Учебно-Технологический_Практикум_УТС.Б_1

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана»

Калужский Филиал

____________________________________________________________

Адкин М.Ю.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ И РАСЧЕТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

ПРОГРАММНЫЙ ПАКЕТ MATLAB 5.*,6.*,7.0

ПЕРВОЕ ЗНАКОМСТВО

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 1

по курсу

“Учебно-технологический практикум” для направления подготовки бакалавров

220400.62 «Управление в технических системах» (ЭИУ3-КФ)

УДК 681.3.06

Данные методические указания издаются в соответствии с учебным планом направления подготовки 220400.62.

Указания рассмотрены и одобрены: кафедрой “САУ“ ЭИУ3-КФ

Данные методические указания написаны на основе официальной документации пакета MATLAB, предназначены для выполнения лабораторной работы по курсу «Учебно-технологический практикум» студентами специальности 220400.62 1-го семестра обучения. Цель работы - первоначальное знакомство студентов со справочной системой, основными интерфейсами и возможностями среды инженерных и научных расчетов MATLAB, работа в режиме прямых вычислений и визуализация результатов.

2

Лабораторная работа №1.

Тема работы: Программный пакет научно-технических расчетов

MATLAB 5.*,6.*,7.0 - первое знакомство

Приборы и оборудование:

Компьютер совместимый с IBM PC, 128-1024 Мб. ОЗУ.

Операционная система WINDOWS XP,7,UNIX

Математический пакет MATLAB Version 5.*, 6.*, 7.*

Цель работы: первоначальное знакомство студентов с основными интерфейсами и возможностями среды инженерных и научных расчетов MATLAB, работа в режиме прямых вычислений и визуализация результатов.

Содержание работы:

1.Изучить теоретические положения лабораторной работы.

2.Выполнить задания и сделать выводы.

3.Выполнить в режиме прямых вычислений заданные преподавателем расчеты и представить их в графическом виде.

4.Оформить отчет.

Форма отчетности студентов:

Индивидуальный отчет в электронной форме с типовым титульным листом. Допустимый формат -DOC.

Содержание отчета:

1.Порядковый номер и текст задания или задачи.

2.Результат выполнения задания, решения задачи.

3.Ответ или вывод в развернутой форме с необходимыми доказательствами.

Длительность работы: 6 академических часов.

Защита работы: собеседование с преподавателем по контрольным вопросам, выполнение индивидуальных заданий.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПАКЕТЕ MATLAB

Название – MATLAB - происходит от слов Matrix Laboratory - Матричная лаборатория. Пакет разработан фирмой The MathWorks

3

(США). Как самостоятельный программный продукт MATLAB существует с конца 70-х годов 20-го века. В настоящее время он является универсальной системой для выполнения научно-технических расчетов, ориентированной на представление и анализ данных определяемых в векторно - матричном виде. В пакете реализовано удачное сочетание возможностей современной математики с достижениями в области вычислительной техники. Де-факто MATLAB стал обязательным инструментом инженера.

Версии пакета 5.*, 6.* обладают мощными средствами представления данных, применяется технология виртуальной реальности, обеспечивается обмен данными с по мировой сети Internet. Разработаны прикладные программные интерфейсы для взаимодействия с модулями, написанными на таких языках программирования как Cи, Си++, Фортран, Ада.

С точки зрения инженера MATLAB – это гигантская библиотека отлаженных и проверенных функций, реализующих эффективные алгоритмы.

Функции, которые носят общий "математический " характер входят в состав ядра пакета. Функции, которые являются специальными для конкретной области, включены в дополнительные разделы, которые называются "Инструменты" – Toolboxes. В их число входят как стандартные для математических пакетов средства - решение дифференциальных уравнений, интегрального исчисления, символьной математики, так и уникальные средства, например, поиска решений на основе нечеткой логики, построения и анализа нейронных сетей и т.п.

