Roman Salomon - 'Matlab' - podstawy i zastosowania.pdf - kurs - protur

ROMAN SALAMON

MATLAB 

PODSTAWY I ZASTOSOWANIA

SKRYPT DLA STUDENTÓW I ROKU KIERUNKU „ELEKTRONIKA

I TELEKOMUNIKACJA” POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ

DO PRZEDMIOTU

„TECHNIKA OBLICZENIOWA I SYMULACYJNA”

POLITECHNIKA GDAŃSKA

WYDZIAŁ ELEKTRONIKI, TELEKOMUNIKACJI

I INFORMATYKI

KATEDRA ELEKTRONIKI MORSKIEJ

GDAŃSK 2008

 Copyright Roman Salamon 2008

Katedra Systemów Elektroniki Morskiej Politechniki Gdańskiej

Skrypt objęty jest prawem autorskim. Prawa autorskiego nie narusza korzystanie z jego wersji

elektronicznej oraz jednokrotny wydruk części lub całości skryptu do użytku prywatnego

przez studentów Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdań-

skiej. Pozostałe formy wykorzystania skryptu wymagają pisemnej zgody autora.

Autor będzie zobowiązany za przekazanie uwag dotyczących treści skryptu i dostrzeżonych

błędów na adres: roman.salamon@eti.pg.gda.pl

SPIS TREŚCI

1. WPROWADZENIE .......................................................................................................................... 5

CZĘŚĆ I. PODSTAWY UŻYTKOWANIA PROGRAMU MATLAB  .......... 6

2. INFORMACJE WSTĘPNE ............................................................................................................. 7

2.1. P RZYGOTOWANIE PROGRAMU MATLAB ® DO PRACY ............................................ 7

2.2. C ZĘSTO STOSOWANE POLECENIA .......................................................................... 10

3. PODSTAWOWY OBLICZEŃ NUMERYCZNYCH W PROGRAMIE MATLAB ® ............... 12

3.1. W ARTOŚCI LICZBOWE ........................................................................................... 12

3.1. Liczby rzeczywiste............................................................................................ 12

3.1.2. Liczby zespolone ........................................................................................... 13

3.1.3. Zaokrąglenia liczb ........................................................................................ 14

3.2. M ACIERZE I WEKTORY .......................................................................................... 15

3.2.1. Definiowanie macierzy i wektorów............................................................... 15

3.2.2. Podstawowe operacje macierzowe ............................................................... 20

3.2.3. Macierze kwadratowe ................................................................................... 22

3.3. T ABLICE ................................................................................................................ 24

3.3.1. Tablice numeryczne ...................................................................................... 24

3.3.2. Łańcuchy ....................................................................................................... 25

3.4. F UNKCJE ............................................................................................................... 26

3.4.1. Funkcje standardowe .................................................................................... 26

3.4.2. Funkcje macierzowe ..................................................................................... 28

3.4.3 Relacje i operacje logiczne ............................................................................ 31

3.4.4. Instrukcje warunkowe ................................................................................... 32

3.4.5. Definiowanie funkcji ..................................................................................... 34

3.5.5. Pętle .............................................................................................................. 37

4. GRAFIKA ........................................................................................................................................ 44

