Verfügbarkeit: Matlab, Simulink, Stateflow

Matlab, Simulink, Stateflow: Grundlagen, Toolboxen, Beispiele

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Bibliographische Detailangaben
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	München [u.a.] Oldenbourg 2007
Ausgabe:	5., aktualisierte Aufl.
Schlagworte:	MATLAB SIMULINK Stateflow Engineering mathematics > Computer programs MATLAB 6.5 MATLAB 6.0 MATLAB 7.0 MATLAB 7.7 Lehrbuch
Online-Zugang:	Beschreibung für Leser Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	Literaturverz. S. [475] - 477
Beschreibung:	XIV, 495 S. Ill., graph. Darst. CD-ROM (12 cm)
ISBN:	9783486582727

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ULRICH WOHLFARTH 5., AKTUALISIERTE AUFLAGE OLDEN BOURG VERLAG MUNCHENWIEN INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFUHRUNG 1 2 MATLAB GRUNDLAGEN 5 2.1 ERSTE SCHRITTE MIT MATLAB 5 2.1.1 DER MATLAB-DESKTOP 5 2.1.2 DIE MATLAB-HILFE 7 2.1.3 ZUWEISUNGEN 8 2.1.4 MATHEMATISCHE FUNKTIONEN UND OPERATOREN 9 2.2 VARIABLEN 9 2.2.1 DATENTYPEN IN MATLAB 9 2.2.2 VEKTOREN UND MATRIZEN 10 2.2.3 MATHEMATISCHE FUNKTIONEN UND OPERATOREN FUR VEKTOREN UND MATRIZEN. 12 2.2.4 STRUKTUREN 14 2.2.5 CELL ARRAYS 15 2.2.6 VERWALTEN VON VARIABLEN 16 2.3 ABLAUFSTEUERUNG 17 2.3.1 VERGLEICHSOPERATOREN UND LOGISCHE OPERATOREN 17 2.3.2 VERZWEIGUNGSBEFEHLE IF UND SWITCH 19 2.3.3 SCHLEIFENBEFEHLE FOR UND WHILE 19 2.3.4 ABBRUCHBEFEHLE CONTINUE, BREAK UND RETURN 20 2.4 DER MATLAB-EDITOR 21 2.5 MATLAB-FUNKTIONEN 23 2.5.1 FUNKTIONEN MIT VARIABLER PARAMETERZAHL 24 2.5.2 LOKALE, GLOBALE UND STATISCHE VARIABLEN 25 2.5.3 HILFETEXT IN FUNKTIONEN 26 2.5.4 FUNCTION HANDLES 27 2.5.5 FUNKTIONEN ALS INLINE OBJECT 27 2.5.6 P-CODE UND CLEAR FUNCTIONS 28 2.6 CODE-OPTIMIERUNG IN MATLAB 28 2.6.1 DER MATLAB-PROFILER 28 2.6.2 OPTIMIERUNG VON RECHENZEIT UND SPEIEHERBEDARF 29 2.6.3 TIPPS ZUR FCHLERSUCHC 30 2.7 UBUNGSAUFGABEN 31 2.7.1 RECHENGENAUIGKEIT 31 2.7.2 FIBONACCI-FOLGE -51 VIII INHALTSVERZEICHNIS 2.7.3 FUNKTION GERADE 32 2.7.4 BERECHNUNGSZEITEN ERMITTELN 32 3 EINGABE UND AUSGABE IN MATLAB 33 3.1 STEUERUNG DER BILDSCHIRMAUSGABE 33 3.2 BENUTZERDIALOGE 34 3.2.1 TEXT IN MATLAB (STRINGS) 34 3.2.2 EINGABEDIALOG 35 3.2.3 FORMATIERTE AUSGABE 35 3.3 IMPORT UND EXPORT VON DATEN 36 3.3.1 STANDARDFORMATE 36 3.3.2 FORMATIERTE TEXTDATEIEN 37 3.3.3 BINARDATEIEN 39 3.4 BETRIEBSSYSTEMAUFRUF UND DATEIVERWALTUNG 40 3.5 GRAFISCHE DARSTELLUNG 40 3.5.1 DIE FIGURE - GRUNDLAGE EINER MATLAB-GRAFIK 41 3.5.2 ACHSEN UND BESCHRIFTUNG 43 3.5.3 PLOT-BEFEHLE FUR ZWEIDIMENSIONALE GRAFIKEN (2D-GRAFIK) 44 3.5.4 PLOT-BEFEHLE FUR DREIDIMENSIONALE GRAFIKEN (3D-GRAFIK) 48 3.5.5 PERSPEKTIVE 49 3.5.6 IMPORTIEREN, EXPORTIEREN UND DRUCKEN VON GRAFIKEN 51 3.6 GRAFISCHE BENUTZEROBERFLACHE (GUI) 52 3.6.1 GUI-LAYOUT 52 3.6.2 GUI-FUNKTIONALITAT 56 3.6.3 GUI AUSFIIHREN UND EXPORTIEREN 57 3.6.4 AUFBAU DES APPLICATION-M-FILE 58 3.7 TIPPS RUND UM DIE MATLAB-FIGURE 60 3.8 UBUNGSAUFGABEN 63 3.8.1 HARMONISCHES MITTEL 63 3.8.2 EINSCHWINGVORGANG 63 3.8.3 GAUFI-GLOCKE 63 3.8.4 SPIRALE UND DOPPELHELIX 64 3.8.5 FUNKTION GERADEVEK 65 4 DIFFERENTIALGLEICHUNGEN IN MATLAB 67 4.1 ANFANGSWERTPROBLEME (ODES, DAES UND DDES) 67 4.1.1 GEWOHNLICHE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN (ODES) 67 4.1.2 DIFFERENTIAL-ALGEBRAISCHE GLEICHUNGEN (DAES) 80 4.1.3 DIFFERENTIALGLEICHUNGEN MIT TOTZEITEN (DDES) 83 4.1.4 IMPLIZITE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 86 4.2 RANDWERTPROBLEME FIIR GEWOHNLICHE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 88 INHALTSVERZEICHNIS IX 4.3 PARTIELLE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN (PDES) 91 4.4 UBUNGSAUFGABEN 98 4.4.1 FEDER-MASSE-SCHWINGER 98 4.4.2 ELEKTRISCHER SCHWINGKREIS 98 4.4.3 SPRINGENDER BALL 99 4.4.4 KETTENLINIE 99 5 REGELUNGSTECHNISCHE FUNKTIONEN - CONTROL SYSTEM TOOLBOX 101 5.1 MODELLIERUNG LINEARER ZCITINVARIANTER SYSTEME ALS LTI-MODELLE 101 5.1.1 UBERTRAGUNGSFUNKTION - TRANSFER FUNCTION TF 102 5.1.2 NULLSTELLEN-POLSTELLCN-DARSTELLUNG ZERO-POLE-GAIN ZPK 104 5.1.3 ZUSTANDSDARSTCLLUNG STATE-SPACE SS 107 5.1.4 FREQUENZGANG-DATEN-MODELLE FREQUENCY RESPONSE DATA FRD 108 5.1.5 ZEITDISKRETE DARSTELHMG VON LTI-MODELLEN 110 5.1.6 ZEITVERZOGERUNGEN IN LTI-MODELLEN 112 5.2 ARBEITEN MIT LTI-MODELLEN 115 5.2.1 EIGENSCHAFTEN VON LTI-MODELLEN 115 5.2.2 SCHNELLE DATENABFRAGE 118 5.2.3 RANGFOLGE DER LTI-MODELLE 119 5.2.4 VERERBUNG VON LTI-MODELL-EIGENSCHAFTEN 120 5.2.5 UMWANDLUNG IN EINEN ANDEREN LTI-MODELL-TVP 120 5.2.6 ARITHMETISCHE OPERATIONEN 121 5.2.7 AUSWAHLEN, VERANDERN UND VERKNUPFEN VON LTI-MODELLEN 123 5.2.8 SPEZIELLE LTI-MODELLE 126 5.2.9 UMWANDLUNG ZWISCHEN ZEITKONTINUICRLICHEN UND ZEITDISKRETEN SYSTCMEN . 127 5.3 ANALYSE VON LTI-MODELLEN 131 5.3.1 ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN 131 5.3.2 MODELL-DYNAMIK 133 5.3.3 SYSTEMANTWORT \M ZEITBEREICH 141 5.3.4 SYSTEMANTWORT INI FREQUCNZBERCICH 115 5.3.5 INTERAKTIVE MODELLANALYSE MIT DEM LTI-VIEWER 154 5.3.6 ORDNUNGSREDUZIERTE DARSTELLUNG 157 5.3.7 ZUSTANDSBESCHREIBUNGSFORMEN 160 5.4 REGLERENTWURF 165 5.4.1 REGLERENTWURF MITTELS WURZELORTSKURVE 165 5.4.2 REGLERENTWURF MIT DEM CONTROL AND ESTIMATION TOOLS MANAGER UND DEM SISO DESIGN TOOL 169 5.4.3 ZUSTANDSREGELUNG UND ZUSTANDSBEOBACHTUNG 171 5.4.4 REGLERENTWURF MITTELS POLPLATZIERUNG 173 5.4.5 LINEAR-QUADRATISCH OPTIMALE REGEHMG 177 5.5 PROBLEME DER NUMERISCHEN DARSTELLUNG IN 1 5.5.1 FEHLERBEGRIFF 181 5.5.2 KONDITION OINES PROBLEMS 1 SO 5.5.3 NUMERISCHE INSTABILITY 186 INHALTSVERZEICHNIS 5.5.4 BEWERTUNG DER LTI-MODELL-TYPEN NACH NUMERISCHEN GESICHTSPUNKTEN . 187 5.6 UBUNGSAUFGABEN 187 5.6.1 ERSTELLEN VON LTI-MODELLEN 187 5.6.2 VERZOGERTE UBERTRAGUNGSGLIEDER 189 5.6.3 VERZOGERTE UBERTRAGUNGSGLIEDER ZEITDISKRETISIERT 190 5.6.4 TYPUMWANDLUNG 191 5.6.5 STABILITATSANALYSE 191 5.6.6 REGELUNG DER STABILEN PT 2 -UBERTRAGUNGSFUNKTION 193 5.6.7 REGELUNG DER INSTABILEN PT 2 -UBERTRAGUNGSFUNKTION 194 5.6.8 KONDITION UND NUMERISCHE INSTABILITAT 197 6 SIGNALVERARBEITUNG SIGNAL PROCESSING TOOLBOX 199 6.1 INTERPOLATION. APPROXIMATION UND ABTASTUNG 199 6.1.1 INTERPOLATION UND APPROXIMATION 199 6.1.2 ANDERUNG DER ABTASTRATE 202 6.2 