Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра авиационного приборостроения

ИНТЕРФЕЙС СИСТЕМЫ MATLAB

Методические указания

к лабораторной работе по дисциплинам

«Основы автоматического управления»

и «Цифровая обработка сигналов»

Уфа 2006

Составитель: В.И. Петунин

УДК 004.45(07)

ББК 32.973.26-018.2(я7)

Интерфейс системы MATLAB: Методические указания к лабораторной работе по дисциплинам «Основы автоматического управления» и «Цифровая обработка сигналов» / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т; Сост. В.И. Петунин. – Уфа, 2006. – 29 с.

В методических указаниях приведено описание лабораторной работы, во время которой студенты знакомятся с принципами построения и особенностями функционирования системы MatLab. Рассматривается применение этой системы для моделирования линейных и нелинейных динамических систем (пакеты Control System Toolbox и SimuLink) и цифровой обработки сигналов (пакет Signal Processing Toolbox).

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 200100 «Приборостроение» и по специальности 200103 «Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы».

Табл. 0. Ил. 7. Библиогр.: 8 назв.

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Васильев В.И.

канд. техн. наук, доц. Юлдашбаев Ш.А.

©Уфимский государственный

авиационный технический университет, 2006

Содержание

1. Цель работы 4

2. Теоретическая часть 4

2.1. Введение 4

2.2. Интерфейс MatLab 6

2.3. Исследование линейных стационарных систем (пакет Control System Toolbox) 12

2.4. Моделирование нелинейных систем (пакет SimuLink) 16

2.5. Цифровая обработка сигналов (пакет Signal Processing Toolbox) 21

3. Задание 23

4. Описание лабораторной установки 24

5. Порядок выполнения работы 24

6. Требования к отчету 24

7. Контрольные вопросы 25

Библиографический список 25

Приложение 27

Лабораторная работа

ИНТЕРФЕЙС СИСТЕМЫ MatLab

1. Цель работы

Целью данной работы является:

1. изучение назначения, состава и интерфейса системы MatLAB версий 5.Х;

2. ознакомление с демонстрационными примерами системы MatLAB;

3. изучение пакетов Control и SimuLink (моделирования линейных и нелинейных динамических систем);

4. изучение пакета Signal (цифровой обработки сигналов).

2. Теоретическая часть

2.1. Введение

Система MatLAB (сокращение от MATrix LABoratory – МАТричная ЛАБоратория) разработана фирмой The MathWorks, Inc. (США, г. Нейтик, штат Массачусетс) в конце 70-х годов 20 века и является интерактивной системой для выполнения инженерных и научных расчетов, ориентированной на работу с массивами данных [1, 2]. 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, реализует сингулярное и спектральное разложения, расчет ранга и чисел обусловленности матриц, поддерживает работу с алгебраическими полиномами, решение нелинейных уравнений и задач оптимизации, интегрирование в квадратурах, решение дифференциальных и разностных уравнений, построение различных видов графиков, трехмерных поверхностей и линий уровня. В ней реализована удобная операционная среда, позволяющая формулировать проблемы и получать решения в привычной математической форме, не прибегая к рутинному программированию.

Основным объектом системы MatLAB является прямоугольный массив, который допускает комплексные элементы и ввод матриц без явного указания их размеров. Система позволяет решать многие вычислительные задачи за значительно меньшее время, нежели то, которое необходимо для написания соответствующих программ на языках FORTRAN, BASIC и C.

Система MatLAB имеет собственный язык программирования, напоминающий BASIC. Запись программ является традиционной и поэтому привычной для большинства пользователей персональных компьютеров. К тому же система дает возможность редактировать программы при помощи любого привычного для пользователя текстового редактора.

Работа в среде MatLAB может осуществляться в двух режимах:

• В режиме калькулятора, когда вычисления производятся непосредственно после набора очередного оператора или команды MatLAB; при этом значения результатов вычисления могут присваиваться некоторым переменным, либо результаты получаются непосредственно, без присвоения (как в обычных калькуляторах);

• Путем вызова программы, составленной и записанной на диске, на языке MatLAB, которая содержит все необходимые команды, обеспечивающие ввод данных, организацию вычислений и вывод результатов на экран (программный режим).

В обоих режимах пользователю доступны практически все вычислительные возможности системы, в том числе по выводу информации в графической форме. Программный режим позволяет сохранять разработанные вычислительные алгоритмы и, таким образом, повторять вычисления при других исходных данных.

Основная отличительная черта системы – это легкость ее модификации и адаптации к конкретным задачам пользователя. Пользователь может ввести в систему любую новую команду, оператор или функцию и пользоваться затем ими так же просто, как и встроенными операторами и функциями. При этом нет необходимости в их предварительном описании. Новые программы, функции и процедуры в системе MatLAB сохраняются в виде файлов, имеющих расширение .m. Это делает набор операторов и функций практически неограниченным.

С системой MatLAB поставляется свыше сотни М-файлов, которые содержат демонстрационные примеры и определения операторов и функций. Эта библиотека, все файлы которой прокомментированы, – настоящая сокровищница прекрасных примеров программирования на языке системы. Изучение этих примеров и возможность работы в режиме непосредственных вычислений значительно облегчают знакомство с системой пользователей, заинтересованных в использовании математических расчетов.

MatLAB предназначена для довольно сложных расчетов. Это и определяет круг ее пользователей: инженеры –проектировщики и разработчики новых устройств, студенты и аспиранты, научные работники, физики и математики. Система приспособлена к любой области науки и техники, содержит средства, которые особенно удобны для электро- и радиотехнических расчетов.

Перечень прикладных пакетов программ, входящих в состав системы MatLAB версии 5.2.1 приведен в приложении А.