Ξεκινώντας με το matlab: μια γρήγορη εισαγωγή

Το MATLAB (Matrix Laboratory) είναι μια πλατφόρμα προγραμματισμού που αναπτύχθηκε από την MathWorks, η οποία χρησιμοποιεί την ιδιόκτητη γλώσσα προγραμματισμού MATLAB. Η γλώσσα προγραμματισμού MATLAB είναι μια γλώσσα βασισμένη σε μήτρα που επιτρέπει χειρισμούς μήτρας, σχεδίαση συναρτήσεων και δεδομένων, εφαρμογή αλγορίθμων, δημιουργία διεπαφών χρήστη και διασύνδεση με προγράμματα γραμμένα σε άλλες γλώσσες, συμπεριλαμβανομένων των C, C ++, C #, Java, Fortran και Πύθων. Χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα τομέων εφαρμογών από ενσωματωμένα συστήματα έως AI, κυρίως για την ανάλυση δεδομένων, την ανάπτυξη αλγορίθμων και τη δημιουργία μοντέλων και εφαρμογών.

Κύριο παράθυρο MATLAB

Όταν ξεκινάτε το λογισμικό MATLAB, εμφανίζεται η επιφάνεια εργασίας MATLAB που περιέχει εργαλεία, μεταβλητές και εφαρμογές που σχετίζονται με το MATLAB. Η επιφάνεια εργασίας θα μοιάζει κάπως με την παρακάτω εικόνα. Μπορείτε ακόμη και να προσαρμόσετε τη διάταξη εργαλείων και εγγράφων σύμφωνα με τις ανάγκες σας. Τα τρία κύρια μέρη που εμφανίζονται στην οθόνη είναι το παράθυρο εντολών, ο χώρος εργασίας και το ιστορικό.

Εργαλεία επιτραπέζιου υπολογιστή MATLAB

Τα εργαλεία της επιφάνειας εργασίας του MATLAB είναι το παράθυρο εντολών, το ιστορικό εντολών, ο χώρος εργασίας, ο επεξεργαστής, η βοήθεια, ο επεξεργαστής συστοιχιών και το πρόγραμμα περιήγησης τρέχοντος καταλόγου. Εδώ θα εξηγήσουμε όλα τα εργαλεία ένα προς ένα.

1. Παράθυρο εντολών

Το παράθυρο εντολών χρησιμοποιείται για την εισαγωγή μεταβλητών και για την εκτέλεση μιας δέσμης ενεργειών και αρχείων M. Πάνω (↑) Το πλήκτρο βέλους χρησιμοποιείται για την ανάκληση μιας δήλωσης που έχει προηγουμένως εισαχθεί. Μετά την ανάκληση μπορείτε να επεξεργαστείτε αυτήν τη λειτουργία και να πατήσετε enter για να την εκτελέσετε.

Κάποια βασική λειτουργία που μπορεί να εκτελεστεί στο παράθυρο εντολών:

Για τη δημιουργία ενός διανύσματος γραμμής με οποιονδήποτε αριθμό 1, 2, 3, 4, 5 και την εκχώρηση του στη μεταβλητή «x», »X = x = 1 2 3 4 5

Για να δημιουργήσετε το διάνυσμα στήλης με τον αριθμό 6, 7, 8, 9 και να το αντιστοιχίσετε στη μεταβλητή «y», »Y = y = 6 7 8 9

Επίσης μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα διάνυσμα στήλης με τη βοήθεια ενός διανύσματος σειράς (ιδιότητα του πίνακα), »Y = y = 6 7 8 9 » y » ans = 6 7 8 9

Αν θέλουμε να φτιάξουμε ένα διάνυσμα γραμμής από 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 τότε μπορούμε απλά να γράψουμε ως

»Α = α = 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Εάν θέλουμε να φτιάξουμε ένα διάνυσμα γραμμής με αύξηση κατά 2 τότε απλά γράψτε

»U = u = 0 2 4 6 8

Και για μείωση κατά 2

»U = u = 12 10 8 6 4 2

Τώρα, για την εκτέλεση απλής μαθηματικής λειτουργίας όπως προσθήκη και αφαίρεση, ας πάρουμε δύο αριθμούς 12 και 14.

Επιπλέον, »U = 12 + 14 ans = 26

Για αφαίρεση

»U = 12-14 ans = -2

2. Ιστορικό εντολών

Ιστορικό εντολών σημαίνει το ιστορικό του παραθύρου εντολών.

Αυτό σημαίνει ότι η λειτουργία ή οι γραμμές που εισαγάγατε στο παράθυρο εντολών είναι επίσης ορατές στο παράθυρο Ιστορικό εντολών. Ακόμη και μπορούμε να επιλέξουμε οποιαδήποτε προηγούμενη συνάρτηση ή γραμμή και να την εκτελέσουμε. Επίσης, μπορείτε να δημιουργήσετε ένα αρχείο M για επιλεγμένη δήλωση. Το M-File δεν είναι παρά ένα αρχείο κειμένου που περιέχει κώδικα MATLAB

3. Χώρος εργασίας

Ο χώρος εργασίας MATLAB αποτελείται από σύνολο μεταβλητών που έγιναν κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης μαθηματικών λειτουργιών, της εκτέλεσης αποθηκευμένων αρχείων M και της φόρτωσης αποθηκευμένων χώρων εργασίας. Για τη διαγραφή μεταβλητών από το χώρο εργασίας, επιλέξτε οποιαδήποτε συγκεκριμένη μεταβλητή κάντε κλικ στο EDIT και στη συνέχεια ΔΙΑΓΡΑΦΗ. Καθώς βγείτε από το MATLAB, καθαρίζει αυτόματα το χώρο εργασίας. Για να το αποθηκεύσετε για μελλοντική περίοδο λειτουργίας MATLAB, κάντε κλικ στο Workspace Action Icon και στη συνέχεια SAVE, αυτό θα αποθηκεύσει τον χώρο εργασίας σας σε ένα αρχείο MAT, με επέκταση του ".mat". Για να το διαβάσετε στην επόμενη συνεδρία πρέπει να εισαγάγετε αυτό το αρχείο, κάνοντας κλικ στο FILE και στη συνέχεια στο IMPORT DATA.

4. Παράθυρο επεξεργαστή

Το Editor είναι ένας επεξεργαστής κειμένου ειδικά σχεδιασμένος για τη δημιουργία και τον εντοπισμό σφαλμάτων M-αρχείων. Ένα αρχείο M αποτελείται από μία ή περισσότερες εντολές για εκτέλεση. Αφού αποθηκεύσετε το αρχείο M, μπορείτε ακόμη και να το καλέσετε απευθείας πληκτρολογώντας το όνομα του αρχείου στο ιστορικό εντολών.

5. ΒΟΗΘΕΙΑ

Για να ανοίξετε το πρόγραμμα περιήγησης Βοήθειας, κάντε κλικ στο κουμπί ΒΟΗΘΕΙΑ στα εργαλεία επιτραπέζιου υπολογιστή MATLAB ή εναλλακτικά για το πρόγραμμα περιήγησης HELP είναι να μεταβείτε στο παράθυρο εντολών και να πληκτρολογήσετε πρόγραμμα περιήγησης βοήθειας. Χρησιμοποιήστε το πρόγραμμα περιήγησης HELP για την εύρεση των πληροφοριών, την ευρετηρίαση, την αναζήτηση και τις επιδείξεις. Κατά την ανάγνωση της τεκμηρίωσης, μπορείτε να προσθέσετε σελιδοδείκτη σε οποιαδήποτε σελίδα, να εκτυπώσετε μια σελίδα, να αναζητήσετε οποιονδήποτε όρο στη σελίδα και να αντιγράψετε ή να αξιολογήσετε μια επιλογή.

6. Επεξεργαστής συστοιχιών

Στο Workspace Browser κάντε διπλό κλικ σε μια μεταβλητή για να τη δείτε στο Array Editor. Ο επεξεργαστής συστοιχιών χρησιμοποιείται για την προβολή και επεξεργασία μιας οπτικής αναπαράστασης μεταβλητών στο χώρο εργασίας.

7. Τρέχον πρόγραμμα περιήγησης καταλόγου

Οι λειτουργίες αρχείων MATLAB χρησιμοποιούν τη διαδρομή αναζήτησης και τον τρέχοντα κατάλογο ως σημείο αναφοράς. Ένας γρήγορος τρόπος για να περιηγηθείτε στο αρχείο MATLAB είναι να χρησιμοποιήσετε το Πρόγραμμα περιήγησης τρέχοντος καταλόγου. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το τρέχον πρόγραμμα περιήγησης καταλόγου για αναζήτηση, προβολή και επεξεργασία του αρχείου M ή του αρχείου MATLAB.

Τώρα αν αποθηκεύσουμε περισσότερα από δύο αρχεία, στα οποία το ένα είναι για γραφική παράσταση του γραφήματος και το άλλο είναι για χειρισμό matrix στο αρχείο MATLAB, έτσι ώστε να έχουμε πρόσβαση σε αυτά τα αποθηκευμένα αρχεία χρησιμοποιώντας το παράθυρο εντολών.

Μεταβλητή σε MATLAB

Δεν υπάρχει ανάγκη για οποιαδήποτε δήλωση ή δηλώσεις διαστάσεων στο MATLAB. Όταν κατασκευάζουμε ένα νέο όνομα μεταβλητής στο MATLAB, δημιουργεί αυτόματα τη μεταβλητή και παρέχει την κατάλληλη ποσότητα αποθήκευσης και αποθήκευση στο χώρο εργασίας. Εάν η μεταβλητή με το ίδιο όνομα υπάρχει ήδη, το MATLAB αλλάζει τα περιεχόμενά της και εκχωρεί νέο χώρο αποθήκευσης, εάν απαιτείται. Το μεταβλητό όνομα αποτελείται από γράμμα και ακολουθείται από γράμματα, ψηφία ή υπογράμμιση. Επίσης, το MATLAB είναι ευαίσθητο σε πεζά και διακρίνει μεταξύ πεζών και κεφαλαίων.

Για παράδειγμα:

»X = 0 x = 0 » y = 1 y = 1

Μπορούμε επίσης να δημιουργήσουμε το διάνυσμα με τη βοήθεια απλών μεταβλητών όπως αυτό

»X = x = 0 1 2 3 4 5 6

Μ-αρχεία

Τα αρχεία M είναι αρχείο κειμένου που περιέχει κώδικα MATLAB που δημιουργήθηκε από τον χρήστη. Για τη δημιουργία αρχείου M μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το MATLAB EDITOR ή άλλο πρόγραμμα επεξεργασίας κειμένου. Τα αρχεία M αποθηκεύονται με επέκταση ".m". Για παράδειγμα:

»Α =

Αποθηκεύστε το αρχείο με το όνομα test.m , και στη συνέχεια ο έλεγχος δήλωσης στο παράθυρο εντολών διαβάζει το αρχείο και δημιουργεί μια μεταβλητή Α, η οποία περιέχει τη μήτρα μας ή τα δεδομένα που έχουν αποθηκευτεί σε αυτό το αρχείο Μ.

Σχεδίαση γραφημάτων

Το MATLAB διαθέτει εγκαταστάσεις για την εμφάνιση του διανύσματος και της μήτρας με τη μορφή γραφήματος, ανάλογα με τον τύπο των δεδομένων εισαγωγής.

Για παράδειγμα: Σχεδιάστε ένα γράφημα μεταξύ των «x» και «y».

Αφήστε το εύρος του «x» να είναι 0 (μηδέν) έως π (pi) και το «y» είναι η ημιτονοειδής συνάρτηση του «x» με εύρος από 0 έως π (pi)

»X = 0: pi / 5: pi; »Y = sin (x);

Η παρακάτω εντολή χρησιμοποιείται για τη γραφική παράσταση γραφήματος μεταξύ x και y

»Οικόπεδο (x, y);

Για την επισήμανση του άξονα x και y

»Xlabel (« εύρος y »); »Ylabel (« sin of x »);

Και ο τίτλος του γραφήματος δίνεται ως

»Τίτλος (« plot of sin (x) »);

Αποτέλεσμα

Ένα άλλο παράδειγμα της χάραξης καμπύλης

Αφήστε δύο μεταβλητές να είναι x, y για το σχεδιασμό της απλής γραμμής y = x

»X = 0: 2: 20; »Y = x; »Οικόπεδο (x, y); »Xlabel (« X »); »Ετικέτα (« Y »); »Τίτλος (« γραφική παράσταση της γραμμής y = x »);

Αποτέλεσμα

Μπορούμε επίσης να σχεδιάσουμε το γράφημα της τριγωνομετρικής συνάρτησης, της αλγεβρικής συνάρτησης και του γραφήματος των πινάκων.

Δηλώσεις συνθηκών στο MATLAB

Όπως χρησιμοποιούμε τη δήλωση συνθηκών σε διάφορα λογισμικά κατά τον προγραμματισμό των μικροελεγκτών μας, μπορούμε επίσης να τα χρησιμοποιήσουμε στον προγραμματισμό MATLAB. Οι διάφορες δηλώσεις συνθηκών που χρησιμοποιούνται στο MATLAB είναι:

• για βρόχο
• ενώ βρόχος
• εάν δήλωση
• συνέχεια δήλωσης
• δήλωση διακοπής
• εναλλαγή δήλωσης

Αν

Για την αξιολόγηση μιας λογικής έκφρασης και εκτελεί μια ομάδα δηλώσεων μόνο όταν η συνθήκη είναι αληθής, χρησιμοποιείται η δήλωση «if». Τα 'elseif' και 'else' χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση εναλλακτικών ομάδων δηλώσεων.

»Αν a> b fprintf ('μεγαλύτερο); elseif a == b fprintf ('ίσο'); αλλιώς αν <b fprintf ('λιγότερο'); Άλλο fprintf («σφάλμα»); τέλος

Διακόπτης

Στη δήλωση διακόπτη, η ομάδα της δήλωσης εκτελείται με βάση την τιμή της μεταβλητής ή της έκφρασης.

Παράδειγμα:

»X = είσοδος ('Πληκτρολογήστε το όχι:'); διακόπτης x περίπτωση 1 disp («ο αριθμός είναι αρνητικός») περίπτωση 2 disp («μηδέν») περίπτωση 3 disp («ο αριθμός είναι θετικός») αλλιώς disp («άλλη τιμή») τέλος

Διακοπή

Η δήλωση διακοπής χρησιμοποιείται για έξοδο από λίγο βρόχο ή για βρόχο νωρίς. Ενώ σπάει από τον εσωτερικό βρόχο μόνο σε ένθετους βρόχους.

Παράδειγμα:

»X = 2; ενώ (x <12) fprintf ('τιμή x:% d \ n', x); x = x + 1; εάν ('x> 7') σπάσει; τέλος τέλος

Μετά την εκτέλεση του κώδικα το αποτέλεσμα θα είναι:

τιμή x: 2 τιμή x: 3 τιμή x: 4 τιμή x: 5 τιμή x: 6 τιμή x: 7

Να συνεχίσει

Αυτή η δήλωση χρησιμοποιείται μέσα στους βρόχους. Ο έλεγχος μεταβαίνει στην αρχή του βρόχου για την επόμενη επανάληψη, παραλείποντας την εκτέλεση της δήλωσης μέσα στο σώμα της τρέχουσας επανάληψης του προγράμματος.

Παράδειγμα:

»X = 2; ενώ (x <12) εάν x == 7 x = x + 1; να συνεχίσει; τέλος fprintf («τιμή x:% d \ n», x); x = x + 1; τέλος

Ως εκ τούτου, το αποτέλεσμα θα είναι:

τιμή x: 2 τιμή x: 3 τιμή x: 4 τιμή x: 5 τιμή x: 6 τιμή x: 8 τιμή x: 9 τιμή x: 10 τιμή x: 11

Για

Ο βρόχος FOR επαναλαμβάνει μια ομάδα δήλωσης στο σταθερό αριθ. των καιρών. Η σύνταξη του βρόχου FOR έχει ως εξής: -

Για ………………. τέλος

Παράδειγμα:

»Για x = disp (x) τέλος 2 1 3 4 5

Ενώ

Όταν μια συγκεκριμένη συνθήκη είναι αληθής η ενώ βρόχος επανειλημμένα εκτελέσει τη δήλωση

Η σύνταξη του βρόχου λίγο έχει ως εξής: -

ενώ τέλος

Παράδειγμα:

»X = 2; ενώ (x <18) fprintf ('τιμή x:% d \ n', x); x = x + 1; τέλος

Το αποτέλεσμα αυτού του βρόχου κατά την εκτέλεση του κώδικα

τιμή x: 2 τιμή x: 3 τιμή x: 4 τιμή x: 5 τιμή x: 6 τιμή x: 7 τιμή x: 8 τιμή x: 9 τιμή x: 10 τιμή x: 11 τιμή x: 12 τιμή x: 13 τιμή x: 14 τιμή x: 15 τιμή x: 16 τιμή x: 17

Αυτή είναι απλώς μια εισαγωγή του MATLAB, έχει πολύ μεγάλες και πολύπλοκες εφαρμογές. Ένας αρχάριος μπορεί να ξεκινήσει το MATLAB με τα παρακάτω βασικά έργα:

• Διασύνδεση Arduino με MATLAB - LED που αναβοσβήνει
• Σύστημα οικιακού αυτοματισμού με βάση το GUI χρησιμοποιώντας Arduino και MATLAB
• Servo Motor Control χρησιμοποιώντας MATLAB