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 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 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 i 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. Uwaga, wyłączenie i ponowne uruchomienie Matlaba nie usuwa poleceń z okna kontekstowego.
6 Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich 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. Uwaga, interfejs programu nie posiada funkcjonalności umożliwiającej zakończenie działania programu. Zakończenie działania programu Matlab odbywa się przez zamknięcie głównego okna programu
Ćwiczenie 1. Wprowadzenie do programu komputerowego Matlab 7 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 klawisz F1 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 1 : a) Funkcje wbudowane Lp. Zadanie Funkcja 1 2 Obliczanie funkcji trygonometrycznej cosinus z liczby a wyrażonej w radianach Obliczanie funkcji cyklometrycznej arcus cosinus z liczby a wyrażonej 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 1 Rozszerzony wykaz poleceń przedstawiono w instrukcji do Ćwiczenia 2.
10 Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich 8 Wyznaczenie wartości liczby e=2.71... 2 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 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 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 2 help help 3 doc 4 more b) System plików Lp. Polecenie Zadanie 1 save 2 load 3 dir 4 cd 5 cd.. 6 3 cd... 7 ls 8 pwd 9 copyfile 10 fileattrib 11 delete 12 movefile 13 rmdir 14 mkdir 3 Uwaga, użycie niewłaściwie sformatowanych poleceń może spowodować ich nieprzerwane wykonywanie w Matlabie. W celu przerwania wykonywania polecenia należy zastosować skrót klawiaturowy, o którym mowa w treści instrukcji.
12 Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich 15 what 16 lookfor c) Dane w przestrzeni roboczej programu Lp. Polecenie Zadanie 1 who 2 whos Literatura [1] Luzur M., Metody komputerowe w obliczeniach inżynierskich, Wykład dla Studentów Automatyki i Robotyki, WiEA, UZ, http://www.issi.uz.zgora.pl/?action=111&id=44 [2] Czajka M., MATLAB. Ćwiczenia, Helion 2005 [3] Mrozek B., Mrozek Z., MATLAB i Simulink. Poradnik użytkownika, Helion 2004