Erste Schritte mit matlab: eine kurze Einführung

MATLAB (Matrix Laboratory) ist eine von MathWorks entwickelte Programmierplattform, die die proprietäre Programmiersprache MATLAB verwendet. Die Programmiersprache MATLAB ist eine matrixbasierte Sprache, die Matrixmanipulationen, das Zeichnen von Funktionen und Daten, die Implementierung von Algorithmen, die Erstellung von Benutzeroberflächen und die Schnittstelle zu Programmen ermöglicht, die in anderen Sprachen geschrieben sind, einschließlich C, C ++, C #, Java, Fortran und Python. Es wird in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen von eingebetteten Systemen bis hin zu KI verwendet, hauptsächlich um Daten zu analysieren, Algorithmen zu entwickeln und Modelle und Anwendungen zu erstellen.

MATLAB Hauptfenster

Wenn Sie die MATLAB-Software starten, wird der MATLAB-Desktop mit Tools, Variablen und Anwendungen angezeigt, die sich auf MATLAB beziehen. Der Desktop sieht irgendwie wie im Bild unten aus. Sie können sogar die Anordnung der Werkzeuge und Dokumente nach Ihren Wünschen anpassen. Die drei Hauptteile, die auf dem Bildschirm angezeigt werden, sind Befehlsfenster, Arbeitsbereich und Verlauf.

Desktop-Tools von MATLAB

Die Desktop-Tools von MATLAB sind Befehlsfenster, Befehlsverlauf, Arbeitsbereich, Editor, Hilfe, Array-Editor und Browser für aktuelle Verzeichnisse. Hier werden wir alle Werkzeuge einzeln erklären.

1. Befehlsfenster

Das Befehlsfenster dient zur Eingabe von Variablen und zum Ausführen einer Funktion und von M-File-Skripten. Nach oben (↑) Mit der Pfeiltaste wird eine zuvor eingegebene Anweisung abgerufen. Nach dem Abrufen können Sie diese Funktion bearbeiten und die Eingabetaste drücken, um sie auszuführen.

Einige grundlegende Operationen, die im Befehlsfenster ausgeführt werden können:

Um einen Zeilenvektor mit einer beliebigen Nummer 1, 2, 3, 4, 5 zu erstellen und ihn der Variablen 'x' zuzuweisen, »X = x = 1 2 3 4 5

Um den Spaltenvektor mit den Nummern 6, 7, 8, 9 zu erstellen und ihn der Variablen 'y' zuzuweisen, »Y = y = 6 7 8 9

Wir können auch einen Spaltenvektor mit Hilfe eines Zeilenvektors (Eigenschaft der Matrix) erstellen.

»Y = y = 6 7 8 9 » y ' ans = 6 7 8 9

Wenn wir einen Zeilenvektor aus 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 erstellen möchten, können wir einfach schreiben als

»A = a = 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Wenn wir einen Zeilenvektor mit einem Inkrement von 2 erstellen möchten, schreiben Sie einfach

»U = u = 0 2 4 6 8

Und zur Dekrementierung um 2

»U = u = 12 10 8 6 4 2

Um nun einfache mathematische Operationen wie Addition und Subtraktion durchzuführen, nehmen wir zwei beliebige Zahlen 12 und 14.

Darüber hinaus

»U = 12 + 14 ans = 26

Zur Subtraktion

»U = 12-14 ans = -2

2. Befehlsverlauf

Befehlsverlauf bezeichnet den Verlauf des Befehlsfensters.

Dies bedeutet, dass die Funktion oder Zeilen, die Sie im Befehlsfenster eingegeben haben, auch im Befehlsverlaufsfenster sichtbar sind. Sogar wir können jede zuvor eingegebene Funktion oder Zeile auswählen und ausführen. Sie können auch eine M-Datei für die ausgewählte Anweisung erstellen. M-File ist nichts anderes als eine Textdatei, die MATLAB-Code enthält

3. Arbeitsbereich

Der MATLAB-Arbeitsbereich besteht aus einer Reihe von Variablen, die während der Ausführung mathematischer Operationen, der Ausführung gespeicherter M-Dateien und des Ladens gespeicherter Arbeitsbereiche erstellt wurden. Um Variablen aus dem Arbeitsbereich zu löschen, wählen Sie eine bestimmte Variable aus, klicken Sie auf BEARBEITEN und dann auf LÖSCHEN. Beim Verlassen von MATLAB wird der Arbeitsbereich automatisch gelöscht. Denn es ist für die spätere MATLAB - Sitzung speichern, klicken Sie auf Workspace Aktionssymbol dann SICHERN, dies wird Ihren Arbeitsbereich in eine MAT-Datei mit der Erweiterung speichern „.mat“. Um es in der nächsten Sitzung zu lesen, müssen Sie diese Datei importieren, indem Sie auf DATEI und dann auf DATEN IMPORTIEREN klicken.

