MATLAB i Simulink : poradnik użytkownika / Bogumiła Mrozek, Zbigniew Mrozek. Wyd. 4. Gliwice, cop Spis treści. Przedmowa 13

Transkrypt

1 MATLAB i Simulink : poradnik użytkownika / Bogumiła Mrozek, Zbigniew Mrozek. Wyd. 4. Gliwice, cop Spis treści Przedmowa 13 Rozdział 1. Wstęp Dlaczego MATLAB odnosi sukcesy? MATLAB dla projektantów i naukowców MATLAB rozumie matematykę MATLAB udostępnia narzędzia rozwiązujące problemy matematyczne typowe dla wielu dziedzin nauki i techniki MATLAB oferuje interaktywne aplikacje App MATLAB integruje proces projektowania MATLAB jest szybki, łatwy i wydajny MATLAB jest wiarygodny Środowisko MATLAB i Simulink Interaktywna mapa środowiska MATLAB i Simulink Rozszerzenia dostępne poprzez Add-On Explorer Wybór licencji MATLAB-a MATLAB w chmurze MATLAB Distributed Computing Server MATLAB i Simulink w internecie Witryna producenta Math Works Account i logowanie do strony Listy dyskusyjne i wyszukiwarki MATLAB i Simulink w książkach 26 Rozdział 2. Pierwsze kroki w programie MATLAB Pierwsza sesja w programie MATLAB Rozpoczęcie i zakończenie pracy z MATLAB-em Pulpit MATLAB-a i jego okna Przykład grafiki 3-D funkcja peaks Przykłady poleceń MATLAB-a System pomocy doc i help informacje wstępne Zapisanie przebiegu sesji MATLAB-a Matematyka i proste wykresy Wyrażenia matematyczne, zmienne, zmienna ans Funkcje arytmetyczne i trygonometryczne Obliczanie wartości wyrażeń matematycznych Błędy w zapisie poleceń i wyrażeń matematycznych Powtórne użycie wcześniejszych poleceń Formaty wypisywania liczb 34

2 Wizualizacja danych i wyników obliczeń bez programowania Wykresy funkcji dwu- i trójwymiarowej z użyciem fplot i fplot Wektory, tablice i wykresy plot Przykład rozwiązania układu równań algebraicznych Konwersja układu współrzędnych Zmienne w programie MATLAB Tworzenie wektorów, tablic i macierzy Zapisywanie zmiennych w plikach MAT-plik i plik ASCII Wczytywanie zmiennych z pliku Usuwanie zmiennych z przestrzeni roboczej, czyszczenie ekranu Dwukropek operator generowania wektorów Generowanie wektorów dwukropek, linspace, logspace Wybór żądanych wierszy, kolumn i elementów tablicy Macierze przykłady użycia notacji dwukropkowej Operatory arytmetyczne i logiczne Operatory arytmetyczne dla tablic i macierzy Mnożenie i dzielenie wektorów i macierzy w MATLAB-ie Przykłady operacji macierzowych i tablicowych Dzielenie macierzowe i tablicowe Operatory potęgowania macierzy i tablic Sprzężenie i transponowanie macierzy i wektorów Operatory relacji i operatory logiczne Relacje i wyrażenia logiczne przykłady Funkcje logiczne Priorytety operatorów arytmetycznych Znaki i nazwy specjalne System pomocy 56 Rozdział 3. Programowanie Editor, Live Editor, pliki skryptowe Editor środowisko programistyczne M ATLAB-a Live Editor nowe środowisko programistyczne Uruchomienie skryptu z okna edytora lub Live Editor Polecenia z okna History Kotwiczenie edytora w panelu programu MATLAB Pliki funkcyjne Przygotowanie nowej funkcji w edytorze Wywołanie pliku funkcyjnego Zmienne lokalne, globalne i zmienna persistent Funkcje lokalne Funkcje zagnieżdżone Funkcje prywatne Funkcja anonimowa Podpowiedzi w oknach Command i Editor Priorytet wywołania funkcji Polecenia i funkcje biblioteczne 72

