Федеральное агенство по образованию

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

Знакомство с математическим пакетом MATLAB.Работа сфайлами в пакете МАТLАВ решение обыконвенных дифференциальных уравнений в пакете МАТLАВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Программирование и основы алгоритмизации»для студентов специальности 220301

Пермь 2008

лабораторная работа №1

Знакомство с математическим пакетом MATLAB

Цель работы:знакомство с пакетами расширения МАТLАВ, работа с матрицами и операции с ними.

Теоретические сведения

Часть №1

Название MATLABявляется сокращением отMatrix Laboratory. В настоящее времяMATLABявляется мощным и универсальным средством решения задач, возникающих в различных областях человеческой деятельности. Спектр проблем, исследование которых может быть осуществлено при помощиMATLABи его расширений (Toolbox), охватывает: матричный анализ, обработку сигналов и изображений, задачи математической физики, оптимизационные задачи, финансовые задачи, обработку и визуализацию данных, работу с картографическими изображениями, нейронные сети, нечеткую логику и многое другое.

1.Вывод списка пакетов расширения

1.1. Simulink

1.2.Real Time Windows Target и Workshop

1.3. Report Generator для MATLAB и Simulink

1.4. Neural Networks Toolbox

1.5. Fuzzy Logic Toolbox

1.6. Symbolic Math Toolbox

1.7. NAG Foundation Toolbox

1.8. Spline Toolbox

1.9. Statistics Toolbox

1.10. Optimization Toolbox

1.11.Partial Differential Equations Toolbox

2. Пакеты анализа и синтеза систем управления

2.1.Control System Toolbox

2.2. Nonlinear Control Design Toolbox

2.3. Robust Control Toolbox

2.4. Model Predictive Control Toolbox

2.5. (Мю)-Analysis and Synthesis

2.6. Stateflow

2.7. Quantitative Feedback Theory Toolbox

2.8. LMI Control Toolbox

3. Пакеты идентификации систем

3.1. System Identification Toolbox

3.2. Frequency Domain System Identification Toolbox

4. Дополнительные пакеты расширения MATLAB

4.1. Communications Toolbox

4.2. Digital Signal Processing (DSP) Blockset

4.3. Fixed-Point Blockset

5. Пакеты для обработки сигналов и изображений

5.1. Signal Processing Toolbox

5.2. Higher-Order Spectral Analysis Toolbox

5.3. Image Processing Toolbox

5.4. Wavelet Toolbox

1.Вывод списка пакетов расширения

Полный состав системы MATLAB содержит ряд компонентов, название, номер версии и дату создания которых можно вывести на просмотр командой ver: 

» ver

MATLAB Version 6.0.0.88 (R12) on PCWIN MATLAB License Number: 0

MATLAB Toolbox

Simulink

Stateflow

Stateflow Coder

Real -Time Workshop

COMA Reference Blockset

Communications Blockset

Communications Toolbox

Control System Toolbox

DSP Blockset

Data Acquisition Toolbox

Database Toolbox

Datafeed Toolbox

Dials & Gauges Blockset

Filter Design Toolbox

Financial Derivatives Toolbox

Financial Time Series Toolbox

Financial Toolbox

Fixed-Point Blockset

Fuzzy Logic Toolbox

GARCH Toolbox

Image Processing Toolbox

Instrument Control Toolbox

LMI Control Toolbox

MATLAB Compiler

MATLAB Report Generator

Mapping Toolbox

Model Predictive Control Toolbox

Motorola DSP Developer's Kit

Ми-Analysis and Synthesis Toolbox

Neural Network Toolbox

Nonlinear Control Design Blockset

Optimization Toolbox

Partial Differential Equation Toolbox

Power System Blockset

Real -Time Workshop Ada Coder

Real -Time Workshop Embedded Coder

Requirements Management Interface

Robust Control Toolbox

SB2SL (converts SystemBuild to Simulink )

Signal Processing Toolbox

Simulink Accelerator

Model Differencing for Simulink and...

