Verfügbarkeit: Matlab, Simulink, Stateflow

Matlab, Simulink, Stateflow: Grundlagen, Toolboxen, Beispiele

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Bibliographische Detailangaben
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	München Oldenbourg 2011
Ausgabe:	7., aktualisierte Aufl.
Schlagworte:	MATLAB 6.5 MATLAB 6.0 MATLAB 7.0 MATLAB 7.7 Stateflow MATLAB SIMULINK Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XIV, 518 S. Ill., graph. Darst. 1 CD-ROM (12 cm)
ISBN:	9783486705850

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adam_text	IMAGE 1 INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFUEHRUNG 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 FUER 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 20 2.3.4 ABBRUCHBEFEHLE CONTINUE, BREAK UND R E T U RN 20 2.4 DER MATLAB-EDITOR 21 2.5 MATLAB-FUNKTIONEN 24 2.5.1 FUNKTIONEN MIT VARIABLER PARAMETERZAHL 25 2.5.2 LOKALE, GLOBALE UND STATISCHE VARIABLEN 26 2.5.3 HILFETEXT IN FUNKTIONEN 27 2.5.4 FUNCTION HANDLES 28 2.5.5 FUNKTIONEN ALS INLINE OBJECT 28 2.5.6 P-CODE UND C L E AR FUNCTIONS 29 2.6 CODE-OPTIMIERUNG IN MATLAB 29 2.6.1 DER MATLAB-PROFILER 29 2.6.2 OPTIMIERUNG VON RECHENZEIT UND SPEICHERBEDARF 30 2.6.3 TIPPS ZUR FEHLERSUCHE 31 2.7 UEBUNGSAUFGABEN 33 2.7.1 RECHENGENAUIGKEIT 33 2.7.2 FIBONACCI-FOLGE 33 BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1012163636 DIGITALISIERT DURCH IMAGE 2 VIII INHALTSVERZEICHNIS 2.7.3 FUNKTION GERADE 33 2.7.4 BERECHNUNGSZEITEN ERMITTELN 34 3 EINGABE UND AUSGABE IN MATLAB 35 3.1 STEUERUNG DER BILDSCHIRMAUSGABE 35 3.2 BENUTZERDIALOGE 36 3.2.1 TEXT IN MATLAB (STRINGS) 36 3.2.2 EINGABEDIALOG 37 3.2.3 FORMATIERTE AUSGABE 37 3.3 IMPORT UND EXPORT VON DATEN 38 3.3.1 STANDARDFORMATE 38 3.3.2 FORMATIERTE TEXTDATEIEN 39 3.3.3 BINAERDATEIEN 41 3.4 BETRIEBSSYSTEMAUFRUF UND DATEIVERWALTUNG 42 3.5 GRAFISCHE DARSTELLUNG 43 3.5.1 DIE FIGURE - GRUNDLAGE EINER MATLAB-GRAFIK 43 3.5.2 ACHSEN UND BESCHRIFTUNG 45 3.5.3 PLOT-BEFEHLE FUER ZWEIDIMENSIONALE GRAFIKEN (2D-GRAFIK) 46 3.5.4 PLOT-BEFEHLE FUER DREIDIMENSIONALE GRAFIKEN (3D-GRAFIK) 50 3.5.5 PERSPEKTIVE 51 3.5.6 IMPORTIEREN, EXPORTIEREN UND DRUCKEN VON GRAFIKEN 53 3.6 GRAFISCHE BENUTZEROBERFLAECHE (GUI) 54 3.6.1 GUI-LAYOUT 55 3.6.2 GUI-FUNKTIONALITAET 58 3.6.3 GUI AUSFUEHREN UND EXPORTIEREN 60 3.6.4 AUFBAU DES APPLICATION-M-FILE 61 3.7 TIPPS RUND UM DIE MATLAB-FIGURE 63 3.8 UEBUNGSAUFGABEN 66 3.8.1 HARMONISCHES MITTEL 66 3.8.2 EINSCHWINGVORGANG 