MATLAB может работать под управлением разных операционных систем – WINDOWS, UNIX, LINUX и Mac Os.

Запуск системы приводит к появлению командного окна MATLAB: состоящего из:

Строки заголовка;

Строки главного меню;

Панели инструментов;

Командного окна и Строки статуса.

4

9.New Simulink Model - запуск системы моделирования Simulink(MATLAB 5.1-5.2) или Simulink Library Browser – MATLAB 5.3, 6.*;

10.Help Window -вызов справочника по функциям MATLAB.

ЗАДАНИЕ 1

Запустите MATLAB - порядок запуска - меню ПУСК - Программы - MATLAB - MATLAB .Найдите строку заголовка, строку меню, панель инструментов, статусную строку. В строке меню активизируйте пункт File (Файл). Вы увидите выпадающее меню этого пункта:

Обратите внимание - пункты меню могут:

-заканчиваться треугольником - например, New (новый); Это означает, что данный пункт разворачивается в следующую систему меню;

-заканчиваться многоточием - например, Save Workspace As (сохранить рабочую область как). Это означает, что открывается дополнительное окно, со своими аналогичными элементами управления;

-ничем не заканчиваться - например, Show Workspace (показать рабочую область). Это приводит к выполнению соответствующей команды.

6

Кнопки инструментальной панели активизируют часто используемые команды меню. Нажмите на кнопку Path Browser (Браузер путей) и посмотрите на результат. В отчете дайте свою характеристику окну Браузера путей и его системе меню.

Замечание: все файлы, зарегистрированные в браузере путей доступны системе MATLAB.

Самый интересный способ познакомиться с основными возможностями системы MATLAB заключается в просмотре демонстрационных файлов, входящих в состав пакета. Для запуска процесса демонстрации используется команда demo , которая вводится в активной строке командного окна MATLAB.

Рис 2. Окно демонстраций MATLAB

Окно демонстраций состоит из трех подокон и двух кнопок управления – Close – закрытия окна и Run …– для запуска выбранной демонстрации.

В левой части окна демонстраций, в окне 1, выводится список разделов, для которых можно посмотреть демонстрацию. Окно 2 содержит краткое описание выбранному в окне 1 разделу демонстрации.

7

Окно 3 позволяет выбрать конкретную демонстрацию. Выбор демонстрации выполняется стандартно для системы Windows - двойным щелчком левой кнопки мыши по выбранному пункту, или нажатием на кнопку RUN - запуска приложения.

ЗАДАНИЕ 2

Посмотрите демонстрацию пакета MATLAB - раздел Matrices. В отчете кратко сформулируйте выводы о возможностях MATLAB.

1.2 ФАЙЛОВАЯ И СПРАВОЧНАЯ СИСТЕМА MATLAB

ВMATLAB используется множество типов файлов. Основные типы файлов — с расширениями mat и m. Файлы с расширением mat, далее mat-файлы, являются бинарными файлами. Файлы с расширением m – далее m-файлы, являются простыми текстовыми файлами - содержат или внешние определения функций системы MATLAB – системные m-файлы, или процедуры без параметров и функции пользователя – пользовательские m-файлы. Системные m-файлы сгруппированы по функциональному признаку и распределены по отдельным подкаталогам каталога MATLABR1*. Каждый каталог снабжен специальным файлом - Contens.m, в котором содержится список файлов каталога с описанием выполняемых ими функций. Именно этот файл выводится в справочное окно, если пользователь ввел команду help <имя каталога>. В свою очередь, в каталоге каждый m-файл содержит справочную часть, в которой дается характеристика соответствующей функции и описывается ее синтаксис. Именно эта справка выводится в справочное окно, если пользователь ввел команду help <имя файла без расширения>. Таким образом, справочная система MATLAB опирается на файловую систему и структуру каталогов. Это делает справочную систему открытой, и любой пользователь может дополнить ее, учитывая вышеизложенные системные соглашения.