4. Editorfenster

Der Editor ist ein Textverarbeitungsprogramm, das speziell zum Erstellen und Debuggen von M-Dateien entwickelt wurde. Eine M-Datei besteht aus einem oder mehreren auszuführenden Befehlen. Nach dem Speichern der M-Datei können Sie sie sogar direkt aufrufen, indem Sie den Dateinamen in den Befehlsverlauf eingeben.

5. HILFE

Um den Hilfe-Browser zu öffnen, klicken Sie in den MATLAB-Desktop-Tools auf die Schaltfläche HILFE. Alternativ können Sie zum Befehlsfenster wechseln und den Hilfe-Browser eingeben. Verwenden Sie den HELP-Browser, um Informationen zu finden, zu indizieren, zu suchen und Demos zu erstellen. Während Sie die Dokumentation lesen, können Sie jede Seite mit einem Lesezeichen versehen, eine Seite drucken, nach einem beliebigen Begriff auf der Seite suchen und eine Auswahl kopieren oder auswerten.

6. Array-Editor

Doppelklicken Sie im Arbeitsbereich-Browser auf eine Variable, um sie im Array-Editor anzuzeigen. Der Array-Editor dient zum Anzeigen und Bearbeiten einer visuellen Darstellung von Variablen im Arbeitsbereich.

7. Aktueller Verzeichnisbrowser

MATLAB-Dateivorgänge verwenden den Suchpfad und das aktuelle Verzeichnis als Referenzpunkt. Eine schnelle Möglichkeit zum Durchsuchen Ihrer MATLAB-Datei ist die Verwendung des aktuellen Verzeichnisbrowsers. Wir können den aktuellen Verzeichnisbrowser zum Suchen, Anzeigen und Bearbeiten der M-Datei oder der MATLAB-Datei verwenden.

Wenn wir nun mehr als zwei Dateien speichern, von denen eine zum Zeichnen eines Diagramms und die andere zur Matrixmanipulation in der MATLAB-Datei dient, können wir über das Befehlsfenster auf diese gespeicherten Dateien zugreifen.

Variable in MATLAB

In MATLAB sind keine Deklarations- oder Dimensionsanweisungen erforderlich. Wenn wir in MATLAB einen neuen Variablennamen erstellen, wird die Variable automatisch erstellt und der entsprechende Speicherplatz bereitgestellt und im Arbeitsbereich gespeichert. Wenn die gleichnamige Variable bereits vorhanden ist, ändert MATLAB ihren Inhalt und weist bei Bedarf neuen Speicher zu. Der Variablenname besteht aus Buchstaben, gefolgt von Buchstaben, Ziffern oder Unterstrichen. MATLAB unterscheidet auch zwischen Groß- und Kleinschreibung.

Zum Beispiel:

»X = 0 x = 0 » y = 1 y = 1

Wir können den Vektor auch mit Hilfe einer einfachen Variablen wie dieser erstellen

»X = x = 0 1 2 3 4 5 6

M-Dateien

M-Dateien sind Textdateien, die vom Benutzer erstellten MATLAB-Code enthalten. Zum Erstellen einer M-Datei können Sie MATLAB EDITOR oder einen anderen Texteditor verwenden. M-Dateien werden mit der Erweiterung ".m" gespeichert. Zum Beispiel:

»A =

Speichern Sie die Datei unter dem Namen test.m , dann die Anweisung Test im Befehlsfenster liest die Datei und erstellt eine Variable A, die unsere Matrix oder die Daten enthält, gespeichert in der M-Datei.

Diagramm zeichnen

MATLAB bietet die Möglichkeit, den Vektor und die Matrix je nach Art der Eingabedaten in Form eines Diagramms anzuzeigen.

Beispiel: Zeichnen Sie ein Diagramm zwischen 'x' und 'y'.

