METODY KOMPUTEROWE W OBLICZENIACH INŻYNIERSKICH ĆWICZENIE NR 1 WPROWADZENIE DO PROGRAMU KOMPUTEROWEGO MATLAB Dr inż. Sergiusz Sienkowski
ĆWICZENIE NR 1 Wprowadzenie do programu komputerowego Matlab 1.1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z programem komputerowym Matlab. 1.2. Opis programu Matlab to program komputerowy umożliwiający wykonywanie obliczeń naukowych i inżynierskich. Matlab składa się z pięciu podstawowych elementów, tj. języka wysokiego poziomu umożliwiającego opracowywanie programów; zestawu narzędzi do zarządzania danymi w przestrzeni roboczej oraz do importowania i eksportowania danych; funkcji umożliwiających tworzenie wykresów i animacji oraz przetwarzanie obrazów; biblioteki funkcji matematycznych; biblioteki umożliwiającej tworzenie programów w innych językach wysokiego poziomu współpracujących z programami opracowanymi w Matlabie. 1.3. Interfejs programu W wyniku uruchomienia Matlaba wywoływany jest interfejs graficzny programu. Najważniejszymi elementami interfejsu są wstążka Toolstrip, pasek narzędziowy oraz okna Command Window i Workspace.
2 Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich Wstążka Toolstrip umożliwia zarządzanie programem. Wstążka składa się z trzech podstawowych zakładek HOME, PLOTS i APPS. Zakładka HOME zawiera przyciski umożliwiająca m.in. otwarcie okien skryptów (New Script, Open), import danych z plików do przestrzeni roboczej programu (Import Data), wykonywanie operacji związanych z oknami Command Window (Clear Commands) i Workspace (Clear Workspace), zmianę układu okien interfejsu (Layout), konfigurację programu (Preferences) czy też skorzystanie z pomocy do programu (Help). Zakładka PLOTS umożliwia tworzenie wykresów na podstawie danych przechowywanych w przestrzeni roboczej programu.
Ćwiczenie 1. Wprowadzenie do programu komputerowego Matlab 3 Zakładka APPS umożliwia skorzystanie z dodatkowych zestawów (bibliotek) funkcji nazywanych toolboxami. Wstążka Toolstrip może zostać automatycznie rozbudowana o kolejne zakładki podczas korzystania z poszczególnych funkcjonalności programu. Jest tak na przykład podczas tworzenia skryptów. Pasek narzędziowy (prawy górny róg programu) składa się z narzędzi umożliwiających między innymi edycję i zapis tekstu skryptów do pliku, edycję poleceń i funkcji wbudowanych. Okno Command Window to okno poleceń, umożliwiające między innymi wprowadzanie danych i wykonywanie na nich określonych operacji. Wykonywanie poleceń odbywa się po znaku zachęty >> w następujący sposób >> polecenie <Enter> lub >> polecenie; <Enter> Średnik na końcu polecenia umożliwia ukrycie potwierdzenia wprowadzenia danych lub skutków wykonania operacji na danych.
4 Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich Uwaga, wielkość liter w poleceniu ma znaczenie. Uwaga, w celu przerwania wykonywania polecania należy wcisnąć na klawiaturze kombinację klawiszy Ctrl+C. W celu usunięcia informacji z okna Command Window należy na karcie HOME programu nacisnąć przycisk lub wpisać w oknie Command Window po znaku zachęty >> polecenie clc i nacisnąć Enter. Usunięcie informacji z okna Command Window możliwe jest również po kliknięciu prawym klawiszem myszy w obszarze okna i wybraniu z menu opcji Clear Command Window. W oknie Command Window istnieje możliwość wywołania menu kontekstowego. W tym celu należy na klawiaturze nacisnąć strzałkę w górę. W wyniku tej operacji wywołane zostanie okno kontekstowe jak na rysunku poniżej.
Ćwiczenie 1. Wprowadzenie do programu komputerowego Matlab 5 Okno zawiera listę wszystkich poleceń wykonanych w oknie Command Window. Wybranie na klawiaturze strzałkami polecenia z listy i naciśnięcie Enter spowoduje jego ponowne wykonanie. Istnieje możliwość jednoczesnego wykonania dowolnej liczby poleceń z okna kontekstowego. W tym celu należy przytrzymać na klawiaturze klawisz Shift i strzałkami wybrać polecenia do wykonania, a następnie nacisnąć Enter. W wyniku tej operacji, zestaw wybranych poleceń zostanie zgrupowany i zaistnieje możliwość jego ponownego wykonania. W celu usunięcia informacji z okna kontekstowego należy rozwinąć menu przycisku Clear Commands i wybrać opcję Command History lub w oknie Command Window po znaku zachęty >> wpisać polecenie com.mathworks.mlservices.mlcommandhistoryservices.removeall a następnie nacisnąć Enter. Pojedyncze polecenia (lub grupy poleceń) można natomiast usuwać wybierając strzałkami polecenie (w przypadku grupy poleceń należy użyć klawisz Shift) z listy i naciskając klawisz Delete.
6 Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich Uwaga, wyłączenie i ponowne uruchomienie Matlaba nie usuwa poleceń z okna kontekstowego. Okno Workspace prezentuje informacje o wprowadzonych danych przechowywanych w przestrzeni roboczej podczas działania programu. W celu usunięcia z okna Workspace i z przestrzeni roboczej programu, informacji o wprowadzonych danych należy na karcie HOME programu Matlab nacisnąć przycisk lub wpisać w oknie Command Window po znaku zachęty >> polecenie clear i nacisnąć Enter. Usunięcie informacji z okna Workspace oraz danych z przestrzeni roboczej programu możliwe jest również po kliknięciu prawym klawiszem myszy w obszarze okna i wybraniu z menu opcji Clear Workspace.
