PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach.

Podobne dokumenty
Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WI-ET / IIT / ZTT. Instrukcja do zajęc laboratoryjnych nr 1 AUTOMATYZACJA I ROBOTYZACJA PROCESÓW PRODUKCYJNYCH

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

METODY KOMPUTEROWE W OBLICZENIACH INŻYNIERSKICH

METODY KOMPUTEROWE W OBLICZENIACH INŻYNIERSKICH

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI INSTYTUT AUTOMATYKI I INFORMATYKI KIERUNEK AUTOMATYKA I ROBOTYKA STUDIA STACJONARNE I STOPNIA

PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach.

Zanim zaczniemy GNU Octave

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - instrukcje i funkcje zewnętrzne. Grafika w Matlabie. Wprowadzenie do biblioteki Control System Toolbox.

Instalacja

Wprowadzenie do środowiska

Pakiet matlab odpowiednie narzędzie w nowoczesnym laboratorium. Karol Józefowicz. Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Lesznie, Instytut Politechniczny

Zakaz rozpowszechniania w sieci, tylko na użytek studentów informatyki UwB. WYKŁAD 1- Matlab

Programowanie w języku Python. Grażyna Koba

Informatyka Edytor tekstów Word 2010 dla WINDOWS cz.1

Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

Obliczenia w programie MATLAB

Ćwiczenie 1. Matlab podstawy (1) Matlab firmy MathWorks to uniwersalny pakiet do obliczeń naukowych i inżynierskich, analiz układów statycznych

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WI-ET / IIT / ZTT. Instrukcja do zajęc laboratoryjnych nr 6 AUTOMATYKA

Pakiety matematyczne. Matematyka Stosowana. dr inż. Krzysztof Burnecki

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

METODY KOMPUTEROWE W OBLICZENIACH INŻYNIERSKICH

LABORATORIUM 3 ALGORYTMY OBLICZENIOWE W ELEKTRONICE I TELEKOMUNIKACJI. Wprowadzenie do środowiska Matlab

Rozwiązywanie równań różniczkowych z niezerowymi warunkami początkowymi

Symulacja działania sterownika dla robota dwuosiowego typu SCARA w środowisku Matlab/Simulink.

Notepad++ / PuTTY. Interaktywne środowisko programowania w języku ForthLogic. Wersja dokumentu P.1. Wersja dokumentu NP1.

E-E-A-1008-s5 Komputerowa Symulacja Układów Nazwa modułu. Dynamicznych. Elektrotechnika I stopień Ogólno akademicki. Przedmiot kierunkowy

Informatyka Edytor tekstów Word 2010 dla WINDOWS cz.1

Wstęp 7 Rozdział 1. OpenOffice.ux.pl Writer środowisko pracy 9

MATLAB tworzenie własnych funkcji

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania KOMPUTEROWE SYSTEMY STEROWANIA (KSS)

Elementy metod numerycznych - zajęcia 9

CZĘŚĆ A PIERWSZE KROKI Z KOMPUTEREM

Dlaczego stosujemy edytory tekstu?

5.2. Pierwsze kroki z bazami danych

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WI-ET / IIT / ZTT. Instrukcja do zajęc laboratoryjnych nr 3 AUTOMATYKA

Matlab - zastosowania Matlab - applications. Informatyka II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

SKRYPTY. Zadanie: Wyznaczyć wartość wyrażenia arytmetycznego

Temat: Organizacja skoroszytów i arkuszy

Informatyka Arkusz kalkulacyjny Excel 2010 dla WINDOWS cz. 1

Informatyka Arkusz kalkulacyjny Excel 2010 dla WINDOWS cz. 1

Spis treści MATLAB CZ. 1 OPERACJE ARYTMETYCZNE NA LICZBACH RZECZYWISTYCH I ZESPOLONYCH. Technologie Informacyjne

Elektrotechnika I stopień Ogólno akademicki. Przedmiot kierunkowy. Obowiązkowy Polski VI semestr zimowy

Spis treści MATLAB CZ. 1 OPERACJE ARYTMETYCZNE NA LICZBACH RZECZYWISTYCH I ZESPOLONYCH. Technologie Informacyjne

Podstawy obsługi pakietu GNU octave.

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015

Klawiatura. Klawisze specjalne. Klawisze specjalne. klawisze funkcyjne. Klawisze. klawisze numeryczne. sterowania kursorem. klawisze alfanumeryczne

Zakłócenia w układach elektroenergetycznych LABORATORIUM

Windows XP Wiersz polecenia

MATLAB - podstawy użytkowania

Kier. MTR Programowanie w MATLABie Laboratorium

10.2. Udostępnianie zasobów

Utworzenie pliku. Dowiesz się:

Dostawa oprogramowania. Nr sprawy: ZP /15

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Technologie informatyczne

Analiza Algebra Podstawy programowania strukturalnego. Podstawowe wiadomości o funkcjach Podstawowe wiadomości o macierzach Podstawy programowania

Odniesienie do kierunkowych efektów kształcenia Zna podstawowe możliwości pakietu Matlab

SIECI KOMPUTEROWE I TECHNOLOGIE INTERNETOWE

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WI-ET / IIT / ZTT. Instrukcja do zajęc laboratoryjnych nr 3 AUTOMATYZACJA I ROBOTYZACJA PROCESÓW PRODUKCYJNYCH

Analiza Algebra Podstawy programowania strukturalnego. Podstawowe wiadomości o funkcjach Podstawowe wiadomości o macierzach Podstawy programowania

Przykład 1 -->s="hello World!" s = Hello World! -->disp(s) Hello World!

do MATLABa podstawowe operacje na macierzach WYKŁAD Piotr Ciskowski

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Po uruchomieniu programu nasza litera zostanie wyświetlona na ekranie

Metody numeryczne. Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych Wydział Elektrotechniki, Informatyki i Telekomunikacji Uniwersytet Zielonogórski

Szkolenie dla nauczycieli SP10 w DG Operacje na plikach i folderach, obsługa edytora tekstu ABC. komputera dla nauczyciela. Materiały pomocnicze

Podręcznik użytkownika programu. Ceremonia 3.1

METODY KOMPUTEROWE W OBLICZENIACH INŻYNIERSKICH

Podstawy Informatyki 1. Laboratorium 1

PIERWSZE URUCHOMIENIE PROGRAMU ITNC PROGRAMMING STATION

Wstęp do Programowania Lista 1

Sieci i systemy operacyjne I Ćwiczenie 1. Podstawowe polecenia systemu Unix

Mathcad c.d. - Macierze, wykresy 3D, rozwiązywanie równań, pochodne i całki, animacje

SPOSOBY POMIARU KĄTÓW W PROGRAMIE AutoCAD

7. Podstawy zarządzania szablonami

Ćwiczenie 0 : Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów. wyświetla listę tematów pomocy. wyświetla okno pomocy (Help / Product Help)

System operacyjny UNIX Ćwiczenie 1. Podstawowe polecenia systemu Unix

Dokumentacja użytkowa

Automatyzowanie zadan przy uz yciu makr języka Visual Basic

Expo Composer Garncarska Szczecin tel.: info@doittechnology.pl. Dokumentacja użytkownika

Kontrola topto. 1. Informacje ogólne. 2. Wymagania sprzętowe i programowe aplikacji. 3. Przykładowa instalacja topto. 4. Komunikacja.

ŚRODOWISKO MATLAB cz.1 Operacje arytmetyczne na liczbach rzeczywistych i zespolonych

MATHCAD OBSŁUGA PROGRAMU

Zasady programowania Dokumentacja

Cyfrowe Przetwarzanie Obrazów i Sygnałów

UWAGA. Wszystkie wyniki zapisywać na dysku Dane E: Program i przebieg ćwiczenia:

Pakiety matematyczne INP2708W,L

ELEMENTY AUTOMATYKI PRACA W PROGRAMIE SIMULINK 2013

Instrukcja obsługi programu Do-Exp

Wykład A1. AutoCAD Dr inż. Jarosław Bydłosz

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Metody i analiza danych

Edytor tekstu MS Office Word

Laboratorium 1. Rozwiązywanie równań różniczkowych z niezerowymi warunkami początkowymi

Wprowadzenie do środowiska MATLAB z zastosowaniami w modelowaniu i analizie danych

Konsola operatora TKombajn

Arkusz kalkulacyjny. R. Robert Gajewski omklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Transkrypt:

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI Katedra Inżynierii Systemów Sterowania PODSTAWY AUTOMATYKI MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach. Materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych - część I - termin T1 Opracowanie: Kazimierz Duzinkiewicz, dr hab. inż. Michał Grochowski, dr inż. Robert Piotrowski, dr inż. Tomasz Rutkowski, dr inż. Rafał Łangowski, dr inż. Gdańsk