3 3.3. Instrukcje sterujące przebiegiem programu Instrukcje warunkowe if Instrukcja wyboru switch Instrukcje iteracyjne: while, for i dwukropek (:) Wykrywanie błędów w MATLAB-ie Lokalizacja błędów w pliku z programem Błędy syntaktyczne i błędy wykonania Programowa obsługa błędów try-catch-end Uruchamianie programu debuger Rozpoczęcie pracy z debugerem, wstawianie pułapki Debuger stan wstrzymania obliczeń Debuger zmienne lokalne funkcji ze stosu Debuger śledzenie kolejnych linii programu Obsługa plików i folderów Wykonywanie poleceń systemu operacyjnego Folder aktualny i ścieżki dostępu path Pliki w MATLAB-ie Zewnętrzne pliki z danymi pliki ASCII i MAT-pliki Binarne МЕХ-pliki wykonywalne Poprawa wydajności MATLAB-a Sposoby poprawiania wydajności programu Wektoryzacja, operacje macierzowe i tablicowe Rezerwowanie pamięci na macierze i wektory Programowanie zorientowane obiektowo Uwagi dla zaawansowanego użytkownika Podział programu na sekcje (%% cell) Wielokrotne wykorzystanie tworzonych funkcji Raporty TODO/FIXME i inne Shortcuts, czyli skróty Preferencje przygotowanie środowiska do pracy Mysz czy klawiatura? Funkcje eval, feval i podobne Funkcje o zmiennej liczbie parametrów Optymalizacja programu z użyciem profilera Jaja wielkanocne 98 Rozdział 4. Wykresy w MATLAB-ie Wykresy plot, fplot i inne Funkcja plot Fplot, ezplot i inne funkcje graficzne Kolory, rodzaje linii i opisywanie wykresów Dwie osie pionowe y, jedna oś pozioma x Podział okna i modyfikowanie rysunków Funkcje do opisywania i modyfikowania wykresów Wykresy trójwymiarowe Mapy dla funkcji trójwymiarowych 107

4 4.3. Interaktywne tworzenie i edycja rysunków Przykład przygotowanie danych do wykresu Wykonanie wykresu z użyciem myszy Interaktywna edycja wykresów Narzędzia interaktywne Plot Tools Przygotowanie programu tworzącego grafikę Przenoszenie rysunków i zapisywanie do pliku 114 Rozdział 5. Typy danych i programy obiektowo zorientowane Fundamentalne typy danych Numeryczne typy danych Nienumeryczne typy danych Funkcje konwersji typów i klas Macierze pełne Sposoby tworzenia macierzy Wybrane funkcje i operacje macierzowe Macierze rzadkie Tworzenie macierzy rzadkich Operacje na macierzach rzadkich Uwagi dotyczące stosowania macierzy rzadkich Łańcuchy i tablice znakowe Tablice wielowymiarowe Wizualizacja tablicy trójwymiarowej Tworzenie tablicy trójwymiarowej przez indeksowanie i doklejanie warstw Tablice komórkowe cell Funkcje do obsługi tablic komórkowych Struktury Tworzenie struktury przez przypisanie Tworzenie struktury z użyciem funkcji struct Tabele i typ wyliczeniowy categorical Tworzenie i obsługa tabel Tablica wyliczeniowa, categorical array Datatime, duration, calendarduration Typ datetime Typ duration Typ calendarduration Timetable Tall Array i Tall Table na duże zbiory danych 135 Rozdział 6. Klasy i programowanie obiektowo zorientowane Definiowanie klasy classdef Przykład definiowania klasy classdef Tworzenie obiektu należącego do klasy Tworzenie dodatkowych obiektów Bloki properties, methods i events w definicji klasy 140

5 Pobieranie i zmiana wartości atrybutów obiektu Atrybuty private i hidden, metody get i set Dziedziczenie klas Definiowanie podklasy Obiekty należące do podklasy Funkcje do obsługi klas i obiektów Wizualizacja zmiany świateł drogowych Synchronizacja pracy czterech sygnalizatorów Skrypt uruchamiający wizualizację Przeciążanie funkcji i operatorów Przeciążanie w Control System Toolbox Jednoznaczność wyboru operatora lub funkcji Klasy języka Java Zadania dla Czytelnika 151 Rozdział 7. App Designer i GUI Obiekty graficzne MATLAB-a Hierarchia obiektów graficznych Atrybuty obiektu graficznego Zmiana atrybutów modyfikuje obiekty graficzne App Designer, tworzenie aplikacji z GUI Panel App Designer Automatyczne generowanie kodu aplikacji Wywołania zwrotne, dodatkowe funkcje i zmienne Przykład interaktywny wykres cos(x) Odczytanie wartości po zmianie położenia suwaka Wyświetlenie wartości w okienku edycyjnym Wykonanie wykresu w oknie graficznym Nowy wykres po zmianie w oknie edycyjnym Zamknięcie okna aplikacji przycisk STOP Wersja końcowa aplikacji App Designer interaktywna wizualizacja rozwiązań równań różniczkowych Przykład wizualizacja drgań z uwzględnieniem zmiany tłumienia Scenariusz i aranżacja obiektów graficznych Kodowanie wywołań zwrotnych i wykresów Zalety użycia uchwytu zamiast nazwy funkcji Instalowanie aplikacji Instalowanie własnych aplikacji Instalowanie rozszerzeń dostępnych poprzez Add-On Explorer 168 Rozdział 8. Metody numeryczne Układy równań liniowych Dzielenie prawostronne dla x A=b Automatyczny wybór algorytmu 170