66 3.8.3 GAUSS-GLOCKE 66 3.8.4 SPIRALE UND DOPPELHELIX 67 3.8.5 FUNKTION GERADEVEK 68 4 DIFFERENTIALGLEICHUNGEN IN MATLAB 69 4.1 ANFANGSWERTPROBLEME (ODES, DAES UND DDES) 69 4.1.1 GEWOEHNLICHE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN (ODES) 69 4.1.2 DIFFERENTIAL-ALGEBRAISCHE GLEICHUNGEN (DAES) 82 4.1.3 DIFFERENTIALGLEICHUNGEN MIT TOTZEITEN (DDES) 85 4.1.4 IMPLIZITE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 88 4.2 RANDWERTPROBLEME FUER GEWOEHNLICHE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 90 IMAGE 3 INHALTSVERZEICHNIS IX 4.3 PARTIELLE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN (PDES) 96 4.4 UEBUNGSAUFGABEN 100 4.4.1 FEDER-MASSE-SCHWINGER 100 4.4.2 ELEKTRISCHER SCHWINGKREIS 100 4.4.3 SPRINGENDER BALL 101 4.4.4 KETTENLINIE 101 5 REGELUNGSTECHNISCHE FUNKTIONEN - CONTROL SYSTEM TOOLBOX 103 5.1 MODELLIERUNG LINEARER ZEITINVARIANTER SYSTEME ALS LTI-MODELLE 103 5.1.1 UEBERTRAGUNGSFUNKTION - TRANSFER FUNCTION TF 104 5.1.2 NULLSTELLEN-POLSTELLEN-DARSTELLUNG - ZERO-POLE-GAIN ZPK 106 5.1.3 ZUSTANDSDARSTELLUNG - STATE-SPACE SS 109 5.1.4 FREQUENZGANG-DATEN-MODELLE - FREQUENCY RESPONSE DATA FRD 110 5.1.5 ZEITDISKRETE DARSTELLUNG VON LTI-MODELLEN 112 5.1.6 ZEITVERZOEGERUNGEN IN LTI-MODELLEN 114 5.2 ARBEITEN MIT LTI-MODELLEN 117 5.2.1 EIGENSCHAFTEN VON LTI-MODELLEN 117 5.2.2 SCHNELLE DATENABFRAGE 120 5.2.3 RANGFOLGE DER LTI-MODELLE 121 5.2.4 VERERBUNG VON LTI-MODELL-EIGENSCHAFTEN 122 5.2.5 UMWANDLUNG IN EINEN ANDEREN LTI-MODELL-TYP 122 5.2.6 ARITHMETISCHE OPERATIONEN 123 5.2.7 AUSWAEHLEN, VERAENDERN UND VERKNUEPFEN VON LTI-MODELLEN 125 5.2.8 SPEZIELLE LTI-MODELLE 128 5.2.9 UMWANDLUNG ZWISCHEN ZEITKONTINUIERLICHEN UND ZEITDISKRETEN SYSTEMEN . 129 5.3 ANALYSE VON LTI-MODELLEN 133 5.3.1 ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN 133 5.3.2 MODELL-DYNAMIK 135 5.3.3 SYSTEMANTWORT IM ZEITBEREICH 143 5.3.4 SYSTEMANTWORT IM FREQUENZBEREICH 147 5.3.5 INTERAKTIVE MODELLANALYSE MIT DEM LTI-VIEWER 156 5.3.6 ORDNUNGSREDUZIERTE DARSTELLUNG 159 5.3.7 ZUSTANDSBESCHREIBUNGSFORMEN 162 5.4 REGLERENTWURF 167 5.4.1 REGLERENTWURF MITTELS WURZELORTSKURVE 167 5.4.2 REGLERENTWURF MIT DEM CONTROL AND ESTIMATION TOOLS MANAGER UND DEM SISO DESIGN TOOL 171 5.4.3 ZUSTANDSREGELUNG UND ZUSTANDSBEOBACHTUNG 173 5.4.4 REGLERENTWURF MITTELS POLPLATZIERUNG 175 5.4.5 LINEAR-QUADRATISCH OPTIMALE REGELUNG 179 5.5 PROBLEME DER NUMERISCHEN DARSTELLUNG 186 5.5.1 FEHLERBEGRIFF 186 5.5.2 KONDITION EINES PROBLEMS 187 IMAGE 4 X INHALTSVERZEICHNIS 5.5.3 NUMERISCHE INSTABILITAET 188 5.5.4 BEWERTUNG DER LTI-MODELL-TYPEN NACH NUMERISCHEN GESICHTSPUNKTEN . 