Der Bereich von 'x' sei 0 (Null) bis π (pi) und das 'y' sei die Sinusfunktion von 'x' mit einem Bereich von 0 bis π (pi)

»X = 0: pi / 5: pi; »Y = sin (x);

Der folgende Befehl wird zum Zeichnen eines Diagramms zwischen x und y verwendet

»Plot (x, y);

Zum Beschriften der x- und y-Achse

»Xlabel ('Bereich von y'); »Ylabel ('Sünde von x');

Und der Titel des Diagramms wird als angegeben

»Titel ('Handlung der Sünde (x)');

Ergebnis

Ein weiteres Beispiel für das Zeichnen von Kurven

Zwei Variablen seien x, y, um die einfache gerade Linie y = x zu zeichnen.

»X = 0: 2: 20; »Y = x; »Plot (x, y); »Xlabel ('X'); »Ylabel ('Y'); »Titel ('Plot der geraden Linie y = x');

Ergebnis

Wir können auch den Graphen jeder beliebigen trigonometrischen Funktion, algebraischen Funktion und den Graphen der Matrizenmanipulation darstellen.

Bedingungsanweisungen in MATLAB

Da wir beim Programmieren unserer Mikrocontroller Bedingungsanweisungen in verschiedenen Softwareprogrammen verwenden, können wir sie auch in der MATLAB-Programmierung verwenden. Die verschiedenen in MATLAB verwendeten Bedingungsanweisungen sind:

• für Schleife
• while- Schleife
• if- Anweisung
• weiterhin Aussage
• break- Anweisung
• switch- Anweisung

Wenn

Zum Auswerten eines logischen Ausdrucks und zum Ausführen einer Gruppe von Anweisungen nur, wenn die Bedingung erfüllt ist, wird die Anweisung 'if' verwendet. 'elseif' und 'else' werden zur Ausführung alternativer Gruppen von Anweisungen verwendet.

»Wenn a> b fprintf ('größer); elseif a == b fprintf ('gleich'); elseif a <b fprintf ('less'); Sonst fprintf ('Fehler'); Ende

Schalter

In der switch-Anweisung wird die Anweisungsgruppe basierend auf dem Wert der Variablen oder des Ausdrucks ausgeführt.

Beispiel:

»X = Eingabe ('Geben Sie die Nr. Ein:'); Schalter x Fall 1 disp ('die Zahl ist negativ') Fall 2 disp ('Null') Fall 3 disp ('die Zahl ist positiv') andernfalls disp ('anderer Wert') endet

Unterbrechung

Die Break-Anweisung wird zum Beenden einer while-Schleife oder für eine frühe Schleife verwendet. Während es nur in verschachtelten Schleifen von der innersten Schleife abbricht.

Beispiel:

»X = 2; während (x <12) fprintf ('Wert von x:% d \ n', x); x = x + 1; if ('x> 7') break; Ende Ende

Nach der Ausführung des Codes lautet das Ergebnis:

Wert von x: 2 Wert von x: 3 Wert von x: 4 Wert von x: 5 Wert von x: 6 Wert von x: 7

Fortsetzen

Diese Anweisung wird in den Schleifen verwendet. Die Steuerung springt für die nächste Iteration zum Anfang der Schleife, indem sie die Ausführung der Anweisung im Hauptteil der aktuellen Iteration des Programms überspringt.

Beispiel:

»X = 2; während (x <12) wenn x == 7 x = x + 1; fortsetzen; end fprintf ('Wert von x:% d \ n', x); x = x + 1; Ende

Daher wird das Ergebnis sein:

Wert von x: 2 Wert von x: 3 Wert von x: 4 Wert von x: 5 Wert von x: 6 Wert von x: 8 Wert von x: 9 Wert von x: 10 Wert von x: 11

Zum

Die FOR-Schleife wiederholt eine Gruppe von Anweisungen in fester Nr. von Zeiten. Die Syntax der FOR-Schleife lautet wie folgt: -

zum ………………. Ende

Beispiel:

»Für x = disp (x) end 2 1 3 4 5

Während

Wenn eine angegebene Bedingung erfüllt ist, führt die while- Schleife die Anweisung wiederholt aus

Die Syntax einer while-Schleife lautet wie folgt: -

während Ende

Beispiel:

»X = 2; während (x <18) fprintf ('Wert von x:% d \ n', x); x = x + 1; Ende

Das Ergebnis dieser Schleife, wenn Code ausgeführt wird

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

Dies ist nur eine Einführung von MATLAB, es hat sehr umfangreiche und komplexe Anwendungen. Ein Anfänger kann MATLAB mit folgenden grundlegenden Projekten starten:

• Arduino mit MATLAB verbinden - blinkende LED
• GUI-basiertes Hausautomationssystem mit Arduino und MATLAB
• Servomotorsteuerung mit MATLAB