1. MATLAB - ogólna charakterystyka środowiska MATLAB jest interakcyjnym środowiskiem programowym przeznaczonym do wykonywania różnorodnych obliczeń numerycznych i graficznego przedstawiania danych i wyników obliczeń. Nazwa MATLAB pochodzi od słów MATrix LABoratory. Jak sugeruje nazwa, podstawowym typem danych używanych w MATLAB ie są macierze (rzeczywiste lub zespolone). Środowisko to tworzą: Interpreter języka programowania MATLAB a wraz z bibliotekami podstawowych działań i obliczeń na macierzach (odwracanie macierzy, rozkłady macierzy, wartości własne, itp.). Standardowe biblioteki procedur napisanych w języku MATLAB a realizujące różnorodne obliczenia; należą do nich m. in.: procedury realizujące przekształcenia macierzy, obliczanie wartości funkcji elementarnych i specjalnych, całkowanie numeryczne, rozwiązywanie układów równań różniczkowych zwyczajnych, podstawowe obliczenia statystyczne. Dodatkowe biblioteki procedur napisanych w języku MATLAB a (ang. toolbox; tłumaczenie polskie: przybornik lub skrzynka narzędziowa), które nabywa się oddzielnie w zależności od potrzeb użytkownika. Dostępne są, m. in. przyborniki: cyfrowego przetwarzania sygnałów - Signal Processing Toolbox, identyfikacji systemów - System Identification Toolbox, projektowania i analizy liniowych układów sterowania - Control System Toolbox, projektowania i analizy krzepkich układów sterowania - Robust Control Toolbox, analizy i projektowania nieliniowych układów sterowania - Nonlinear Control Design Toolbox, optymalizacji - Optimization Toolbox, obliczeń statystycznych - Statistics Toolbox, analizy i projektowania sieci neuronowych - Neural Network Toolbox, logiki rozmytej - Fuzzy Logic Toolbox. Nakładki napisane w języku MATLAB a, które są aplikacjami ułatwiającymi realizację obliczeń określonego rodzaju. Przykładem nakładki jest SIMULINK - nakładka umożliwiająca graficzne definiowanie struktury układu dynamicznego oraz przeprowadzanie symulacji na tym układzie. 2. Uruchomienie MATLAB jest programem pracującym w środowisku WINDOWS, można go zatem uruchomić będąc w tym środowisku. Uruchomienia można dokonać dowolnym ze sposobów właściwych dla tego środowiska. W opracowaniu dalszej części materiału korzystano ze środowiska Matlab w wersji R2015b (8.6.0.267246). Po uruchomieniu powinno pojawić się główne okno MATLAB a: okno poleceń MATLAB Command Window. W tym oknie, powinien pojawić się znak zachęty (prompt): >> oraz migający kursor (pionowa kreska). Szczegółowe informacje na temat zainstalowanej wersji i składników środowiska MATLAB uzyskamy wpisując polecenie (rys. 1): ver. Na rys. 1 przedstawiono domyślny (standardowy) widok ustawień okien MATLAB a. Widok ten można zmieniać zgodnie z własnymi preferencjami, korzystając z polecenia layout (rys. 2). Ponadto, w pasku narzędziowym znajdują się trzy zakładki, odpowiednio: Home, Plots oraz Apps. Pierwsza z nich zawiera podstawowe polecenia oraz umożliwia wywołanie aplikacji SIMULINKa (rys. 3). Druga umożliwia szybkie tworzenie różnorodnych reprezentacji graficznych danych zmiennych (rys. 4). Natomiast zakładka Apps zawiera szereg nakładek dla różnych funkcjonalności dostępnych w poszczególnych przybornikach (rys. 5). - 2 -

Rys. 1. Widok ogólny środowiska MATLAB Rys. 2. Widok ogólny środowiska MATLAB (polecenie: layout) - 3 -

Rys. 3. Widok ogólny środowiska MATLAB (pasek narzędziowy - zakładka Home) Rys. 4. Widok ogólny środowiska MATLAB (pasek narzędziowy - zakładka Plots) - 4 -

Rys. 5. Widok ogólny środowiska MATLAB (pasek narzędziowy - zakładka Apps) 3. Praca w środowisku MATLAB a Znak zachęty oznacza, że użytkownik może wprowadzać polecenia MATLAB a. MATLAB stanowi w istocie interpreter języka, zaprojektowanego specjalnie z myślą o obliczeniach numerycznych i graficznej wizualizacji danych i wyników obliczeń. Polecenia wprowadza się z klawiatury, w oknie Command Window. W istocie praca w środowisku MATLAB a polega na wydawaniu poleceń, które po zatwierdzeniu przez użytkownika naciśnięciem klawisza Enter są wykonywane przez interpreter. W ten sposób bezpośrednio z wiersza poleceń można: zdefiniować zmienną MATLAB a, wywołać funkcję MATLAB a, wywołać procedurę MATLAB a zbudowaną z poleceń interpretera i zapisaną w pliku tekstowym o nazwie *.m (pliki te nazywane są M-plikami lub skryptami), wydawać polecenia przekazywane do wykonania w systemie operacyjnym DOS lub środowisku WINDOWS. Gdy tekst polecenia nie mieści się w jednej linii, można przejść do następnej linii wpisując wielokropek ( ) przed naciśnięciem klawisza Enter. Każde polecenie, które nie zostanie zakończone średnikiem (;) powoduje wyświetlenie odpowiedzi. W środowisku MATLAB a rozróżniane są duże i małe litery. Wyjątkiem są nazwy M-plików i poleceń systemu operacyjnego DOS, które też mogą być wydawane ze środowiska MATLAB a. W przypadku pracy w środowisku WINDOWS, możemy wykorzystać wszystkie mechanizmy i narzędzia tego środowiska. - 5 -

4. Zakończenie pracy z MATLAB em Zakończenie pracy w środowisku MATLAB a następuje przez wykonanie polecenia: >> exit lub równoważnego >> quit Pracując w środowisku WINDOWS możemy też zakończyć pracę z MATLAB em wykorzystując jedną z opcji zamykania aplikacji pracujących w środowisku WINDOWS. 5. Przestrzeń robocza MATLAB a Wszystkie zmienne tworzone w wyrażeniach są przechowywane w przestrzeni roboczej MATLAB a (workspace). Zawartość tej pamięci możemy odczytać bezpośrednio w zakładce Workspace (rys. 6) lub w oknie Command Window (rys. 7) wpisując polecenie: s. Rys. 6. Przestrzeń robocza środowiska MATLAB - 6 -

Rys. 7. Wyświetlenie zawartości przestrzeni roboczej (polecenie: whos) Poza zmiennymi nazwanymi przez użytkownika w przestrzeni roboczej przechowywane są dwie zmienne o nazwach nie nadawanych przez użytkownika, są to ans i eps. Zmienna ans opisana została w pkt. 6. Natomiast zmienna eps jest tolerancją dla określenia wielkości bliskich zeru oraz określa dokładność przedstawiania liczb zmiennoprzecinkowych. Jej wartość jest związana z arytmetyką komputera na którym pracujemy w środowisku MATLAB a. Dla komputerów standardu PC wynosi ona domyślnie zwykle: co odpowiada w przybliżeniu: Oznacza to, że 15 i 16 cyfra liczby może być niepoprawna. Zmienne przechowywane w przestrzeni roboczej można z niej usuwać. Służy do tego polecenie clear. Wybrane postacie polecenia clear są następujące: clear clear name clear name1 name2 Polecenie clear usuwa z przestrzeni roboczej wszystkie zmienne. Pozostawia ono przestrzeń roboczą pustą, tak jak byśmy przed chwilą przywołali MATLAB a. Polecenie clear name lub clear name1 name2 usuwa z przestrzeni roboczej zmienne o podanych nazwach. Przykłady: niech w przestrzeni roboczej będą następujące zmienne: - 7 -

A b d f h a c e g clear a A c e g b d f h clear b c A e g d f h Informacje wyświetlane w Command Window mogą być wyczyszczone poleceniem clc. Zakończenie sesji MATLAB a powoduje utratę wszystkich zmiennych przechowywanych w przestrzeni roboczej. Przed zakończeniem sesji MATLAB a cała zawartość przestrzeni roboczej może być zapamiętana za pomocą polecenia save. save Saving to: matlab.mat Jak podaje odpowiedź MATLAB a zawartość przestrzeni roboczej została zapamiętana w pliku o nazwie matlab.mat. Użycie polecenia load na początku następnej sesji spowoduje załadowanie całej zawartości uprzednio zapamiętanej przestrzeni roboczej. load Loading from: matlab.mat Można oczywiście zapamiętywać wybrane fragmenty (wybrane zmienne) aktualnej zawartości przestrzeni roboczej. Wybrane postacie polecenia save są następujące: save file save file name1 name2 Polecenie save file zapisuje całą zawartość przestrzeni roboczej w pliku o nazwie file.mat. Polecenie save file name1 name2 zapisuje zmienne o nazwach name1 name2 w pliku o nazwie file.mat. Przykłady działania tych poleceń: - 8 -

Przykład 1: A b d f h a c e g save mywork1 clear load mywork1 A b d f h a c e g Przykład 2: save mywork2 A a b c save mywork3 d e f g h clear load mywork2 A a b c load mywork3 A b d f h a c e g Opisane wcześniej polecenia (jak i wiele innych) można wykonać z poziomu zakładki Home paska narzędziowego, np. Save Workspace, Open File, itp. Wszystkie wartości zmiennych zapisane w przestrzeni roboczej można wyświetlić poprzez wpisanie w Command Window ich nazw lub dwukrotne kliknięcie na daną zmienną w zakładce workspace. W efekcie otworzy się tzw. Array Editor, który pozwala na podgląd wartości ukrytych pod nazwą danej zmiennej oraz ich edycję (rys. 8). - 9 -

6. Wyrażenia i zmienne Rys. 8. Wyświetlenie zawartości poszczególnych zmiennych (Array Editor) MATLAB jest językiem zmiennych i wyrażeń. Zmienne i wyrażenia pojawiają się w poleceniach formułowanych przez użytkownika. Polecenie MATLAB a ma najczęściej formę: lub prościej: zmienna = wyrażenie wyrażenie Wyrażenia są budowane ze zmiennych, operatorów i innych znaków specjalnych, funkcji. Obliczona po zaakceptowaniu polecenia wartość wyrażenia przypisana zostaje zmiennej dla ewentualnego późniejszego wykorzystania. Wartość ta w formie odpowiedzi MATLAB a może być wyświetlona w oknie poleceń. Jeżeli nazwa zmiennej i znak = nie wystąpią w poleceniu tworzona jest automatycznie (robocza) zmienna o nazwie ans i jej przypisywana jest wartość wyrażenia. Na przykład napisanie polecenia: 1990/81 spowoduje wyświetlenie w oknie poleceń odpowiedzi: ans = 24.5679 Polecenie jest zwykle kończone naciśnięciem klawisza Enter. Jeżeli jednak ostatnim znakiem polecenia jest ;, odpowiedź nie pojawia się w oknie poleceń, chociaż przypisanie wartości następuje. Jest to szczególnie użyteczne przy pisaniu M-plików oraz wtedy, gdy wynik polecenia jest na tyle obszerny, że - 10 -

znajomość poszczególnych liczb nie jest istotna. Na przykład polecenie mnożenia dwóch wielomianów wyrażonych przez wektory ich współczynników: c=conv(a,b); spowoduje przemnożenie odpowiednich składowych wektorów a i b oraz ich dodanie, dokona przypisania wyniku zmiennej c, ale wynik nie zostanie podany w oknie poleceń. Jeżeli wyrażenie jest na tyle skomplikowane, że polecenie nie mieści się w jednej linii wówczas można zastosować przeniesienie przez napisanie trzech lub więcej kropek przed naciśnięciem klawisza Enter. Pamiętać przy tym należy, aby pomiędzy ostatnim znakiem wyrażenia, które chcemy przenieść a znakami przeniesienia postawić separator - spację. Na przykład: s=1-1/2+1/3-1/4+1/5-1/6+1/7... -1/8+1/9-1/10+1/11-1/12 s = 0.6532 7. Bibliografia Brzózka J. Ćwiczenia z automatyki w Matlabie i Simulinku. Wydawnictwo MIKOM, 1997. Brzózka J., Dorobczyński L. Matlab - środowisko obliczeń naukowo - technicznych. Wydawnictwo MIKOM, 2005. Mrozek B., Mrozek Z. Matlab i Simulink. Poradnik użytkownika. Wydanie II. Wydawnictwo HELION, 2004. Pratap R. Matlab 7 dla naukowców i inżynierów. Wydawnictwo HELION, 2010. Sradomski W. Matlab. Praktyczny poradnik modelowania. Wydawnictwo HELION, 2015. Zalewski A., Cegieła R. Matlab - obliczenia numeryczne i ich zastosowania. Wydawnictwo NAKOM, 1996. - 11 -