6 Kilka rozwiązań dla różnych wektorów b Przykład rozwiązania równania liniowego z liczbami zespolonymi Równania liniowe źle uwarunkowane Sprawdzenie poprawności rozwiązań Pseudoodwrotność i rozwiązywanie równań nadokreślonych i niedookreślonych Równania różniczkowe zwyczajne, zagadnienie początkowe Zagadnienie początkowe, solvery odexx Wybór parametrów dla solvera odexx Modyfikowanie parametrów solvera odexx Wpływ parametrów solvera na obliczenia Algorytmy dla układów źle uwarunkowanych Równanie różniczkowe III rzędu, przykład Przekształcenie równania różniczkowego III rzędu na układ trzech równań I rzędu Przygotowanie pliku funkcyjnego obliczającego pochodne Wywołanie solvera odexx i wizualizacja rozwiązania Symbolic Math Toolbox Model równania różniczkowego w Simulinku Inne równania różniczkowe i cząstkowe Równania różniczkowe z macierzą M(t) Zagadnienie brzegowe Równania różniczkowe zwyczajne z opóźnieniem Równania różniczkowe cząstkowe Zadania do samodzielnego rozwiązania Całkowanie i różniczkowanie Całkowanie numeryczne Całkowanie analityczne Symbolic Math Toolbox Różniczkowanie numeryczne i analityczne Dekompozycja macierzy Dekompozycja LU Rozkład Cholesky'ego Dekompozycja QR Obliczenia równoległe w algebrze liniowej Wartości własne i wektory własne Analiza funkcji Minimum, maksimum i miejsca zerowe funkcji Obliczanie zer wielomianu Równanie nieliniowe i źle uwarunkowane Wielomian i funkcje wielomianowe Interpolacja i aproksymacja Interpolacja wielomianowa Aproksymacja wielomianowa Funkcja sklejana spline function Przykład interpolacji i aproksymacji Interpolacja i aproksymacja w oknie Basic Fitting 196

7 8.10. Analiza statystyczna Analiza sygnałów Przykład analizy przebiegu odkształconego 199 Rozdział 9. Przetwarzanie obrazów Zapis i odczyt obrazów, liczby 8- i 16-bitowe bez znaku Grafika 24-bitowa (true color) Palety barw i obrazy indeksowane Palety barw Obrazy indeksowane Obrazy w skali szarości, pseudokolor Przekodowywanie obrazów stało- i zmiennoprzecinkowych Przekodowanie obrazu kolorowego na szary Przetwarzanie obrazów rastrowych Przygotowanie obrazu do testów Przetwarzanie punktowe negatyw Przetwarzanie punktowe rozjaśnianie i ściemnianie Operacje logiczne binaryzacja Operacje morfologiczne Operacje arytmetyczne. Filtry Światło, odbicia i tekstury Źródła światła i odbicia Tekstura nakładanie obrazu na powierzchnię 213 Rozdział 10. Simulink pakiet do modelowania i symulacji Pierwsza sesja z Simulinkiem Otwarcie okna Simulink Editor Pobieranie bloków z bibliotek do okna modelu Łączenie bloków liniami przesyłania sygnałów Uruchomienie symulacji Wizualizacja wyników symulacji Tryby przyspieszone symulacji accelerated i rapid Stepper Druga sesja z Simulinkiem Podsystemy blok Subsystem Przykład modelu definiowanego graficznie Tworzenie podsystemów Maskowanie podsystemów Biblioteki bloków Tworzenie własnych bibliotek bloków Dodatkowe bloki i biblioteki z toolboksów Modelowanie fizyczne Stateflow modelowanie i symulacja systemów sterowanych zdarzeniami Simulink i blok Stateflow Chart Diagram stanu 230

8 Symulacja sterowania poślizgowego Generowanie kodu dla modeli Dodatkowe moduły rozszerzające środowisko Simulinka 232 Rozdział 11. Dodatek MATLAB Online i MATLAB Drive Big data, obsługa dużych zbiorów danych Zbiory danych używane do badań i testowania Dostęp do danych przez obiekt datastore Tall array i tall table MapReduce Obliczenia równoległe Automatyczny tryb pracy równoległej Obliczenia równolegle na komputerze wieloprocesorowym Biblioteki toolbox z bezpośrednim wsparciem dla obliczeń równoległych Obliczenia równoległe z użyciem GPU Klastry, chmury, sieci lokalne i rozproszone Modele obiektów używanych w Control System Toolbox, System Identification Toolbox i w Robust Control Toolbox Abstrakcyjne superklasy definiujące atrybuty i metody wykorzystane w modelach Klasa numlti oraz modele typu tf, zpk, ss i inne Liniowe i nieliniowe modele identyfikowalne Modele uogólnione oraz z niepewnymi parametrami Bloki Simulinka Biblioteka Control System Toolbox Ciągłe i dyskretne modele numlti w ControlSystem Toolbox Model dyskretny i równanie w dziedzinie czasu Pobieranie danych z modelu numlti Zmiana nazwy zmiennej w polu Variable Badanie właściwości modelu ThingSpeak obsługa urządzeń loe w chmurze Tworzenie nowego kanału dla danych IoE Przykład przetwarzania danych w chmurze Przetwarzanie danych pomiarowych w chmurze Wsparcie dla różnych technologii 268 Bibliografia 269 Skorowidz 271 oprac. BPK