4.1. G RAFIKA DWUWYMIAROWA .................................................................................. 44

4.1.1. Podstawowe funkcje graficzne...................................................................... 44

4.1.2. Funkcje formatujące rysunek........................................................................ 47

4.1.3. Tworzenie wielu rysunków............................................................................ 48

4.1.4. Dobór parametrów rysunku bez użycia instrukcji graficznych .................... 51

4.2. G RAFIKA TRÓJWYMIAROWA .................................................................................. 54

4.2.1. Linie w przestrzeni trójwymiarowej.............................................................. 54

4.2.2. Tworzenie obrazów funkcji dwóch zmiennych.............................................. 55

4.2.3. Dobór kolorów .............................................................................................. 57

4.2.4. Ustawianie położenia układu współrzędnych ............................................... 60

4.2.5. Efekty oświetlania rysunków trójwymiarowych............................................ 61

4.2.6. Inne metody formatowania rysunku.............................................................. 62

4.2.7. Obrazy figur trójwymiarowych ..................................................................... 64

4.3. G RAFICZNY INTERFEJS UŻYTKOWNIKA ................................................................. 65

4.3.1. Ogólna charakterystyka ................................................................................ 65

4.3.2. Projektowanie planszy GUI .......................................................................... 66

4.3.3. Podstawy programowania graficznego interfejsu użytkownika GUI ........... 69

4.3.4. Użycie przełącznika Toggle Button i okna edycyjnego Edit Text. ................ 72

4.3.5. Użycie przełącznika Radio Button i okna edycyjnego Edit Text................... 75

4.4.6. Użycie Popup Menu ...................................................................................... 77

4.3.6. Użycie Listbox i Axes .................................................................................... 78

4.3.7. Zastosowanie suwaka Slider ......................................................................... 80

5. IMPORT I EKSPORT DANYCH ................................................................................................. 83

5.1. W PROWADZENIE ................................................................................................... 83

5.2. E KSPORT I IMPORT DANYCH W FORMACIE BINARNYM ........................................... 83

5.3. Z APISYWANIE I CZYTANIE DANYCH W FORMACIE TEKSTOWYM ............................. 84

5.4. E KSPORT I IMPORT PLIKÓW DŹWIĘKOWYCH .......................................................... 85

CZĘŚĆ II. ZASTOSOWANIA PROGRAMU MATLAB  .................................. 86

6. METODY NUMERYCZNE W ZASTOSOWANIU DO FUNKCJI CIĄGŁYCH ................... 87

6.1. W IELOMIANY ........................................................................................................ 87

6.2. F UNKCJE WYMIERNE ZMIENNEJ ZESPOLONEJ ......................................................... 88

6.3. M IEJSCA ZEROWE , MINIMA I MAKSIMA FUNKCJI .................................................... 91

6.4. C AŁKOWANIE NUMERYCZNE ................................................................................. 94

6.5. R ÓWNANIA RÓŻNICZKOWE .................................................................................... 96

7. GENERACJA, ANALIZA I PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW............................................ 104

7.1. S YGNAŁY ANALOGOWE I DYSKRETNE ................................................................. 104

7.2. G ENERACJA SYGNAŁÓW IMPULSOWYCH ............................................................. 105

7.3. D YSKRETNA REPREZENTACJA SYGNAŁÓW CIĄGŁYCH ......................................... 110

7.3.1. Sygnały deterministyczne ............................................................................ 110

7.3.2. Sygnały losowe............................................................................................ 113

7.4. D YSKRETNA TRANSFORMACJA F OURIERA ........................................................... 117

7.4.1. Definicja i podstawowe własności .............................................................. 117

8.4.2. Widmo dyskretne a widmo ciągłe ............................................................... 119

7.4.3. Widma sygnałów o nieograniczonym czasie trwania ................................. 123

7.5. F ILTRACJA SYGNAŁÓW DYSKRETNYCH ............................................................... 127

7.5.1. Filtracja w dziedzinie częstotliwości .......................................................... 127

7.5.2. Filtracja w dziedzinie czasu........................................................................ 129

7.6. S PLOT .................................................................................................................. 135

8. ANALIZA NUMERYCZNA OBWODÓW I UKŁADÓW ELEKTRYCZNYCH.................. 137

8.1. O BWODY PRĄDU STAŁEGO .................................................................................. 137

8.2. A NALIZA OBWODÓW RLC PRZY POBUDZENIU SINUSOIDALNYM ......................... 141

8.2.1. Obwód RL ................................................................................................... 141

8.2.2. Szeregowy obwód rezonansowy.................................................................. 143

8.2.3. Sprzężone równoległe obwody rezonansowe .............................................. 144

8.3. A NALIZA OBWODÓW RLC PRZY DOWOLNYM POBUDZENIU ................................. 148

8.3.1. Analiza numeryczna w dziedzinie częstotliwości ........................................ 148

8.3.2. Analiza numeryczna w dziedzinie czasu ..................................................... 150

8.4. P ROJEKTOWANIE FILTRÓW ANALOGOWYCH ........................................................ 152

8.4.1. Podstawy teoretyczne.................................................................................. 152

8.4.2. Wybór rozwiązania konstrukcyjnego .......................................................... 155

8.4.3. Wyznaczanie wartości elementów obwodów .............................................. 157

INDEKS INSTRUKCJI I FUNKCJI............................................................................................... 163

1. WPROWADZENIE

Program MATLAB  , zwany również często „środowiskiem MATLAB  , przezna-

czony jest do obliczeń inżynierskich i naukowych oraz do wizualizacji ich wyników. W śro-

dowisku MATLAB  obowiązuje język, w którym komunikujemy się z programem polecając

mu wykonywanie określonych zadań. Jest to język wysokiego poziomu, co w praktyce ozna-

cza, że w formie prostej instrukcji można wyrazić polecenie wykonania bardzo złożonego

zadania. Cechą charakterystyczną języka MATLAB  jest to, że podstawową formą danych

jest w nim macierz rzeczywista bądź zespolona. Dane i wyniki obliczeń są przechowywane w

przestrzeni roboczej i istnieją w niej dopóki nie zostaną usunięte przez użytkownika, bądź

przez zamknięcie programu. Zmienne nie są deklarowane.

Środowisko MATLAB  jest otwarte w tym sensie, że użytkownik ma dostęp do jego

funkcji, poleceń i bibliotek oraz może tworzyć własne pliki i funkcje. Program daje także

możliwość współpracy z innymi programami, np. Excel, C, Fortran.

Program MATLAB  może być instalowany na praktycznie dowolnym komputerze.

Zmiana platformy sprzętowej nie wiąże się z utratą własnego oprogramowania.

Oprócz podstawowego programu MATLAB  istnieją tzw. Toolboxy, które są zawierają

specjalistyczne oprogramowanie z kilkunastu dziedzin nauki i techniki. Podstawowy pakiet

MATLAB  można także uzupełnić interaktywnym programem SIMULINK, który służy do

modelowania i symulacji systemów dynamicznych, a w tym systemów elektronicznych, tele-

komunikacyjnych i systemów automatyki.

Niniejszy skrypt został pomyślany jako pomoc dydaktyczna do przedmiotu „Technika

Obliczeniowa i Symulacyjna, prowadzonego na Wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i

Informatyki Politechniki Gdańskiej dla studentów drugiego semestru kierunku Elektronika i

Telekomunikacja. Składa się on z dwóch części; w pierwszej omówione są podstawy użytko-

wania programu MATLAB  , zaś w drugiej – praktyczne przykłady zastosowania programu w

elektronice i telekomunikacji. Pisząc ten skrypt autor zakładał, że Czytelnik po raz pierwszy

spotyka się z programem MATLAB  oraz że Jego wiedza i umiejętności odpowiadają pro-

gramowi pierwszego semestru studiów. Jedynie w drugiej części skryptu występują przykłady

dotyczące treści przekazywanych na drugim lub wyższych latach studiów.

Materiał zawarty w skrypcie wystarcza do wykonania projektu i ćwiczeń laboratoryj-

nych z przedmiotu „Technika Obliczeniowa i Symulacyjna w zakresie związanym z użytko-

waniem programu MATLAB  .

Dążąc do zmniejszenia objętości skryptu ograniczono przede wszystkim liczbę omó-

wionych funkcji i instrukcji, rezygnując z rzadziej używanych i bardziej skomplikowanych.

Dużą część praktycznych zadań można wykonać bez używania tych pominiętych funkcji i

instrukcji, aczkolwiek ich stosowanie ułatwia niewątpliwie programowanie. Ponadto opis

omawianych instrukcji i funkcji często nie jest kompletny. Pominięto z zasady te możliwości

zawarte w instrukcjach i funkcjach, które znajdują względnie rzadko praktyczne zastosowa-

nie. Funkcjonowanie prawie każdej instrukcji zilustrowano przykładem, co powinno ułatwić

jej pełne zrozumienie, zapamiętanie i dalsze stosowanie we własnych programach.

Autor wyraża nadzieję, że skrypt ułatwi opanowanie przedmiotu i zachęci do głębszego

poznania programu MATLAB  , a w przyszłości do jego stosowania w czasie studiów i pracy

zawodowej.

Roman Salomon - 'Matlab' - podstawy i zastosowania.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: