Лабораторная работа №1. Основы программирования в системе MatLab Требования к содержанию, оформлению и порядку выполнения
Перед выполнением лабораторной работы необходимо изучить теоретическую часть. Далее, выбрать свой вариант задания из таблицы вариантов.. Консультационный центр MATLAB доступен по ссылке: http://matlab.bsu.edu.ru/MATLAB/default.html .
Теоретическая часть
MATLAB (MATrix LABoratory) – интегрированная среда, объединяющая в себе средства для численных расчетов, моделирования, графические возможности и встроенный язык программирования высокого уровня MATLAB.
Состав интегрированной среды MATLAB. Базовыми компонентами среды MATLAB являются:
1) интегрированная среда MATLAB, которая включает пять составляющих: - среда разработки (рабочий стол, окно команд, окно истории, рабочее пространство, редактор, отладчик, система помощи); - библиотека базовых математических функций (от элементарных, типа сложения/вычитания, до более сложных, например, вычисление обратной матрицы или реализация быстрого преобразования Фурье); - язык MATLAB (высокоуровневый язык программирования, ориентированный на обработку векторов/матриц и содержащий большинство стандартных конструкций современных языков программирования, в том числе объектно-ориентированных); - подсистема графики (содержит высокоуровневые функции для отображения двух- и трехмерных данных, графиков, изображений, видео, анимации, деловой графики и низкоуровневые функции, позволяющие разработать собственный графический интерфейс приложения); - программный интерфейс MATLAB API (библиотека, позволяющая писать программы на языках С/С++, которые могут затем взаимодействовать с MATLAB. Библиотека содержит средства для вызова динамических подпрограмм (ddl) из MATLAB, вызова функций MATLAB для выполнения вычислений, чтения/записи данных в рабочем пространстве и файлах данных MATLAB.
Важная роль в MATLAB отводится коллекциям специализированных функций (Toolboxes), которые позволяют решать частные классы задач.
2) пакет моделирования Simulink – интерактивная среда для моделирования, имитации и анализа динамических систем в самых разных прикладных областях. Она позволяет проектировать модели на основе блоков, моделировать поведение системы, оценивать ее производительность и уточнять модель по результатам оценок. Основное предназначение Simulink – описание динамических систем, поведение которых можно представить как функцию от времени. Simulink глубоко интегрирован с MATLAB, что обеспечивает разработчику непосредственный доступ ко всем средствам обработки и анализа данных MATLAB. Особое значение при создании моделей имеет библиотека проблемно-ориентированных наборов блоков (Blocksets), реализующих специфичные для той или иной области алгоритмы обработки.
3) пакет Stateflow – интерактивный инструмент проектирования для создания и моделирования систем на основе событийного подхода. Используя предоставляемые средства разработчик может описывать поведение исследуемой системы как цепочку правил "если-то". Основой построения и исследования моделей в среде Stateflow является теория конечных автоматов. Совместное использование Simulink и Stateflow позволяет описать логику функционирования и создать виртуальный прототип практически любой системы.
После запуска системы MatLAB на экране появиться окно, показанное на рисунке 1.1. Представленное окно содержит три области: Command Window, предназначенное для ввода команд и вывода результатов; Command History, содержащую историю всех выполненные в Command Window команд и Workspace, где отображаются все созданные в рабочей области переменные.
Рисунок - 1.1. Командное окно системы MatLAB
Знак «>>» показывает готовность системы к выполнению введенных команд. Набрав простейшие математические выражения в естественной форме записи, сразу же вычисляется результат. Это выражение может быть записано в двух видах: <Выражение> или <Имя переменной> = <Выражение>. Во втором случае результат не только вычисляется, но и присваивается указанной переменой. MatLAB не требует от пользователя специальных команд для объявления переменных, они создаются автоматически при первом указании пользователем их имени. В первом случае на самом деле результат выражения присваивается специальной служебной переменной имеющей имя ans, так же можно использовать эту переменную в расчетах. Если нет необходимости, что бы MatLAB выводил результаты промежуточных выражений на экран, то необходимо поставить в конце выражения символ «;».