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

Реализуются эти интерфейсы через командное окно, инструментальную панель, системы просмотра рабочей области и путей доступа, редактор/отладчик М-файлов, специальные меню и т. п.

Базовые программные средства системы MATLAB:

Control System Toolbox. Набор алгоритмов MATLAB для моделирования, анализа и проектирования систем автоматического управления. Функции пакета включают наиболее традиционные методы передаточных функций и современные методы пространства состояний. С помощью пакета можно моделировать и анализировать как непрерывные, так и дискретные системы;

Frequency Domain System Identification. Пакет предоставляет специализированные средства для идентификации линейных динамических систем по их временному или частотному отклику. Частотные методы направлены на идентификацию непрерывных систем, что является мощным дополнением к традиционной дискретной методике. Методы пакета могут быть применены к таким задачам, как моделирование электрических, механических и акустических систем;

Fuzzy Logic Toolbox. Обладает простым и хорошо продуманным интерфейсом, позволяющим легко проектировать и диагностировать нечеткие модели. Обеспечивается поддержка современных методов нечеткой кластеризации и адаптивные нечеткие нейронные сети. Графические средства пакета позволяют интерактивно отслеживать особенности поведения системы;

Higher-Order Spectral Analysis Toolbox. Пакет содержит специальные алгоритмы для анализа сигналов с использованием моментов высшего порядка. Предоставляет широкие возможности для анализа негауссовых сигналов;

Image Processing Toolbox. Широкий спектр средств для цифровой обработки и анализа изображений;

LMI Control Toolbox. Пакет обеспечивает интегрированную среду для постановки и решения задач линейного программирования;

Model Predictive Control Toolbox. Полный набор средств для реализации стратегии предиктивного управления. Эта стратегия была разработана для решения практических задач управления сложными многоканальными процессами при наличии ограничений на переменные состояния и управления. Методы предиктивного управления используются в химической промышленности и для управления другими непрерывными процессами;

µ-Analysis and Synthesis Toolbox. Пакет содержит функции для проектирования устойчивых систем управления. Использует оптимизацию в равномерной норме и сингулярный параметр ;

NAG® Foundation Toolbox. Содержит более 240 функций,

охватывающих оптимизацию, ОДУ и уравнения в частных производных, квадратуры и статистику;

Neural Network Toolbox. Пакет для работы с нейронными сетями. Обеспечивает поддержку проектирования, обучения и моделирования множества известных сетевых парадигм, от базовых моделей персептрона до самых современных ассоциативных и самоорганизующихся сетей;

Communications Toolbox. Полный набор возможностей для разработки, анализа и тестирования моделей цифровых и аналоговых систем и устройств связи и передачи информации. Пакет содержит более 100 функций и примерно 150 блоков SIMULINK для разработки и моделирования таких систем, как устройства радиосвязи, модемы и устройства для хранения информации;

Optimization Toolbox. Пакет включает программы широко известных методов минимизации и максимизации линейных и нелинейных функций. Эти программы могут быть использованы для решения сложных задач оптимизации стоимости, надежности и качества для различных приложений;

Partial Differential Equation Toolbox. Содержит средства для исследования и решения нестационарных дифференциальных уравнений второго порядка в частных производных. В пакете используется метод конечных элементов;

Robust Control Toolbox. Пакет включает в себя средства для проектирования и анализа многопараметрических систем управления, устойчивость которых имеет существенное значение. Среди таких систем могут быть системы с модельными ошибками, динамика которых известна не полностью, или параметры которых могут изменяться в ходе моделирования. Алгоритмы пакета позволяют выполнять сложные вычисления, принимая во внимание изменения множества параметров;

QFT Control Design Toolbox (Quantitative feedback theory). Пакет содержит функции для создания робастных систем с обратной связью. QFT – это инженерный метод, использующий частотное представление моделей для удовлетворения различных требований к качеству при наличии неопределенных характеристик у объекта. В основе метода лежит наблюдение, что обратная связь необходима в тех случаях, когда некоторые характеристики объекта неопределенны или на его вход подаются неизвестные возмущения;

Signal Processing Toolbox. Пакет обеспечивает широкие возможности по созданию программ обработки сигналов для научных и технических приложений. В пакете используется разнообразная техника фильтрации и новейшие алгоритмы спектрального анализа;

Spline Toolbox. Используется для представления экспериментальных функций на больших интервалах, где аппроксимация единым полиномом невозможна;

Symbolic Math Toolboxes. Пакет включает в себя вычислительное ядро системы Maple V Release 4 и позволяет пользоваться символьной математикой и вычислениями с плавающей точкой;

System Identification Toolbox. Содержит инструменты для создания математических моделей динамических систем на основе наблюдаемых входных/выходных данных. Пакет снабжен графическим интерфейсом, помогающим организовать данные и создавать модели;

SIMULINK. Это интерактивная среда для моделирования и анализа широкого класса динамических систем. Представляет пользователю графический интерфейс для конструирования моделей из стандартных блоков при помощи технологии ―drag-and-drop‖. Обширная библиотека блоков позволяет быстро моделировать различные системы без написания специальных программ;

MATLAB Compiler. С помощью этого пакета можно генерировать оптимизированный С и С++ код для М-файлов. Транслируя код MATLAB на С и С++ компилятор существенно ускоряет работу приложения;

MATLAB C Math Library. Библиотека предоставляет пользователю набор объектных модулей MATLAB для выполнения наиболее употребительных математических алгоритмов для численных расчетов и процедур для анализа данных. Пользователь может применять эту библиотеку совместно с MATLAB Compiler для создания процедур MATLAB, работающих в каких-либо внешних приложениях;

MATLAB C++ Math Library. Эта библиотека позволяет вставлять мощные подпрограммы численных расчетов MATLAB в приложения, написанный на С++. Предназначена для создания автономных приложений, которые требуют использования мощных математических функций MATLAB;

Excel Link. Программное средство для создания интерфейса связи с популярными табличными процессорами класса Excel 5.0 и выше, созданными фирмой Microsoft Inc. для офисных комплексов Microsoft Office.

Обеспечивается простая связь между MATLAB и Excel, двухсторонний обмен данными, просмотр, редактирование и обработка данных из среды MATLAB в Excel, подготовка Excel-приложений и др.

1. КОМАНДЫ БАЗОВОЙ СИСТЕМЫ

1.1. Командное окно системы MATLAB

После запуска программы MATLAB открывается командное окно. Инструментальная панель командного окна системы МАТ1АВ позволяет обеспечить простой доступ к операциям над М-файлами (рис. 1.1).

Рис. 1.1

Эти операции включают:

создание нового М-файла (New File);

открытие существующего М-файла (Open File);

удаление фрагмента (Cut);

копирование фрагмента (Copy);

вставку фрагмента (Paste);

отмену последней выполненной операции (Undo);

просмотр рабочей области (Workspace Browser);

просмотр путей доступа (Path Browser);

создание новой модели Simulink

текущую помощь (Help).

1.2.Управление переменными и рабочей средой

Рабочая область системы MATLAB - это область памяти, в которой размещены переменные системы. Содержимое этой области можно просмотреть из командной строки с помощью команд who и whos. Команда who выводит только имена переменных, а команда whos - информацию о размерах массивов и типе переменной, а также, в отдельной строке, информацию об общем количестве элементов в рабочей области и объеме используемой памяти.

Команды who global и whos global выводят списки глобальных переменных рабочей области.

Рассмотрим в качестве примера пять массивов различного типа: