực robot cao cấp và cỏc hệ thống đa biến tuyến tớnh.
 Signal Processing Tollbox: chứa cỏc cụng cụ xử lý tớn hiệu. Cỏc ứng dụng bao gồm:
Audio (Đĩa compact, băng digital), video (digital HDTV, xử lý và nộn ảnh), viễn thụng
(fax, telephone), y học, địa lý.
 Non-linear Control Design Tollbox: cho phộp thiết kế cỏc hệ thống điều khiển tuyến tớnh
và phi tuyến, sử dụng kỹ thuật tối ưu húa trờn cơ sở miền thời gian.

và ngay cả trong đời sống hằng ngày như : Điều khiển nhiệt độ, độ ẩm.
Phỏt minh đầu tiờn đỏnh dấu bước mở đầu cho sự phỏt triển của lĩnh vực điều khiển tự
động là bộ điều tốc ly tõm để điều chỉnh tốc độ mỏy hơi nước của James Watt (1874). Năm
1922, Nynorsky thực hiện hệ thống điều khiển cỏc con tàu và chứng minh tớnh ổn định của
hệ thống cú thể xỏc định bằng phương trỡnh vi phõn mụ tả hệ thống. Cũng ở thời điểm này
Nyquist đó đưa ra một nguyờn tắc tương đối đơn giản để xỏc dịnh tớnh ổn định của hệ thống
vũng kớn dựa trờn cơ sở đỏp ứng vũng hở đối với tớn hiệu vào hỡnh sin ở trạng thỏi xỏc lập.
Năm 1934 Hazen đó giới thiệu thuật ngữ điều chỉnh cơ tự động (Servo mechanism) cho
những hệ thống điều khiển định vị và thảo luận đến việc thiết kế hệ thống rơle điều chỉnh cơ
tự động với tớn hiệu ngừ vào thay đổi.
Trong suốt thập niờn 40 của thế kỷ XX, phương phỏp đỏp ứng tần số đó giỳp cho cỏc kĩ
sư thiết kế cỏc hệ thống vũng kớn tuyến tớnh thỏa cỏc yờu cầu chất lượng điều khiển. Từ cuối
thập niờn 40 đến đầu thập niờn 50 phương phỏp quỹ đạo nghiệm của Evans được phỏt triển
khỏ hoàn thiện. Với phương phỏp quỹ đạo ngiệm và đỏp ứng tần số được xem là cốt lỏi của lý
thuyết điều khiển cổ điển cho phộp chỳng ta thiết kế những hệ thống ổn định và thỏa cỏc chỉ
tiờu chất lượng điều khiển. Những hệ thống này được chấp nhận nhưng chưa phải là tối ưu,
hoàn thiện nhất.
Khi cỏc hệ thống mỏy múc hiện đại ngày càng phức tạp với nhiều tớn hiệu ngỏ vào và
ngỏ ra thỡ việc mụ tả hệ thống hiện đại này đũi hỏi một lượng rất lớn cỏc phương trỡnh. Lý
thuyết điều khiển cổ điển liờn quan đến hệ thống một ngỏ vào một ngỏ ra trở nờn bất lực để
phõn tớch hệ thống nhiều đầu vào và nhiều đầu ra. Kể từ năm 1960, nhờ mỏy tớnh số cho
phộp ta phõn tớch cỏc hệ thống phức tạp trong miền thời gian, lý thuyết điều khiển hiện đại
được phỏt triển để đối phú với sự phức tạp của cỏc hệ thống hiện đại. Lý thuyết điều khiển
hiện đại dựa trờn phõn tớch trong trong miền thời gian và tổng hợp dựng cỏc biến trạng thỏi,
cho phộp giải quyết cỏc bài toỏn điều khiển cú yờu cầu chặt chẻ về độ chớnh xỏc, trọng lượng
và giỏ thành của hệ thống trong lĩnh vực kỹ nghệ, khụng gian và quõn sự.


II . Mục đớch nghiờn cứu
Trờn đà phỏt triển đú, đồng thời chuẩn bị cho kỡ thi tốt nghiệp kết thỳc giai đoạn học

kiến thức mới cũn hạn chế. Nờn người viết rất mong sự đúng gúp nhiệt tỡnh của cỏc thầy cụ,
cỏc bạn đọc; Dể việc tiếp thu kiến thức mới tốt hơn và đỳt kết được nhiều kinh nghiệm trong
tương lai.

Xin chõn thành cảm ơn.

SVTH :

Lờ Trung Hiền


II : CƠ BẢN VỀ MATLAB
>>>oOo
3+4+...
5+6
kết quả cho:
p=
21
Khi tớnh mũ x cơ số y nào đú ta dựng toỏn tử sau:
vớ dụ 4: tớnh p2 ta thự hiện lệnh:
ằ p^2
Kết quả nhận được:
ans =
441
( tức là 212=441)
 Một số toỏn hạng cơ bản sử dụng trong Matlab:
^
*
/ hay \
+
-

phộp toỏn lũy thừa
phộp toỏn nhõn
phộp toỏn chia
phộp toỏn cộng
phộp toỏn trừ

Trong trường hợp phộp chia cú hai loại : phộp chia trỏi (\) và phộp chia phải (/), chỳng hoàn
toàn giống nhau nhưng số bị chia và số chia bị đảo ngược.
Ta cú : a/b=a-1.b
vậy
a\b = b/a = b-1.a

d=
Inf
vớ dụ 9:
ằ c=Inf/Inf
kết quả cho:
c=
NaN
việc nhập vào Matlab một số phức là hoàn toàn đơn giản .
vớ dụ 10 : nhập t=2+3i hay 2+ 3j cũng được
ằ t=2+3*i
Kết quả:
t=
2.0000 + 3.0000i
vớ dụ 11 : Tỡm căn bậc hai của số phức : 2+3i
ằ z=sqrt(2+3*i)
Kết quả:
z=
1.6741 + 0.8960i

 chỳ y: Hàm sqrt

tỡm căn bậc hai

III. Tạo ra một tập tin nguyờn bản (script file)
Để thực hiện một cụng việc gồm một chuổi cỏc động tỏc tớnh toỏn và dễ dàng lưu trữ
ta nờn tạo ra một tập tin gọi là Scrip File. Đõy là một tập tin cú phần mở rộng là “.m” và
được viết trong màn hỡnh soạn thảo của Matlab. Cấu trỳc cơ bản của script file gồm hai
phần, được miờu tả như trong vớ dụ sau:
%****************************************************
% baitap1.m

chỳng vào trong một dấu ngoặc vuụng. Cỏc phần tử của một hàng được phõn cỏch bởi dấu
phẩy hoặc cỏc khoảng trống, và cỏc hàng được phõn cỏch bằng dấu chấm phẩy “;”.
Vớ dụ khi nhập vào Matlab:
ằ A=[1 2;3 4]
Kết quả ta được ma trận A như sau:
A=
1
3

2
4

Ta cũng cú thể nhập theo cỏch sau:
ằ A=[1 2
3 4]
Để tỡm kớch thước của ma trận A ta dựng lệnh size như sau:
ằ size(A)
Kết quả:
ans =
2 2 (Tức là ma trận A cú kớch thước là 2x2 ).
Muốn thay đổi phần tử thứ hai của hàng thứ hai (tức là 4) thành số 5 ta thực hiện:
ằ A(2,2)=5
Kết quả cho:
A=
1 2
3 5
Khi ta thờm một phần tử vào một ma trận mà vượt quỏ kớch thước tồn tại của ma trận, thỡ
Matlab sẽ tự động thờm vào cỏc số 0 cần thiết để duy trỡ một ma trận vuụng. Như vớ dụ sau:
ằ A(3,3)=6 (thờm phần tử ở cột thứ ba và hàng thứ ba là 6)
Kết quả cho:

kết quả cho:
A=
1
3
0
7

2
5
0
8

0
0
6
9

ma trận A ban đầu
hàng được thờm vào

ma trận A cú được
Từ ma trận A cú được ở trờn ta trớch ra một ma trận B gồm hàng 2 và hàng 3 của ma trận A,
thực hiện như sau:
ằ B=A(2:3,1:3) ( tức là lấy hàng 2 và 3; cột 1 đến cột 3 của
ma trận A)
Kết quả cho:
B=
3 5 0
0 0 6
Hay thực hiện lệnh sau:

của số 0 như sau:
ằ zeros(2,4)
ans =
0 0 0 0
0 0 0 0
Bõy giờ ta xột vớ dụ sau:
ằ A = [zeros(3,1) eye(3) ; -1 -2 -3 -5]
Kết quả thu được:
A=
tạo ra từ zeros(3,1)
0
0
0
-1

1 0 0
0 1 0
0 0 1
-2 -3 -5

tạo ra từ eye(3)
tạo ra từ vectơ [-1 -2 -3 -5]

IV.2. Cỏc lệnh về đa thức
Đa thức được diễn tả trong Matlab bởi hàng vectơ với những phần tử là những hệ số
của đa thức theo thứ tự giảm dần của số mũ.
Vớ du: nhập vào đa thức p = s2+5s+6,ta thực hiện trong MATLAB là: p = [1 5 6].Hệ số zero
cũng được thờm vào để trỏnh sự mơ hồ; Như là nhập đa thức q = s3+5s+6
ta nhập vào
như sau q= [1 0 5 6]. Một đa thức cú thể tớnh được giỏ trị ứng với giỏ trị từng biến bằng

% f2 = s+3
% f3 = s+2


g = conv (f1,f2) ;
h = deconv (g,f3)



% g = (s^2 +3s +2)(s+3)
% h = (s^2 +3s +2)(s+3)/ (s+2)

chỳ ý:Matlab sử dụng % dể diễn giải, những thứ theo sau % xem như lờ đi trong MATLAB