SPEKTRALANALYSE 203 6.2.1 DISKRETE FOURIERTRANSFORMATION (DFT) 204 6.2.2 AVERAGING 206 6.2.3 FENSTERUNG 206 6.2.4 LEISTUNGSSPEKTREN 208 6.3 KORRELATION 211 6.4 ANALOGE UND DIGITALE FILTER 215 6.4.1 ANALOGE FILTER 215 6.4.2 DIGITALE FIR-FILTER 217 6.4.3 DIGITALE IIR-FILTER 219 6.4.4 FILTERENTWURF MIT PROTOTYP-TIEFPASSEN 222 6.5 UBUNGSAUFGABEN 225 6.5.1 SIGNALTRANSFORMATION IM FREQUENZBEREICH 225 6.5.2 SIGNALANALYSE UND DIGITALE FILTERUNG 225 6.5.3 ANALOGER BANDPASS 226 6.5.4 DIGITALER IIR-BANDPASS 226 7 OPTIMIERUNG * OPTIMIZATION TOOLBOX 227 7.1 INLINE OBJECTS 228 7.2 ALGORITHMENSTEUERUNG 229 7.3 NULLSTELLENBESTIMMUNG 232 7.3.1 SKALARE FUNKTIONEN 232 7.3.2 VEKTORWERTIGE FUNKTIONEN / GLEICHUNGSSYSTEME 236 7.4 MINIMIERUNG NICHTLINEARER FUNKTIONEN 241 7.5 MINIMIERUNG UNTER NEBENBEDINGUNGEN 247 7.5.1 NICHTLINEARE MINIMIERUNG UNTER NEBENBEDINGUNGEN 247 INHALTSVERZEICHNIS XI 7.5.2 QUADRATISCHE PROGRAMMIERUNG 253 7.5.3 LINEARE PROGRAMMIERUNG 255 7.6 METHODE DER KLEINSTEN QUADRATE (LEAST SQUARES) 259 7.7 OPTIMIERUNG EINES SIMULINK-MODELLS 266 7.8 UBUNGSAUFGABEN 269 7.8.1 NULLSTELLENBESTIMMUNG 269 7.8.2 LOSEN VON GLEICHUNGSSYSTEMEN 269 7.8.3 MINIMIERUNG OHNE NEBENBEDINGUNGEN 269 7.8.4 MINIMIERUNG UNTER NEBENBEDINGUNGEN 270 7.8.5 AUSGLEICHSPOLYNOM 270 7.8.6 CURVE FITTING 270 7.8.7 LINEARE PROGRAMMIERUNG 270 8 SIMULINK GRUNDLAGEN 273 8.1 STARTEN VON SIMULINK 273 8.2 ERSTELLEN UND EDITIEREN EINCS SIGNALFLUSSPLANS 276 8.3 SIMULATIONS- UND PARAMETERSTEUERUNG 278 8.4 SIGNALE UND DATENOBJEKTE 280 8.4.1 ARBEITEN MIT SIGNALEN 280 8.4.2 ARBEITEN MIT DATENOBJEKTEN 281 8.4.3 DER MODEL EXPLORER 283 8.5 SIGNALERZEUGUNG UND -AUSGABE 284 8.5.1 BIBLIOTHEK: SOURCES - SIGNALERZEUGUNG 284 8.5.2 BIBLIOTHEK: SINKS UND SIGNAL LOGGING 289 8.5.3 DER SIGNAL & SCOPE MANAGER 297 8.6 MATHEMATISCHE VERKNIIPFUNGEN UND OPERATOREN 298 8.6.1 BIBLIOTHEK: MATH OPERATIONS 298 8.6.2 BIBLIOTHEK: LOGIC AND BIT OPERATIONS 301 8.7 SIMULATIONSPARAMETER 302 8.7.1 DIE CONFIGURATION PARAMETERS DIALOGBOX 302 8.7.2 FEHLERBEHANDLUNG UND SIMULINK DEBUGGER 314 8.8 VERWALTUNG UND ORGANISATION EINES SIMULINK-MODELLS 316 8.8.1 ARBEITEN MIT CALLBACK-ROUTINEN 316 8.8.2 DER MODEL BROWSER 319 8.8.3 BIBLIOTHEKEN: SIGNAL ROUTING UND SIGNAL ATTRIBUTES SIGNALFIIHRUNG UND -EIGENSCHAFTEN 520 8.8.4 DRUCKEN UND EXPORTIEREN EINES SIMULINK-MODELLS 324 8.9 SUBSYSTEME UND MODEL REFERENCING 325 8.9.1 ERSTELLEN VON SUBSYSTEMEN / BIBLIOTHEK: PORTS & SUBSYSTEMS 325 8.9.2 MASKIERUNG VON SUBSYSTEMEN 330 8.9.3 ERSTELLEN EINER EIGENEN BLOCKBIBLIOTHEK 333 XII INHALTSVERZEICHNIS 8.9.4 MODEL REFERENCING 334 8.10 UBUNGSAUFGABEN 337 8.10.1 NICHTLINEARE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 337 8.10.2 GRAVITATIONSPENDEL 338 9 LINEARE UND NICHTLINEARE SYSTEME IN SIMULINK 341 9.1 BIBLIOTHEK: CONTINUOUS - ZEITKONTINUIERLICHE SYSTEME 341 9.2 ANALYSE EINES SIMULINK-MODELLS 346 9.2.1 LINEARISIERUNG MIT DER LINMOD-BEFEHLSFAMILIE 346 9.2.2 BESTIMMUNG EINES GLEICHGEWICHTSPUNKTS 351 9.2.3 LINEARISIERUNG MIT DEM SIMULINK CONTROL DESIGN 352 9.3 BIBLIOTHEK: DISCONTINUITIES - NICHTLINEARE SYSTEME 355 9.4 BIBLIOTHEK: LOOKUP TABLES NACHSCHLAGETABELLEN 358 9.5 BIBLIOTHEK: USER-DEFINED FUNCTIONS - BENUTZER-DEFINIERBARE FUNKTIONEN . 360 9.5.1 BIBLIOTHEKEN: MODEL VERIFICATION UND MODEL-WIDE UTILITIES - PRIIFBLOCKE UND MODELL-EIGENSCHAFTEN 363 9.6 ALGCBRAISCHE SCHLEIFEN 365 9.7 S-FUNKTIONEN 366 9.8 UBUNGSAUFGABEN 373 9.8.1 MODCLLIERUNG EINER GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSS-MASCHINE (GNM) 373 9.8.2 MODELLIERUNG EINER PULSWEITENMODULATION (PWM) 374 9.8.3 AUFNAHME VON BODE-DIAGRAMMEN 375 10 ABTASTSYSTEME IN SIMULINK 377 10.1 ALLGEMEINES 377 10.2 BIBLIOTHEK: DISCRETE - ZEITDISKRETE SYSTEME 378 10.3 SIMULATIONSPARAMETER 380 10.3.1 REIN ZEITDISKRETE SYSTEME 381 10.3.2 HYBRIDE SYSTEME (GEMISCHT ZEITDISKRET UND ZEITKONTINUIERLICH) 382 10.4 DER MODEL DISCRETIZER 384 10.5 UBUNGSAUFGABEN 387 10.5.1 ZEITDISKRETER STROMREGLER FUR GNM 387 10.5.2 ZEITDISKRETER ANTI-WINDUP-DREHZAHLREGLER FUR GNM 387 11 REGELKREISE IN SIMULINK 391 11.1 DIE GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSS-MASCHINE GNM 391 11.11 INITIALISIERUNG DER MASCHINENDATEN 392 11.1.2 SIMULINK-MODELL 393 11.2 UNTERSUCHUNG DER SYSTEMEIGENSCHAFTEN 395 INHALTSVERZEICHNIS XI11 11.2.1 UNTERSUCHUNG MIT SIMULINK 395 11.2.2 UNTERSUCHUNG DES LINEARISIERTEN MODELLS MIT MATLAB UND DER CONTROL SYSTEM TOOLBOX 396 11.2.3 INTERAKTIVE UNTERSUCHUNG EINES MODELLS MIT DEM SIMULINK CONTROL DESIGN-BLOCKSET 398 11.3 KASKADENREGELUNG 401 11.3.1 STROMREGELUNG 401 11.3.2 DREHZAHLREGELUNG 403 11.4 ZUSTANDSBEOBACHTER 406 11.4.1 LUENBERGER-BEOBACHTER 407 11.4.2 STORGROFIEN-BEOBACHTER 409 11.5 ZUSTANDSREGELUNG MIT ZUSTANDSBEOBACHTER 411 11.6 INITIALISIERUNGSDATEIEN 415 11.6.1 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSS-MASCHINE 415 11.6.2 STROMREGELUNG 115 11.6.3 DREHZAHLREGELUNG 416 11.6.4 GRUNDEINSTELLUIIG ZUSTANDSBEOBACHTER 416 11.6.5 ZUSTANDSBEOBACHTUNG MIT LUENBERGER-BEOBACHTER 417 11.6.6 ZUSTANDSBEOBACHTUNG MIT STORGROFIEN-BEOBACHTER 417 11.6.7 ZUSTANDSREGELUNG MIT ZUSTANDSBEOBACHTER 418 11.6.8 ZUSTANDSREGELUNG MIT LUENBERGER-BEOBACHTER 418 11.6.9 ZUSTANDSREGELUNG MIT STORGROBEN-BEOBACHTER 419 11.7 UBUNGSAUFGABEN 420 11.7.1 ZUSTANDSDARSTELLUNG GNM 420 11.7.2 SYSTEMANALYSE 420 11.7.3 ENTWURF EINES KALMAN-FILTERS 421 11.7.4 ENTWURF EINES LQ-OPTIMIERTEN ZUSTANDSREGLERS 421 12 STATEFLOW 423 12.1 ELEMENTE VON STATEFLOW 424 12.1.1 GRAFISCHE ELEMENTE EINES CHARTS 426 12.1.2 CHART-EIGENSCHAFTEN UND TRIGGER-METHODEN 135 12.1.3 NICHTGRAFISCHE ELEMENTE EINES CHARTS 137 12.2 STRUKTURIERUNG UND HIERARCHIEBILDUNG 142 12.2.1 SUPERSTATES 442 12.2.2 SUBCHARTS 447 12.2.3 GRAFISCHE FUNKTIONEN 44S 12.2.4 TRUTH TABLES 450 12.2.5 EMBEDDED MATLAB FUNCTIONS 454 12.3 ACTION LANGUAGE 4OO 12.3.1 NUMERISCHE OPERATOREN 150 12.3.2 LOGISCHE OPERATOREN 456 12.3.3 UNARE OPERATOREN UND ZUWEISUNGSAKTIONEN 157 XIV INHALTSVERZEICHNIS 12.3.4 DETEKTION VON WERTANDERUNGEN 458 12.3.5 DATENTYP-UMWANDLUNGEN 458 12.3.6 AUFRUF VON MATLAB-FUNKTIONEN UND ZUGRIFF AUF DEN WORKSPACE 459 12.3.7 VARIABLEN UND EVENTS IN ACTION LANGUAGE 461 12.3.8 TEMPORALLOGIK-OPERATOREN 463 12.4 ANWENDUNGSBEISPIEL: GETRANKEAUTOMAT 463 12.5 ANWENDUNGSBEISPIEL: STEUERUNG EINES HEIZGEBLASES 466 12.6 UBUNGSAUFGABEN 468 12.6.1 MIKROWELLENHERD 468 12.6.2 ZWEIPUNKT-REGELUNG 469 SYMBOLVERZEICHNIS 471 LITERATURVERZEICHNIS 475 INDEX 479