Вдиректории MATLABR1*/TOOLBOX/MATLAB содержится набор m-файлов стандартного системного расширения системы, называемый Toolbox. Просмотр этих файлов позволяет детально ознакомиться с возможностями конкретной версии системы.

ЗАМЕЧАНИЕ: справочную информацию можно получить:

1.- командой help <> - справка выводится в главное окно

MATLAB;

2. – командой helpwin - справка выводится в отдельное окно;

8

3. – командой helpdesk - справка в формате гипертекстового документа выводится в окно интернет - браузера.

Кроме команд класса help для поиска нужных функций может использоваться команда lookfor <ключ>. Командой lookfor ищутся все m-файлы, в заголовках которых встречается заданный ключ, а заголовки найденных файлов выводятся на экран.

ЗАДАНИЕ 3

Просмотрите, используя стандартный проводник или FAR, структуру каталогов MATLAB на Вашей машине. Найдите в любом подкаталоге каталога toolboxes файл Contens.m и просмотрите его содержимое. Сравните это содержимое с результатом выполнения команды help <имя подкаталога>. Сделайте вывод и занесите его в отчет. Посмотрите содержимое любого m-файла. Сравните его с результатом выполнения команды help<имя m-файла >. Сделайте вывод, как включается справочная информация в содержимое m- файла. Вывод занесите в отчет.

1.3 ЗАПУСК MATLAB И ИСПОЛНЕНИЕ КОМАНДЫ

MATLABRC

Запуск программ в среде Windows выполняется двойным щелчком левой кнопки мыши по ярлыку программы. В целях экономии будем в дальнейшем такую операцию называть "Старт Мышью" - СМ. После СМ ярлыка MATLAB.exe система готова к проведению вычислений в командном режиме – рис. 1. При запуске автоматически выполняется команда MATLABrc, которая исполняет загрузочный файл MATLABrc.m и файл startup.m. Эти файлы устанавливаются в подкаталог local каталога toolboxes, причем файл startup.m первоначально называется startupsav.m. С помощью файлов startup.m и MATLABrc.m

пользователь может выполнять начальную настройку системы

MATLAB.

Сеанс работы с MATLAB называется сессией. Сессия является документом, отражающим текущую работу пользователя с системой MATLAB. Рабочую область сессии, в которой содержатся значения всех текущих переменных и констант, можно записать на диск, используя команду save <имя файла> <опции>. Запись производится в двоичный файл – по умолчанию MATLAB.mat - в рабочем каталоге Work. Команда load позволяет загрузить в активную сессию данные сохраненной ранее рабочей области. Фрагменты сессии можно офор-

9

мить в виде дневника с помощью команды diary . Команда diary on – включает режим протокола сессии, команда diary off – выключает. Протокол находится в рабочем каталоге MATLAB в текстовом файле diary - без расширения. Пример протокола приведен ниже:

clear all a=1

a =

Grand total is 1 elements using 8 bytes save

Saving to: MATLAB.mat clear all

whos load

Loading from: MATLAB.mat

Grand total is 1 elements using 8 bytes diary off

1.4 ОПЕРАЦИИ СТРОЧНОГО РЕДАКТИРОВАНИЯ

При работе с MATLAB действует простейший строчный редактор. Ниже перечислены его команды:

-> или Ctrl-b - перемещение курсора вправо на один символ, <- или Ctrl-f- перемещение курсора влево на один символ, Ctrl -> или Ctrl-r- перемещение курсора вправо на одно слово, Ctrl <- или Ctrl-l - перемещение курсора влево на одно слово, Ноmе или Ctrl-a - перемещение курсора в начало строки,

End или Ctrl-e - перемещение курсора в конец строки,

Ctrl-p,n - перелистывание строк вверх или вниз для подстановки в строку ввода,

Del или Ctrl-d — стирание символа, на котором установлен курсор, <— или Ctrl-h — стирание символа слева от курсора,

Ctrl-k — стирание до конца строки,

10