Ćwiczenie 1. Wprowadzenie do programu komputerowego Matlab 7 Uwaga, interfejs programu nie posiada funkcjonalności umożliwiającej zakończenie działania programu. Zakończenie działania programu Matlab odbywa się przez zamknięcie głównego okna programu lub po wpisaniu w oknie Command Window po znaku zachęty >> polecenia exit lub quit. 1.4. Pomoc do programu W celu skorzystania z pomocy do programu Matlab należy nacisnąć ikonę na pasku menu programu. W wyniku tej operacji wyświetlone zostanie poniższe okno. Dostęp do pomocy uzyskamy również naciskając F1 na klawiaturze lub po wpisaniu w oknie Command Window po znaku zachęty >> polecania doc lub help i naciśnięciu Enter. Polecenie help można ukierunkowywać w celu znalezienia tylko istotnej informacji. Na przykład, jeżeli po znaku zachęty >> wpiszemy polecenie help sin i naciśniemy Enter, wtedy w oknie Command Window wyświetlone zostaną informacje o funkcji trygonometrycznej sinus.
8 Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich Matlab umożliwia wyszukiwanie informacji według słowa kluczowego. Służy do tego polecenie lookfor. Przykładowo w celu wyszukania informacji ze słowem kluczowym sinus, należy w oknie Command Window po znaku zachęty >> wpisać polecenie lookfor sinus i nacisnąć Enter. W wyniku tej operacji wszystkie pliki Matlaba zostaną przeszukane, a w oknie Command Window wyświetlone zostaną wyniki wyszukiwania. W skład pomocy do programu wchodzi również funkcjonalność umożliwiającą zapoznanie się z możliwościami programu. W celu uruchomienia tej funkcjonalności należy w oknie Command Window po znaku zachęty >> wpisać polecenie demo. W wyniku tej operacji wyświetlone zostanie poniższe okno.
Ćwiczenie 1. Wprowadzenie do programu komputerowego Matlab 9 1.5. Program ćwiczenia 1. W oknie Command Window programu Matlab wpisać po znaku zachęty >> polecenie demo. W otwartym oknie Help przejść do pola MATLAB Examples i kliknąć na odnośnik Getting Started with MATLAB (7 min). Po otwarciu okna przeglądarki internetowej zapoznać się z tutorialem video wprowadzającym do programu Matlab. 2. W oparciu o program Matlab, pomoc do programu i wyszukiwarkę internetową zidentyfikować nazwy poleceń umożliwiających wykonywanie zadań przedstawionych w tabelach: a) Funkcje wbudowane Lp. Zadanie Funkcja 1 Obliczanie funkcji trygonometrycznej cosinus z liczby a wyrażonej w radianach
10 Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich 2 Obliczanie funkcji cyklometrycznej arcus cosinus z liczby a, wynik wyrażony w stopniach 3 Obliczanie pierwiastka kwadratowego z liczby a 4 Obliczanie logarytmu dziesiętnego z liczby a 5 Obliczanie logarytmu naturalnego z liczby a 6 Wyznaczanie wartości maksymalnej z liczb a i b 7 Wyznaczanie wartości minimalnej z liczb a i b 8 Wyznaczenie wartości liczby e=2.71... 1 b) Stałe Lp. Zadanie Stała 1 Ustalenie wartości liczby =3.14... c) Interfejs i program Lp. Zadanie Polecenie 1 2 Usunięcie informacji z okna Command Window Usunięcie danych z przestrzeni roboczej programu Matlab i okna Workspace 3 Zakończenie działania programu Matlab 4 Wyświetlenie informacji o Matlabie 1 Uwaga, liczba e nie ma w Matlabie swojej bezpośredniej reprezentacji. W celu wyznaczenia wartości liczby należy zastosować funkcję exp( ).
Ćwiczenie 1. Wprowadzenie do programu komputerowego Matlab 11 3. W oparciu o program Matlab, pomoc do programu i wyszukiwarkę internetową wyjaśnić zadania, jakie wykonywane są w wyniku wykonania następujących poleceń: a) Pomoc Lp. Polecenie Zadanie 1 help 2 help help 3 doc 4 more b) System plików Lp. Polecenie Zadanie 1 save 2 load 3 dir 4 cd 5 cd.. 6 2 cd... 7 ls 8 pwd 9 copyfile 2 Uwaga, użycie niewłaściwie sformatowanych poleceń może spowodować ich nieprzerwane wykonywanie w Matlabie. W celu przerwania wykonywania polecenia należy zastosować skrót klawiaturowy Ctrl+C.
12 Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich 10 fileattrib 11 delete 12 movefile 13 rmdir 14 mkdir 15 what 16 lookfor c) Dane w przestrzeni roboczej programu Lp. Polecenie Zadanie 1 who 2 whos Literatura [1] Luzar M., Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich, Wykład dla Studentów Automatyki i Robotyki, WIEA, UZ, www.issi.uz.zgora.pl [2] Czajka M., MATLAB. Ćwiczenia, Helion 2005 [3] Mrozek B., Mrozek Z., MATLAB i Simulink. Poradnik użytkownika, Helion 2004