adam_txt	AMTLAB-SIM U LINK STATEFLOW GRUNDLAGEN, TOOL BOXEN, BEISPIELE VON DR.-LNG. ANNE ANGERMANN, DR.-LNG. MICHAEL BEUSCHEL, DR.-LNG. MARTIN RAU, DIPL.-TNG. ULRICH WOHLFARTH 5., AKTUALISIERTE AUFLAGE OLDEN BOURG VERLAG MUNCHENWIEN INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFUHRUNG 1 2 MATLAB GRUNDLAGEN 5 2.1 ERSTE SCHRITTE MIT MATLAB 5 2.1.1 DER MATLAB-DESKTOP 5 2.1.2 DIE MATLAB-HILFE 7 2.1.3 ZUWEISUNGEN 8 2.1.4 MATHEMATISCHE FUNKTIONEN UND OPERATOREN 9 2.2 VARIABLEN 9 2.2.1 DATENTYPEN IN MATLAB 9 2.2.2 VEKTOREN UND MATRIZEN 10 2.2.3 MATHEMATISCHE FUNKTIONEN UND OPERATOREN FUR VEKTOREN UND MATRIZEN. 12 2.2.4 STRUKTUREN 14 2.2.5 CELL ARRAYS 15 2.2.6 VERWALTEN VON VARIABLEN 16 2.3 ABLAUFSTEUERUNG 17 2.3.1 VERGLEICHSOPERATOREN UND LOGISCHE OPERATOREN 17 2.3.2 VERZWEIGUNGSBEFEHLE IF UND SWITCH 19 2.3.3 SCHLEIFENBEFEHLE FOR UND WHILE 19 2.3.4 ABBRUCHBEFEHLE CONTINUE, BREAK UND RETURN 20 2.4 DER MATLAB-EDITOR 21 2.5 MATLAB-FUNKTIONEN 23 2.5.1 FUNKTIONEN MIT VARIABLER PARAMETERZAHL 24 2.5.2 LOKALE, GLOBALE UND STATISCHE VARIABLEN 25 2.5.3 HILFETEXT IN FUNKTIONEN 26 2.5.4 FUNCTION HANDLES 27 2.5.5 FUNKTIONEN ALS INLINE OBJECT 27 2.5.6 P-CODE UND CLEAR FUNCTIONS 28 2.6 CODE-OPTIMIERUNG IN MATLAB 28 2.6.1 DER MATLAB-PROFILER 28 2.6.2 OPTIMIERUNG VON RECHENZEIT UND SPEIEHERBEDARF 29 2.6.3 TIPPS ZUR FCHLERSUCHC 30 2.7 UBUNGSAUFGABEN 31 2.7.1 RECHENGENAUIGKEIT 31 2.7.2 FIBONACCI-FOLGE -51 VIII INHALTSVERZEICHNIS 2.7.3 FUNKTION GERADE 32 2.7.4 BERECHNUNGSZEITEN ERMITTELN 32 3 EINGABE UND AUSGABE IN MATLAB 33 3.1 STEUERUNG DER BILDSCHIRMAUSGABE 33 3.2 BENUTZERDIALOGE 34 3.2.1 TEXT IN MATLAB (STRINGS) 34 3.2.2 EINGABEDIALOG 35 3.2.3 FORMATIERTE AUSGABE 35 3.3 IMPORT UND EXPORT VON DATEN 36 3.3.1 STANDARDFORMATE 36 3.3.2 FORMATIERTE TEXTDATEIEN 37 3.3.3 BINARDATEIEN 39 3.4 BETRIEBSSYSTEMAUFRUF UND DATEIVERWALTUNG 40 3.5 GRAFISCHE DARSTELLUNG 40 3.5.1 DIE FIGURE - GRUNDLAGE EINER MATLAB-GRAFIK 41 3.5.2 ACHSEN UND BESCHRIFTUNG 43 3.5.3 PLOT-BEFEHLE FUR ZWEIDIMENSIONALE GRAFIKEN (2D-GRAFIK) 44 3.5.4 PLOT-BEFEHLE FUR DREIDIMENSIONALE GRAFIKEN (3D-GRAFIK) 48 3.5.5 PERSPEKTIVE 49 3.5.6 IMPORTIEREN, EXPORTIEREN UND DRUCKEN VON GRAFIKEN 51 3.6 GRAFISCHE BENUTZEROBERFLACHE (GUI) 52 3.6.1 GUI-LAYOUT 52 3.6.2 GUI-FUNKTIONALITAT 56 3.6.3 GUI AUSFIIHREN UND EXPORTIEREN 57 3.6.4 AUFBAU DES APPLICATION-M-FILE 58 3.7 TIPPS RUND UM DIE MATLAB-FIGURE 60 3.8 UBUNGSAUFGABEN 63 3.8.1 HARMONISCHES MITTEL 63 3.8.2 EINSCHWINGVORGANG 63 3.8.3 GAUFI-GLOCKE 63 3.8.4 SPIRALE UND DOPPELHELIX 64 3.8.5 FUNKTION GERADEVEK 65 4 DIFFERENTIALGLEICHUNGEN IN MATLAB 67 4.1 ANFANGSWERTPROBLEME (ODES, DAES UND DDES) 67 4.1.1 GEWOHNLICHE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN (ODES) 67 4.1.2 DIFFERENTIAL-ALGEBRAISCHE GLEICHUNGEN (DAES) 80 4.1.3 DIFFERENTIALGLEICHUNGEN MIT TOTZEITEN (DDES) 