Simulink Model Coverage Tool

Simulink Report Generator

Spline Toolbox

Statistics Toolbox

Symbolic Math Toolbox

System Identification Toolbox

Wavelet Toolbox

xPC Target

xPC Target Embedded Option

 

1.1. Simulink

Пакет расширения Simulink служит для имитационного моделирования моделей, состоящих из графических блоков с заданными свойствами (параметрами). Компоненты моделей, в свою очередь, являются графическими блоками и моделями, которые содержатся в ряде библиотек и с помощью мыши могут переноситься в основное окно и соединяться друг с другом необходимыми связями. В состав моделей могут включаться источники сигналов различного вида, виртуальные регистрирующие приборы, графические средства анимации. Двойной щелчок мышью на блоке модели выводит окно со списком его параметров, которые пользователь может менять. Запуск имитации обеспечивает математическое моделирование построенной модели с наглядным визуальным представлением результатов. Пакет основан на построении блочных схем путем переноса блоков из библиотеки компонентов в окно редактирования создаваемой пользователем модели. Затем модель запускается на выполнение. Simulink составляет и решает уравнения состояния модели и позволяет подключать в нужные ее точки разнообразные виртуальные измерительные приборы. Поражает наглядность представления результатов моделирования. Предшествующая версия пакета достаточно подробно описана в книгах. Основным нововведением является обработка матричных сигналов. Добавлены отдельные пакеты повышения производительности Simulink, такие как Simulink Accelerator для компиляции кода моделей, Simulink profiler для анализа кода и т. д.

1.2.Real Time Windows Target и Workshop

Подключающаяся к Simulink мощная подсистема имитационного моделирования в реальном масштабе времени (при наличии дополнительных аппаратных средств в виде плат расширения компьютера), представленная пакетами расширения Real Time Windows Target и Workshop, — мощное средство управления реальными объектами и системами. Кроме того, эти расширения позволяют создавать исполняемые коды моделей. Достоинством такого моделирования является его математическая и физическая наглядность. В компонентах моделей Simulink можно задавать не только фиксированные параметры, но и математические соотношения, описывающие поведение моделей.

1.3. Report Generator для MATLAB и Simulink

Генераторы отчетов — средство, введенное еще в MATLAB 5.3.1, дает информацию о работе системы MATLAB и пакета расширения Simulink. Это средство очень полезно при отладке сложных вычислительных алгоритмов или при моделировании сложных систем. Генераторы отчетов запускаются командой Report. Отчеты могут быть представлены в виде программ и редактироваться.

Генераторы отчетов могут запускать входящие в отчеты команды и фрагменты программ и позволяют проконтролировать поведение сложных вычислений.

1.4. Neural Networks Toolbox

Пакет прикладных программ, содержащих средства для построения нейронных сетей, базирующихся на поведении математического аналога нейрона. Пакет обеспечивает эффективную поддержку проектирования, обучения и моделирования множества известных сетевых парадигм, от базовых моделей персептрона до самых современных ассоциативных и самоорганизующихся сетей. Пакет может быть использован для исследования и применения нейронных сетей к таким задачам, как обработка сигналов, нелинейное управление и финансовое моделирование. Обеспечена возможность генерации переносимого С-кода с помощью Real Time Workshop.

В пакет включены более 15 известных типов сетей и обучающих правил, позволяющих пользователю выбирать наиболее подходящую для конкретного приложения или исследовательской задачи парадигму. Для каждого типа архитектуры и обучающих правил имеются функции инициализации, обучения, адаптации, создания и моделирования, демонстрации и пример приложения сети.

1.5. Fuzzy Logic Toolbox

Пакет прикладных программ Fuzzy Logic относится к теории нечетких (размытых) множеств. Обеспечивается поддержка современных методов нечеткой кластеризации и адаптивных нечетких нейронных сетей. Графические средства пакета позволяют интерактивно отслеживать особенности поведения системы.

Основные возможности пакета: