Материал: MATLAB 5. Анализ технических систем. Слепокуров Ю.С

Ю.С. Слепокуров

MATLAB 5.

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Учебное пособие

Воронеж 2001

УДК 681.142.2

Слепокуров Ю.С. MATLAB 5. Анализ технических систем. Учеб. пособие/ Воронеж. гос. техн. ун-т. Воронеж, 2001. 167 с.

В учебном пособии приведены основные операторы системы инженерных и научных расчетов MATLAB, которые позволяют производить сложные математические и инженерные расчеты с получением результатов в графическом виде, а также операторы пакета Symbolic Toolbox, реализующие символьные вычисления. Изложены основные принципы работы с пакетом визуального моделирования SIMULINK и дано краткое описание библиотек стандартных блоков. Рассмотрен базовый набор операторов пакета Control System Toolbox, знание которых позволит произвести грамотный анализ динамических и частотных свойств технических систем любой степени сложности.

Предназначено для студентов специальности 210300 ―Роботы и робототехнические системы‖, изучающих курсы Информатика‖, ―Основы моделирования и САПР‖ и ―Теория автоматического управления‖. Пособие будет полезно студентам других специальностей в программе обучения которых имеются подобные дисциплины, а также инженерам и аспирантам, занимающимся моделированием технических систем.

Учебное пособие подготовлено на магнитном носителе в текстовом редакторе MS WORD 97 и содержится в файле ―Matlab5.rar‖.

Ил. 45. Библиогр.: 6 назв.

Научный редактор д-р техн. наук А.И. Шиянов

Рецензенты: кафедра электротехники Воронежского государственного аграрного университета (зав. кафедрой канд. техн. наук В.В. Картавцев);

канд. техн. наук К.Е. Кононенко.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета.

Слепокуров Ю.С., 2001

Оформление. Воронежский государственный технический университет, 2001

ПРЕДИСЛОВИЕ

Это учебное пособие предназначено для тех, кто занимается решением проблем и задач, связанных, прежде всего, с теорией автоматического управления.

Язык, используемый в системе MATLAB, можно сравнить с языком BASIC по простоте его применения и принципу непосредственного исполнения (интерпретации). Ориентация MATLAB на работу с массивами делает его удобным и естественным инструментом обработки экспериментальных данных. Наличие системы SIMULINK, предназначенной для построения математических моделей объектов в виде структур, и специальных функций для анализа и синтеза этих моделей позволяет легко и просто использовать MATLAB в качестве лабораторного инструмента при изучении таких курсов, как теория автоматического управления, моделирование роботов и РТК, проектирование роботов и РТК и др.

Разумеется, далеко не все возможности системы MATLAB описаны в данном пособии. То же следует сказать и о рассмотренных встроенных пакетах: SIMULINK, Control System Toolbox, Symbolic Toolbox. Это связано с тем, что

MATLAB является системой, ориентированной на широкий круг научных задач, возникающих в физике, химии, и других прикладных сферах. Здесь же представлен тот круг операторов и функций, которые автор определил в качестве необходимого минимума для освоения системы MATLAB, надеясь, что это поможет студентам в решении широкого круга задач, возникающих при изучении ряда дисциплин, а также в ходе дипломного проектирования.

Автор будет благодарен всем, кто выскажет свои замечания по содержанию пособия и пожелания по его дальнейшему расширению и совершенствованию.

ВВЕДЕНИЕ

Система MATLAB разработана фирмой The MathWorks, Inc. ( США, г. Нейтик, шт. Массачусетс) и является интерактивной системой для выполнения инженерных и научных расчетов, ориентированной на работу с массивами данных. Система использует математический сопроцессор и допускает возможность обращения к программам, написанным на языках

FORTRAN, C и C++.

Система поддерживает выполнение операций с векторами, матрицами и массивами данных, алгебраическими полиномами, реализует решение нелинейных уравнений, задач оптимизации, интегрирование в квадратурах, решение дифференциальных и разностных уравнений, построение различных видов графиков, трехмерных поверхностей и линий уровня. В системе реализована удобная операционная среда, которая позволяет формулировать проблемы и получать решения в привычной математической форме, не прибегая к рутинному программированию.

Основным объектом системы MATLAB является прямоугольный числовой массив, допускающий комплексные элементы и ввод матриц без явного указания их размеров. Система позволяет решать многие вычислительные задачи за значительно более короткое время, чем то, которое потребовалось бы для написания соответствующих программ на языках программирования BASIC, PASCAL или С.

Написанная на языке С система MATLAB – это в полной мере интегрированная система, которая включает графику, программируемые макроопределения, реализацию стандарта IEEE-арифметики, быстродействующий интерпретатор.

Система MATLAB используется более чем в 70 ведущих институтах мира, в том числе, Стэнфордском, Калифорнийском, Кембриджском (Англия), Эйндховенском техническом университете (Нидерланды), университете Киото (Япония); Массачусетском, Калифорнийском, Хельсинкском технологических институтах; научно-исследовательских центрах – НАСА, а также в таких крупных промышленных компаниях, как Aerospace Corporation, Boeing

Aerospace, General Dynamics Corporation, IBM Corporation, Lockheed, Siemens

AG и др.

Внастоящее время существует две основных версии системы MATLAB –

5.2и 5.3. Обе Версии ориентированы на рабочие станции и поддерживают в среде Windows операционные системы Windows 95, Windows 98 и Windows NT.

Операционная среда системы MATLAB 5 это множество интерфейсов, которые поддерживают связь этой системы с внешним миром. Это диалог с пользователем через командную строку или графический интерфейс, просмотр рабочей области и путей доступа, редактор и отладчик М-файлов, работа с файлами и оболочкой DOS, экспорт и импорт данных, интерактивный доступ к справочной информации, динамическое взаимодействие с внешними системами

Microsoft Word. Excel Microsoft Word, Excel и др.