83 4.1.4 IMPLIZITE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 86 4.2 RANDWERTPROBLEME FIIR GEWOHNLICHE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 88 INHALTSVERZEICHNIS IX 4.3 PARTIELLE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN (PDES) 91 4.4 UBUNGSAUFGABEN 98 4.4.1 FEDER-MASSE-SCHWINGER 98 4.4.2 ELEKTRISCHER SCHWINGKREIS 98 4.4.3 SPRINGENDER BALL 99 4.4.4 KETTENLINIE 99 5 REGELUNGSTECHNISCHE FUNKTIONEN - CONTROL SYSTEM TOOLBOX 101 5.1 MODELLIERUNG LINEARER ZCITINVARIANTER SYSTEME ALS LTI-MODELLE 101 5.1.1 UBERTRAGUNGSFUNKTION - TRANSFER FUNCTION TF 102 5.1.2 NULLSTELLEN-POLSTELLCN-DARSTELLUNG ZERO-POLE-GAIN ZPK 104 5.1.3 ZUSTANDSDARSTCLLUNG STATE-SPACE SS 107 5.1.4 FREQUENZGANG-DATEN-MODELLE FREQUENCY RESPONSE DATA FRD 108 5.1.5 ZEITDISKRETE DARSTELHMG VON LTI-MODELLEN 110 5.1.6 ZEITVERZOGERUNGEN IN LTI-MODELLEN 112 5.2 ARBEITEN MIT LTI-MODELLEN 115 5.2.1 EIGENSCHAFTEN VON LTI-MODELLEN 115 5.2.2 SCHNELLE DATENABFRAGE 118 5.2.3 RANGFOLGE DER LTI-MODELLE 119 5.2.4 VERERBUNG VON LTI-MODELL-EIGENSCHAFTEN 120 5.2.5 UMWANDLUNG IN EINEN ANDEREN LTI-MODELL-TVP 120 5.2.6 ARITHMETISCHE OPERATIONEN 121 5.2.7 AUSWAHLEN, VERANDERN UND VERKNUPFEN VON LTI-MODELLEN 123 5.2.8 SPEZIELLE LTI-MODELLE 126 5.2.9 UMWANDLUNG ZWISCHEN ZEITKONTINUICRLICHEN UND ZEITDISKRETEN SYSTCMEN . 127 5.3 ANALYSE VON LTI-MODELLEN 131 5.3.1 ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN 131 5.3.2 MODELL-DYNAMIK 133 5.3.3 SYSTEMANTWORT \M ZEITBEREICH 141 5.3.4 SYSTEMANTWORT INI FREQUCNZBERCICH 115 5.3.5 INTERAKTIVE MODELLANALYSE MIT DEM LTI-VIEWER 154 5.3.6 ORDNUNGSREDUZIERTE DARSTELLUNG 157 5.3.7 ZUSTANDSBESCHREIBUNGSFORMEN 160 5.4 REGLERENTWURF 165 5.4.1 REGLERENTWURF MITTELS WURZELORTSKURVE 165 5.4.2 REGLERENTWURF MIT DEM CONTROL AND ESTIMATION TOOLS MANAGER UND DEM SISO DESIGN TOOL 169 5.4.3 ZUSTANDSREGELUNG UND ZUSTANDSBEOBACHTUNG 171 5.4.4 REGLERENTWURF MITTELS POLPLATZIERUNG 173 5.4.5 LINEAR-QUADRATISCH OPTIMALE REGEHMG 177 5.5 PROBLEME DER NUMERISCHEN DARSTELLUNG IN 1 5.5.1 FEHLERBEGRIFF 181 5.5.2 KONDITION OINES PROBLEMS 1 SO 5.5.3 NUMERISCHE INSTABILITY 186 INHALTSVERZEICHNIS 5.5.4 BEWERTUNG DER LTI-MODELL-TYPEN NACH NUMERISCHEN GESICHTSPUNKTEN . 187 5.6 UBUNGSAUFGABEN 187 5.6.1 ERSTELLEN VON LTI-MODELLEN 187 5.6.2 VERZOGERTE UBERTRAGUNGSGLIEDER 189 5.6.3 VERZOGERTE UBERTRAGUNGSGLIEDER ZEITDISKRETISIERT 190 5.6.4 TYPUMWANDLUNG 191 5.6.5 STABILITATSANALYSE 191 5.6.6 REGELUNG DER STABILEN PT 2 -UBERTRAGUNGSFUNKTION 193 5.6.7 REGELUNG DER INSTABILEN PT 2 -UBERTRAGUNGSFUNKTION 194 5.6.8 KONDITION UND NUMERISCHE INSTABILITAT 197 6 SIGNALVERARBEITUNG SIGNAL PROCESSING TOOLBOX 199 6.1 INTERPOLATION. APPROXIMATION UND ABTASTUNG 199 6.1.1 INTERPOLATION UND APPROXIMATION 199 6.1.2 ANDERUNG DER ABTASTRATE 202 6.2 SPEKTRALANALYSE 203 6.2.1 DISKRETE FOURIERTRANSFORMATION (DFT) 204 6.2.2 AVERAGING 206 6.2.3 FENSTERUNG 206 6.2.4 LEISTUNGSSPEKTREN 208 6.3 KORRELATION 211 6.4 ANALOGE UND DIGITALE FILTER 215 6.4.1 ANALOGE FILTER 215 6.4.2 DIGITALE FIR-FILTER 217 6.4.3 DIGITALE IIR-FILTER 219 6.4.4 FILTERENTWURF