189 5.6 UEBUNGSAUFGABEN 189 5.6.1 ERSTELLEN VON LTI-MODELLEN 189 5.6.2 VERZOEGERTE UEBERTRAGUNGSGLIEDER 191 5.6.3 VERZOEGERTE UEBERTRAGUNGSGLIEDER ZEITDISKRETISIERT 192 5.6.4 TYPUMWANDLUNG 193 5.6.5 STABILITAETSANALYSE 193 5.6.6 REGELUNG DER STABILEN PT2-UEBERTRAGUNGSFUNKTION 195 5.6.7 REGELUNG DER INSTABILEN PT2-UEBERTRAGUNGSFUNKTION 196 5.6.8 KONDITION UND NUMERISCHE INSTABILITAET 199 6 SIGNALVERARBEITUNG - SIGNAL PROCESSING TOOLBOX 201 6.1 AUFBEREITUNG DER DATEN IM ZEITBEREICH 201 6.1.1 INTERPOLATION UND APPROXIMATION 201 6.1.2 AENDERUNG DER ABTASTRATE 204 6.1.3 WEITERE WERKZEUGE 205 6.2 SPEKTRALANALYSE 207 6.2.1 DISKRETE FOURIERTRANSFORMATION (DFT) 207 6.2.2 AVERAGING 209 6.2.3 FENSTERUNG 209 6.2.4 LEISTUNGSSPEKTREN 212 6.3 KORRELATION 214 6.4 ANALOGE UND DIGITALE FILTER 219 6.4.1 ANALOGE FILTER 219 6.4.2 DIGITALE FIR-FILTER 221 6.4.3 DIGITALE IIR-FILTER 223 6.4.4 FILTERENTWURF MIT PROTOTYP-TIEFPAESSEN 226 6.5 UEBUNGSAUFGABEN 229 6.5.1 SIGNALTRANSFORMATION IM FREQUENZBEREICH 229 6.5.2 SIGNALANALYSE UND DIGITALE FILTERUNG 229 6.5.3 ANALOGER BANDPASS 230 6.5.4 DIGITALER IIR-BANDPASS 230 7 OPTIMIERUNG - OPTIMIZATION TOOLBOX 231 7.1 INLINE OBJECTS 232 7.2 ALGORITHMENSTEUERUNG 233 7.3 NULLSTELLENBESTIMMUNG 236 7.3.1 SKALARE FUNKTIONEN 236 7.3.2 VEKTORWERTIGE FUNKTIONEN / GLEICHUNGSSYSTEME 240 7.4 MINIMIERUNG NICHTLINEARER FUNKTIONEN 245 7.5 MINIMIERUNG UNTER NEBENBEDINGUNGEN 251 IMAGE 5 INHALTSVERZEICHNIS XI 7.5.1 NICHTLINEARE MINIMIERUNG UNTER NEBENBEDINGUNGEN 251 7.5.2 QUADRATISCHE PROGRAMMIERUNG 257 7.5.3 LINEARE PROGRAMMIERUNG 260 7.6 METHODE DER KLEINSTEN QUADRATE (LEAST SQUARES) 264 7.7 OPTIMIERUNG EINES SIMULINK-MODELLS 271 7.8 UEBUNGSAUFGABEN 274 7.8.1 NULLSTELLENBESTIMMUNG 274 7.8.2 LOESEN VON GLEICHUNGSSYSTEMEN 274 7.8.3 MINIMIERUNG OHNE NEBENBEDINGUNGEN 274 7.8.4 MINIMIERUNG UNTER NEBENBEDINGUNGEN 274 7.8.5 AUSGLEICHSPOLYNOM 275 .7.8.6 CURVE FITTING 275 7.8.7 LINEARE PROGRAMMIERUNG 275 8 SIMULINK GRUNDLAGEN 277 8.1 STARTEN VON SIMULINK 277 8.2 ERSTELLEN UND EDITIEREN EINES SIGNALFLUSSPLANS 281 8.3 SIMULATIONS- UND PARAMETERSTEUERUNG 283 8.4 SIGNALE UND DATENOBJEKTE 284 8.4.1 ARBEITEN MIT SIGNALEN 284 8.4.2 ARBEITEN MIT DATENOBJEKTEN 286 8.4.3 DER MODEL EXPLORER 288 8.5 SIGNALERZEUGUNG UND -AUSGAEBE 289 8.5.1 BIBLIOTHEK: SOURCES - SIGNALERZEUGUNG 289 