.
Khi gỏ tờn của script file khụng cú đuụi .m ta được kết quả là:
ằ polyroly
h=
1 4 3
Trong vớ dụ trờn g chia cho f3 khụng cú số dư. Núi chung khi ta sử dụng một đối số
nhập vào, thỡ lệnh deconv sẽ cho ra duy nhất một thương số dự cho số dư khụng phải
là 0. Tuy nhiờn nếu sử dụng hai đối số nhập vào thỡ Matlab sẽ trả về hai giỏ trị
thương q và số dư r như sau:
ằ [q,r] = deconv(f1, f3)
Kết quả là:
q=
1 0
r=
0 0 2
 Ta cú bảng túm tắt cỏc lệnh trong đa thức

cảnh bỏo nếu bạn nhõn hai ma trận cú kớch thước khụng thớch hợp.
Vớ dụ như chạy chương trỡnh mistake.m
mistake.m
ằ
ằ
ằ
ằ
ằ

% mistake: show what happens when you try to multiply
% matrices having incompatible dimensions.
x = eye(2);
y = [1 2;3 4;5 6];
z = x*y

Matlab hiển thị lỗi như sau khi chay chương trỡnh trờn:
??? Error using ==> *
Inner matrix dimensions must agree.
error in = =>mistake.m
on line 5 = => Z = x * y;
Để gở lỗi ta nhập lệnh size(x) và size(y) để kiểm tra kớch thước của ma trận x và y.
Tuy nhiờn bạn sẽ tỡm thấy x là matrận 2 x 2 và y là matrận 3 x 2 .
Matlab bao gồm nhiều chức năng khỏc biểu diễn sự hoạt động của matrận, như là
lệnh det(X) và inv(X) kết quả tạo ra định thức (determiant) và nghịch đảo (inverse)
của X theo từng cỏi tương ứng. Hàm rank(X) xỏc định loại của matrận X . Hàm
eig(X) trả về giỏ trị của X trong một cột vetơ. Hàm expm(X) để tớnh ex.

 Chỳ ý rằng cú những chức năng qui định việc nhập cỏc đối số vào matrận vuụng.
Để khảo xỏc thờm vài chức năng khỏc và học nhiều hơn về cỏch dựng của những
chức năng trờn ta dựng lệnh help để diễn tả .

ằ R& S
ans =
1 1
0 1
Tương tự :
ằ ~L
ans =
0 0
0 1
Ta cú thể nghiờn cứu thờm về toỏn tử so sỏnh bằng cỏch dựng lệnh help relop hoặc
help
nhap vao he so c: 2
c=
2
ta co cac nghiem sau:
x1 =
2
x2 =
1
Khi ta thực hiện lệnh sau ngoài dấu nhắc Matlab ta được:
ằ help timnghiem2
Kết quả hiển thị:
timnghiem2.m
Tao ra ham timnghiem2 de tim nghiem phuong tring bac hai:
2
a.x + b.x + c = =0 (voi he so a#0 )
GV huong dan : TS. LE CANH TRUNG
Duoc viet boi : LE TRUNG HIEN MSSV:95101051
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
VII. Những vấn đề cơ bản về đồ thị
Matlab cho phộp vẽ đồ thị trong những cửa sổ khỏc nhau, và tờn là “figures”.Một cỏch
mặc nhiờn matlab vẽ đồ thị trong cửa sổ số 1. Nếu ta muốn mở cửa sổ thứ n chỳng ta dựng
lệnh figure(n),với n là số nguyờn.Bõy giờ matlab sẽ vẽ đồ thị trờn cửa sổ n này trừ phi người
sử dụng thay đổi cửa sổ mới.Muốn đúng cửa sổ n này ta dựng lệnh close(n),lệnh close all
đúng tất cả cỏc cửa sổ,trong khi lệnh close chỉ đúng duy nhất một cửa sổ nguồn .
VII.1. Đồ thị trong khụng gian hai chiều.
Bõy giờ ta sẽ làm việc trong cửa sổ đầu tiờn.Lệnh chớnh để vẽ đồ thị hai chiều là
plot.
Ta bắt đầu bằng vớ dụ đơn giản, để vẽ đồ thị của dảy sau:
{o,0.48,0.84,1,0.91,0.6,0.14} ta thực hiện
ằ Y=[0 0.48 0.84 1 0.91 0.6 0.14]

vàng
y
tớm
m
xanh nhợt c
đỏ
r
xanh lơ g
xanh lơ b
trắng
w
đen
k

hỡnh 1
Nếu chỳng ta muốn vẽđồ thị ứng với mỗi điểm của vectơ Y ở trờn là những vũng trũn màu
tớm,ta dựng lệnh sau:
ằ plot(Y,'om')
Kết quả là hỡnh 2 ở dưới:

 chỳ ý: trong lệnh

plot(Y,'om'); ‘om’ là vẽ những điểm của vectơ Y là những vũng trũn (o)
cú màu là màu tớm (m_magenta).
Bõy giờ ta muốn thờm cỏc tiờu đề,đặt tờn trục,và vẽ những đường lưới,cỏch thực hiện như
sau:
ằ Y=[0 0.48 0.84 1 0.91 0.6 0.14];
ằ plot(Y)
ằ title(‘bieu do noi ket cac diem trong vecto Y’)