MIT PROTOTYP-TIEFPASSEN 222 6.5 UBUNGSAUFGABEN 225 6.5.1 SIGNALTRANSFORMATION IM FREQUENZBEREICH 225 6.5.2 SIGNALANALYSE UND DIGITALE FILTERUNG 225 6.5.3 ANALOGER BANDPASS 226 6.5.4 DIGITALER IIR-BANDPASS 226 7 OPTIMIERUNG * OPTIMIZATION TOOLBOX 227 7.1 INLINE OBJECTS 228 7.2 ALGORITHMENSTEUERUNG 229 7.3 NULLSTELLENBESTIMMUNG 232 7.3.1 SKALARE FUNKTIONEN 232 7.3.2 VEKTORWERTIGE FUNKTIONEN / GLEICHUNGSSYSTEME 236 7.4 MINIMIERUNG NICHTLINEARER FUNKTIONEN 241 7.5 MINIMIERUNG UNTER NEBENBEDINGUNGEN 247 7.5.1 NICHTLINEARE MINIMIERUNG UNTER NEBENBEDINGUNGEN 247 INHALTSVERZEICHNIS XI 7.5.2 QUADRATISCHE PROGRAMMIERUNG 253 7.5.3 LINEARE PROGRAMMIERUNG 255 7.6 METHODE DER KLEINSTEN QUADRATE (LEAST SQUARES) 259 7.7 OPTIMIERUNG EINES SIMULINK-MODELLS 266 7.8 UBUNGSAUFGABEN 269 7.8.1 NULLSTELLENBESTIMMUNG 269 7.8.2 LOSEN VON GLEICHUNGSSYSTEMEN 269 7.8.3 MINIMIERUNG OHNE NEBENBEDINGUNGEN 269 7.8.4 MINIMIERUNG UNTER NEBENBEDINGUNGEN 270 7.8.5 AUSGLEICHSPOLYNOM 270 7.8.6 CURVE FITTING 270 7.8.7 LINEARE PROGRAMMIERUNG 270 8 SIMULINK GRUNDLAGEN 273 8.1 STARTEN VON SIMULINK 273 8.2 ERSTELLEN UND EDITIEREN EINCS SIGNALFLUSSPLANS 276 8.3 SIMULATIONS- UND PARAMETERSTEUERUNG 278 8.4 SIGNALE UND DATENOBJEKTE 280 8.4.1 ARBEITEN MIT SIGNALEN 280 8.4.2 ARBEITEN MIT DATENOBJEKTEN 281 8.4.3 DER MODEL EXPLORER 283 8.5 SIGNALERZEUGUNG UND -AUSGABE 284 8.5.1 BIBLIOTHEK: SOURCES - SIGNALERZEUGUNG 284 8.5.2 BIBLIOTHEK: SINKS UND SIGNAL LOGGING 289 8.5.3 DER SIGNAL & SCOPE MANAGER 297 8.6 MATHEMATISCHE VERKNIIPFUNGEN UND OPERATOREN 298 8.6.1 BIBLIOTHEK: MATH OPERATIONS 298 8.6.2 BIBLIOTHEK: LOGIC AND BIT OPERATIONS 301 8.7 SIMULATIONSPARAMETER 302 8.7.1 DIE CONFIGURATION PARAMETERS DIALOGBOX 302 8.7.2 FEHLERBEHANDLUNG UND SIMULINK DEBUGGER 314 8.8 VERWALTUNG UND ORGANISATION EINES SIMULINK-MODELLS 316 8.8.1 ARBEITEN MIT CALLBACK-ROUTINEN 316 8.8.2 DER MODEL BROWSER 319 8.8.3 BIBLIOTHEKEN: SIGNAL ROUTING UND SIGNAL ATTRIBUTES SIGNALFIIHRUNG UND -EIGENSCHAFTEN 520 8.8.4 DRUCKEN UND EXPORTIEREN EINES SIMULINK-MODELLS 324 8.9 SUBSYSTEME UND MODEL REFERENCING 325 8.9.1 ERSTELLEN VON SUBSYSTEMEN / BIBLIOTHEK: PORTS & SUBSYSTEMS 325 8.9.2 MASKIERUNG VON SUBSYSTEMEN 330 8.9.3 ERSTELLEN EINER EIGENEN BLOCKBIBLIOTHEK 333 XII INHALTSVERZEICHNIS 8.9.4 MODEL REFERENCING 334 8.10 UBUNGSAUFGABEN 337 8.10.1 NICHTLINEARE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 337 8.10.2 GRAVITATIONSPENDEL 338 9 LINEARE UND NICHTLINEARE SYSTEME IN SIMULINK 341 9.1 BIBLIOTHEK: CONTINUOUS - ZEITKONTINUIERLICHE SYSTEME 341 9.2 ANALYSE EINES SIMULINK-MODELLS 346 9.2.1 LINEARISIERUNG MIT DER LINMOD-BEFEHLSFAMILIE 346 9.2.2 BESTIMMUNG EINES GLEICHGEWICHTSPUNKTS 351 9.2.3 LINEARISIERUNG MIT DEM SIMULINK CONTROL DESIGN 352 9.3 BIBLIOTHEK: DISCONTINUITIES - NICHTLINEARE SYSTEME 355 9.4 BIBLIOTHEK: LOOKUP TABLES NACHSCHLAGETABELLEN 358 9.5 BIBLIOTHEK: USER-DEFINED FUNCTIONS - BENUTZER-DEFINIERBARE FUNKTIONEN . 360 9.5.1 BIBLIOTHEKEN: MODEL VERIFICATION UND MODEL-WIDE UTILITIES - PRIIFBLOCKE UND MODELL-EIGENSCHAFTEN 363 9.6 ALGCBRAISCHE SCHLEIFEN 365 9.7 S-FUNKTIONEN 366 9.8 UBUNGSAUFGABEN 373 9.8.1 MODCLLIERUNG EINER GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSS-MASCHINE (GNM) 373 9.8.2 MODELLIERUNG EINER PULSWEITENMODULATION (PWM) 374 9.8.3 AUFNAHME VON BODE-DIAGRAMMEN 375 10 ABTASTSYSTEME IN SIMULINK 377 10.1 ALLGEMEINES 377 10.2 BIBLIOTHEK: DISCRETE - ZEITDISKRETE SYSTEME 378 10.3 SIMULATIONSPARAMETER 380 10.3.1 REIN ZEITDISKRETE SYSTEME 381 10.3.2 HYBRIDE SYSTEME (GEMISCHT ZEITDISKRET UND ZEITKONTINUIERLICH) 382 10.4 DER MODEL DISCRETIZER 384 10.5 UBUNGSAUFGABEN 387 10.5.1 ZEITDISKRETER STROMREGLER FUR GNM 387 10.5.2 ZEITDISKRETER ANTI-WINDUP-DREHZAHLREGLER FUR GNM 387 11 REGELKREISE IN SIMULINK 391 11.1 DIE GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSS-MASCHINE GNM 391 11.11 INITIALISIERUNG DER MASCHINENDATEN 392 11.1.2 SIMULINK-MODELL 393 11.2 UNTERSUCHUNG DER SYSTEMEIGENSCHAFTEN 395 INHALTSVERZEICHNIS XI11 11.2.1 UNTERSUCHUNG MIT SIMULINK 395 11.2.2 UNTERSUCHUNG DES LINEARISIERTEN MODELLS MIT MATLAB UND DER CONTROL SYSTEM TOOLBOX 396 11.2.3 INTERAKTIVE UNTERSUCHUNG EINES MODELLS MIT DEM SIMULINK CONTROL DESIGN-BLOCKSET 398 11.3 KASKADENREGELUNG 401 11.3.1 STROMREGELUNG 401 11.3.2 DREHZAHLREGELUNG 403 11.4 ZUSTANDSBEOBACHTER 406 11.4.1 LUENBERGER-BEOBACHTER 407 11.4.2 STORGROFIEN-BEOBACHTER 409 11.5 ZUSTANDSREGELUNG MIT ZUSTANDSBEOBACHTER 411 11.6 INITIALISIERUNGSDATEIEN 415 11.6.1 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSS-MASCHINE 415 11.6.2 STROMREGELUNG 115 11.6.3 DREHZAHLREGELUNG 416 11.6.4 GRUNDEINSTELLUIIG ZUSTANDSBEOBACHTER 416 11.6.5 ZUSTANDSBEOBACHTUNG MIT LUENBERGER-BEOBACHTER 417 11.6.6 ZUSTANDSBEOBACHTUNG MIT STORGROFIEN-BEOBACHTER 417 11.6.7 ZUSTANDSREGELUNG MIT ZUSTANDSBEOBACHTER 418 11.6.8 ZUSTANDSREGELUNG MIT LUENBERGER-BEOBACHTER 418 11.6.9 ZUSTANDSREGELUNG MIT STORGROBEN-BEOBACHTER 419 11.7 UBUNGSAUFGABEN 420 11.7.1 ZUSTANDSDARSTELLUNG GNM 420 11.7.2 SYSTEMANALYSE 420 11.7.3 ENTWURF EINES KALMAN-FILTERS 421 11.7.4 ENTWURF EINES LQ-OPTIMIERTEN ZUSTANDSREGLERS 421 12 STATEFLOW 423 12.1 ELEMENTE VON STATEFLOW 424 12.1.1 GRAFISCHE ELEMENTE EINES CHARTS 426 12.1.2 CHART-EIGENSCHAFTEN UND TRIGGER-METHODEN 135 12.1.3 NICHTGRAFISCHE ELEMENTE EINES CHARTS 137 12.2 STRUKTURIERUNG UND HIERARCHIEBILDUNG 142 12.2.1 SUPERSTATES 442 12.2.2 SUBCHARTS 447 12.2.3 GRAFISCHE FUNKTIONEN 44S 12.2.4 TRUTH TABLES 450 12.2.5 EMBEDDED MATLAB FUNCTIONS 454 12.3 ACTION LANGUAGE 4OO 12.3.1 NUMERISCHE OPERATOREN 150 12.3.2 LOGISCHE OPERATOREN 456 12.3.3 UNARE OPERATOREN UND ZUWEISUNGSAKTIONEN 157 XIV INHALTSVERZEICHNIS 12.3.4 DETEKTION VON WERTANDERUNGEN 458 12.3.5 DATENTYP-UMWANDLUNGEN 458 12.3.6 AUFRUF VON MATLAB-FUNKTIONEN UND ZUGRIFF AUF DEN WORKSPACE 459 12.3.7 VARIABLEN UND EVENTS IN ACTION LANGUAGE 461 12.3.8 TEMPORALLOGIK-OPERATOREN 463 12.4 ANWENDUNGSBEISPIEL: GETRANKEAUTOMAT 463 12.5 ANWENDUNGSBEISPIEL: STEUERUNG EINES HEIZGEBLASES 466 12.6 UBUNGSAUFGABEN 468 12.6.1 MIKROWELLENHERD 468 12.6.2 ZWEIPUNKT-REGELUNG 469 SYMBOLVERZEICHNIS 471 LITERATURVERZEICHNIS 475 INDEX 479
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