Учебно-Технологический_Практикум_УТС.Б_3

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана»

Калужский Филиал

____________________________________________________________

Адкин М.Ю.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ И РАСЧЕТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

СКРИПТЫ И ГРАФИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СИСТЕМЫ

MATLAB 5.*,6.*, 7.*

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 3

по курсу

“Учебно-технологический практикум” для направления подготовки бакалавров

220400.62 «Управление в технических системах» (ЭИУ3-КФ)

УДК 681.3.06

Данные методические указания издаются в соответствии с учебным планом направления подготовки 220400.62.

Указания рассмотрены и одобрены: кафедрой “САУ“ ЭИУ3-КФ

Данные методические указания написаны на основе официальной документации пакета MATLAB и предназначены для выполнения лабораторной работы по курсу «Учебно-технологический практикум» студентами специальности 220400.62 1-го семестра обучения. Цель работы - знакомство студентов с графической подсистемой и скриптами

2

Лабораторная работа № 3.

Тема работы: скрипты и графические средства системы MATLAB

Приборы и оборудование:

Компьютер совместимый с IBM PC, 1 Гб. ОЗУ

Операционная система WINDOWS XP, 7, 8

Математический пакет MATLAB Version 7.*

Цель работы: начала программирования и знакомство студентов с возможностями графической подсистемы в MATLAB.

Содержание работы:

1.Изучить теоретические положения лабораторной работы.

2.Выполнить задания и сделать выводы.

3.Оформить отчет.

Форма отчетности студентов:

Индивидуальный отчет в электронной форме с типовым титульным листом. Допустимый формат - DOC.

Содержание отчета:

1.Порядковый номер и текст задания или задачи.

2.Программа MATLAB решения задачи.

3.Результат выполнения задания, решения задачи.

4.Ответ или вывод в развернутой форме.

Длительность работы :12 академических часов.

Защита работы: Собеседование с преподавателем по контрольным вопросам, выполнение индивидуальных заданий.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1ГРАФИЧЕСКАЯ ПОДСИСТЕМА MATLAB

1.1.1ОБЩИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ГРАФИКИ MATLAB

Перечислим некоторые достоинства графики MATLAB:

- простота построения графиков функциями MATLAB;

3

-возможность оформления графиков специальными функциями или с использованием меню и инструментальных панелей графического окна;

-управление графическими функциями с помощью опций;

-легкость исследования построенных графиков - "вращения" в графическом окне, изменение масштаба изображения, выделения контрольных точек специальным маркером;

- возможность создания анимационной 2D и 3D графики;

- возможность создания объектов типового графического интерфейса пользователя - GUI, таких как управляющие кнопки, текстовые панели.

1.1.2 ПОСТРОЕНИЕ 2D ГРАФИКОВ В ДЕКАРТОВОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ. ФУНКЦИЯ PLOT

Функция plot служит для построения графиков в декартовой системе координат отрезками прямых, которые соединяют соседние точки с координатами X,Y – где X,Y могут быть векторами или матрицами одного размера.

ФОРМАТЫ ВЫЗОВА:

1.plot(X,Y) — строит график функции у(х), координаты точек (х, у) которой берутся из векторов одинакового размера Y и X. Если Х и Y — матрицы, то строятся графики по парам векторов

столбцов матриц. ПРИМЕР:

%Построение графиков тригонометрических функций x=1:6;%Определение аргумента функций

plot(x,sin(x), x, cos(x))%Построение графиков

Здесь -% символ начала однострочного комментария MATLAB. Результат выполнения команды показан на Рис. 1.1.1. Видно, что график строится отрезками прямых.

4

ПРИМЕР :

Требуется построить в одном графическом окне графики функций cos(x), cos^2(x), cos^3(x) со спецификацией линий каждого графика. Решение:

x=0:pi/20:2*pi; plot(x,cos(x),'r:',x,cos(x).^2,'m*',x,cos(x).^3,'kh');

Графики функций для этого примера показаны на рис. 1.1.2

Рис. 1.1.2. Построение графиков нескольких функций с разными атрибутами

1.1.3 ОФОРМЛЕНИЕ ГРАФИКОВ

Система MATLAB позволяет выполнять полное оформление графиков. Для решения этих задач можно использовать:

1.функции title, xlabel,ylabel,legend

2.меню и инструменты графического окна MATLAB.

Рассмотрим эти возможности.

Использование функций

Аргументами функций служат символьные строки S- последовательности символов, заключенные в одиночные кавычки, которые представляют собой пояснительные надписи:

title – заголовка графика, xlabel, ylabel – осей X и Y. legend – легенда графика – пояснение, графики каких функций (процессов) представлены в графическом окне.

6

cos^2(x),cos^3(x)’

2.Надписать оси: 'Ось Х',’Ось Y’

3.Вывести легенду – соответствие типа линии и графика.

Решение: x=0:pi/20:2*pi;

plot(x,cos(x),'r:',x,cos(x).^2,'m*',x,cos(x).^3,'kh'); title('Графики функций cos(x),cos^2(x),cos^3(x)') xlabel('Ось Х')

xlabel('Ось Y') legend('y=cos(x)','y=cos^2(x)','y=cos^3(x)')

Рис. 1.1.3 Пример использования функций для оформления графика

Результат представлен на рис.1.1.3 , причем элемент «Легенда» перенесен мышью на новое место.

7

Меню и инструменты графического окна MATLAB

Элементами графического окна MATLAB, которые могут использоваться для оформления графиков, являются:

1.меню редактирования графического окна MATLAB, свойства фигуры, осей и объекта – Рис. 1.1.4.,

2.меню вставки графического окна MATLAB – Рис. 1 1 .5.,

3.элементы инструментальной панели графического окна, которые показаны на - Рис. 1.1.6.

Рис. 1.1.4. Выбор свойств элементов графика для его оформления

8

подписать заголовок графика, определить текст легенды, тип и цвет линии. Для решения конкретной задачи требуется указать стрелкой в режиме Edit Plot на конкретный объект графика. Активированный объект выделяется, после этого предоставляется возможность изменения его свойств. Оформление графика с использованием инструментов графического окна проще, чем использование функций, особенно на начальном этапе работы с MATLAB, но требует больше времени.

ПРИМЕР.

Для тригонометрических функций y1=sin(x), y2=cos(x), определенных на отрезке [0, 2*pi]

1.Напечатать заголовок ‘Графики функций sin(x), cos()’

2.Надписать оси: 'Ось Х',’Ось Y’

3.Вывести на график функции sin(x) маркер - звездочку, на график функции cos(x) , маркер - квадрат.

4.Вывести легенду – соответствие типа линии и графика. Решение:

x=0:pi/20:2*pi; y1=sin(x); y2=cos(x); plot(x,y1,x,y2);

Результат – пока еще не оформленные графики. Активируем режим редактирования графика – кнопка Edit Plot или кнопка Show Plot Tool and Dock Figure на инструментальной панели графического окна:

Второй способ активации режима редактирования автоматически запускает редактор свойств элементов графического окна MATLAB - Property Editor. Получить доступ к редактору свойств можно и с помощью контекстного меню в режиме редактирования, или выбрав пункт Property Editor меню View графического окна.

Процесс оформления графика представляет собой последовательность активаций его элементов и определения их свойств показан на Рис. 1.1.7.

10