8.5.2 BIBLIOTHEK: SINKS, SIGNAL LOGGING UND DER SIMULATION DATA INSPECTOR 295 8.5.3 DER SIGNAL & SCOPE MANAGER 304 8.6 MATHEMATISCHE VERKNUEPFUNGEN UND OPERATOREN 305 8.6.1 BIBLIOTHEK: MATH OPERATIONS 305 8.6.2 BIBLIOTHEK: LOGIC AND BIT OPERATIONS 308 8.7 SIMULATIONSPARAMETER 309 8.7.1 DIE CONFIGURATION PARAMETERS DIALOGBOX 309 8.7.2 FEHLERBEHANDLUNG UND SIMULINK DEBUGGER 324 8.8 VERWALTUNG UND ORGANISATION EINES SIMULINK-MODELLS 326 8.8.1 ARBEITEN MIT CALLBACK FUNKTIONEN 326 8.8.2 DER MODEL BROWSER 329 8.8.3 BIBLIOTHEKEN: SIGNAL ROUTING UND SIGNAL ATTRIBUTES - SIGNALFUEHRUNG UND -EIGENSCHAFTEN 330 8.8.4 DRUCKEN UND EXPORTIEREN EINES SIMULINK-MODELLS 334 8.9 SUBSYSTEME UND MODEL REFERENCING 335 8.9.1 ERSTELLEN VON SUBSYSTEMEN / BIBLIOTHEK: PORTS & SUBSYSTEMS 335 8.9.2 MASKIERUNG VON SUBSYSTEMEN 340 IMAGE 6 XII INHALTSVERZEICHNIS 8.9.3 ERSTELLEN EINER EIGENEN BLOCKBIBLIOTHEK 343 8.9.4 MODEL REFERENCING 345 8.10 UEBUNGSAUFGABEN 348 8.10.1 NICHTLINEARE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN 348 8.10.2 GRAVITATIONSPENDEL 349 9 LINEARE UND NICHTLINEARE SYSTEME IN SIMULINK 353 9.1 BIBLIOTHEK: CONTINUOUS - ZEITKONTINUIERLICHE SYSTEME 353 9.2 ANALYSE VON SIMULATIONSERGEBNISSEN 359 9.2.1 LINEARISIERUNG MIT DER LINMOD-BEFEHLSFAMILIE 359 9.2.2 BESTIMMUNG EINES GLEICHGEWICHTSPUNKTS 364 9.2.3 LINEARISIERUNG MIT DEM SIMULINK CONTROL DESIGN 365 9.3 BIBLIOTHEK: DISCONTINUITIES - NICHTLINEARE SYSTEME 368 9.4 BIBLIOTHEK: LOOKUP TABLES - NACHSCHLAGETABELLEN 372 9.5 BIBLIOTHEK: USER-DEFINED FUNCTIONS - BENUTZER-DEFINIERBARE FUNKTIONEN . 374 9.5.1 BIBLIOTHEKEN: MODEL VERIFICATION UND MODEL-WIDE UTILITIES - PRUEFBLOECKE UND MODELL-EIGENSCHAFTEN 378 9.6 ALGEBRAISCHE SCHLEIFEN 379 9.7 S-FUNKTIONEN 380 9.8 UEBUNGSAUFGABEN 388 9.8.1 MODELLIERUNG EINER GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSS-MASCHINE (GNM) 388 9.8.2 MODELLIERUNG EINER PULSWEITENMODULATION (PWM) 388 9.8.3 AUFNAHME VON BODE-DIAGRAMMEN 390 10 ABTASTSYSTEME IN SIMULINK 393 10.1 ALLGEMEINES 393 10.2 BIBLIOTHEK: DISCRETE - ZEITDISKRETE SYSTEME 394 10.3 SIMULATIONSPARAMETER 397 10.3.1 REIN ZEITDISKRETE SYSTEME 398 10.3.2 HYBRIDE SYSTEME (GEMISCHT ZEITDISKRET UND ZEITKONTINUIERLICH) 399 10.4 DER MODEL DISCRETIZER 402 10.5 UEBUNGSAUFGABEN 405 10.5.1 ZEITDISKRETER STROMREGLER FUER GNM 405 10.5.2 ZEITDISKRETER ANTI-WINDUP-DREHZAHLREGLER FUER GNM 405 11 REGELKREISE IN SIMULINK 409 11.1 DIE GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSS-MASCHINE GNM 409 11.1.1 INITIALISIERUNG DER MASCHINENDATEN 410 11.1.2 SIMULINK-MODELL 411 IMAGE 7 INHALTSVERZEICHNIS XIII 11.2 UNTERSUCHUNG DER SYSTEMEIGENSCHAFTEN 413 11.2.1 UNTERSUCHUNG MIT SIMULINK 413 11.2.2 UNTERSUCHUNG DES LINEARISIERTEN MODELLS MIT MATLAB UND DER CONTROL SYSTEM TOOLBOX 414 11.2.3 INTERAKTIVE UNTERSUCHUNG EINES MODELLS MIT SIMULINK CONTROL DESIGN . . 416 11.3 KASKADENREGELUNG 419 11.3.1 STROMREGELUNG 419 11.3.2 DREHZAHLREGELUNG 421 11.4 ZUSTANDSBEOBACHTER 424 11.4.1 LUENBERGER-BEOBACHTER 426 11.4.2 STOERGROESSEN-BEOBACHTER 427 11.5 ZUSTANDSREGELUNG MIT ZUSTANDSBEOBACHTER 429 11.6 INITIALISIERUNGSDATEIEN 433 11.6.1 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSS-MASCHINE 433 11.6.2 STROMREGELUNG 433 11.6.3 DREHZAHLREGELUNG 434 11.6.4 GRUNDEINSTELLUNG ZUSTANDSBEOBACHTER 434 11.6.5 ZUSTANDSBEOBACHTUNG MIT LUENBERGER-BEOBACHTER 435 11.6.6 ZUSTANDSBEOBACHTUNG MIT STOERGROESSEN-BEOBACHTER 435 11.6.7 ZUSTANDSREGELUNG MIT ZUSTANDSBEOBACHTER 436 11.6.8 ZUSTANDSREGELUNG MIT LUENBERGER-BEOBACHTER 436 11.6.9 ZUSTANDSREGELUNG MIT STOERGROESSEN-BEOBACHTER 437 11.7 UEBUNGSAUFGABEN 438 11.7.1 ZUSTANDSDARSTELLUNG GNM 438 11.7.2 SYSTEMANALYSE 438 . 11.7.3 ENTWURF EINES KAIMAN-FILTERS 439 11.7.4 ENTWURF EINES LQ-OPTIMIERTEN ZUSTANDSREGLERS 439 12 STATEFLOW 441 12.1 ELEMENTE VON STATEFLOW 442 12.1.1 GRAFISCHE ELEMENTE EINES CHARTS 444 12.1.2 CHART-EIGENSCHAFTEN UND TRIGGER-METHODEN 454 12.1.3 NICHTGRAFISCHE ELEMENTE EINES CHARTS 456 12.2 STRUKTURIERUNG UND HIERARCHIEBILDUNG 461 12.2.1 SUPERSTATES 461 12.2.2 SUBCHARTS 466 12.2.3 GRAFISCHE FUNKTIONEN 468 12.2.4 TRUTH TABLES 470 12.2.5 MATLAB FUNCTIONS IN STATEFLOW CHARTS 473 12.2.6 SIMULINK FUNCTIONS IN STATEFLOW 475 12.3 ACTION LANGUAGE 476 12.3.1 NUMERISCHE OPERATOREN 476 12.3.2 LOGISCHE OPERATOREN 476 IMAGE 8 XIV INHALTSVERZEICHNIS 12.3.3 UNAERE OPERATOREN UND ZUWEISUNGSAKTIONEN 476 12.3.4 DETEKTION VON WERT ANDER UNGEN 477 12.3.5 DATENTYP-UMWANDLUNGEN 478 12.3.6 AUFRUF VON MATLAB-FUNKTIONEN UND ZUGRIFF AUF DEN WORKSPACE 479 12.3.7 VARIABLEN UND EVENTS IN ACTION LANGUAGE 481 12.3.8 TEMPORALLOGIK-OPERATOREN 483 12.4 ANWENDUNGSBEISPIEL: GETRAENKEAUTOMAT 484 12.5 ANWENDUNGSBEISPIEL: STEUERUNG EINES HEIZGEBLAESES 486 12.6 ANWENDUNGSBEISPIEL: SPRINGENDER BALL 489 12.7 UEBUNGSAUFGABEN 491 12.7.1 MIKROWELLENHERD 491 12.7.2 ZWEIPUNKT-REGELUNG 492 SYMBOLVERZEICHNIS 493 LITERATURVERZEICHNIS 497 INDEX 501
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