Einführung in MATLAB, Simulink: Berechnung, Programmierung, Simulation ; mit 43 Tabellen sowie zahlreichen praktischen Hinweisen und Beispielen
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München
Fachbuchverl. Leipzig im Carl-Hanser-Verl.
2012
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IMAGE 1
I N H A L T
EINLEITUNG 13
1.1 WARUM MATLAB / SIMULINK? 13
1.2 MATLAB-/ SIMULINK-VERSIONEN 14
1.3 INSTALLATION DER SOFTWARE 15
START DER ARBEIT MIT MATLAB 17
2.1 GRUNDLAGEN ZUM MATLAB-DESKTOP 17
2.2 MATLAB-FENSTER 18
2.2.1 "COMMAND WINDOW", DAS BEFEHLSFENSTER 19
2.2.2 "CURRENT DIRECTORY", DAS ARBEITSVERZEICHNIS 20
2.2.3 "WORKSPACE", DER ARBEITSBEREICH ODER ARBEITSSPEICHER 20
2.2.4 "COMMAND HISTORY", DIE CHRONIK DER BEFEHLE 24
2.2.5 "START"-KNOPF 26
2.3 MATLAB-HILFE U N D BESCHREIBUNGEN DER BEFEHLE 26
ZAHLEN, VEKTOREN UND MATRIZEN 3 3
3.1 DARSTELLUNG VON ZAHLEN 33
3.2 UMRECHNUNG VON ZAHLEN 35
3.2.1 RUNDEN VON NACHKOMMAZAHLEN 37
3.3 DEFINITION VON VARIABLEN ALS SKALARE, VEKTOREN ODER MATRIZEN 38
3.3.1 DEFINIEREN VON VARIABLEN 38
3.3.2 SPALTEN- U N D ZEILENVEKTOREN 39
3.3.3 MATRIZEN WERTE ZUORDNEN 41
3.3.4 SPEZIELLE MATRIZEN 44
3.3.5 GROESSE EINES VEKTORS ODER EINER MATRIX 50
3.3.6 MAXIMAL- U N D MINIMALWERTE BESTIMMEN 51
3.3.7 STATISTISCHE CHARAKTERISTIKA BESTIMMEN 52
MATHEMATISCHE BERECHNUNGEN MIT MATLAB 55
4.1 GRUNDRECHENARTEN 55
4.2 ELEMENTARE MATHEMATISCHE FUNKTIONEN 59
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IMAGE 2
8 INHALT
4.3 TRIGONOMETRISCHE FUNKTIONEN 61
4.4 RELATIONALE OPERATOREN 62
4.5 LOGISCHE OPERATOREN 63
4.6 BESONDERHEITEN BEIM RECHNEN MIT VEKTOREN U N D MATRIZEN 66
4.6.1 VEKTORADDITION UND-SUBTRAKTION 66
4.6.2 TRANSPONIEREN EINER MATRIX ODER EINES VEKTORS 67
4.6.3 INVERTIEREN EINER QUADRATISCHEN MATRIX ;. 68
4.6.4 RANG EINER MATRIX MIT R A N K 69
4.6.5 DETERMINANTE EINER QUADRATISCHEN MATRIX 69
4.6.6 MATRIXMULTIPLIKATION 72
4.6.7 MULTIPLIKATION EINER MATRIX MIT EINEM SKALAR 74
4.6.8 POTENZIEREN EINER MATRIX 75
4.6.9 VEKTOR-MATRIX-PRODUKT 76
4.6.10 LINKE MATRIXDIVISION {ENGL, "BACKSLASH DIVISION") 76
4.6.11 RECHTE MATRIXDIVISION (ENGL, "SLASH DIVISION") 77
4.7 SPEZIELLE MATRIXMANIPULATIONEN 78
4.7.1 SPEZIELLE MATHEMATISCHE BEFEHLE FUER MATRIZEN 78
4.7.2 SPEZIELLE TEILBEREICHE EINER MATRIX EXTRAHIEREN 79
4.8 FELDOPERATIONEN: ELEMENTWEISE VERKNUEPFUNG VON VEKTOREN 80
4.8.1 ELEMENTWEISE MULTIPLIKATION (ENGL, "ARRAY MULTIPLY") 80
4.8.2 ELEMENTWEISE DIVISION 82
4.8.3 ELEMENTWEISES POTENZIEREN 83
Q GRAFISCHE DARSTELLUNGEN VON FUNKTIONEN 85
5.1 EINFACHE GRAFIKEN U N D DIAGRAMME MIT P L O T 85
5.2 GRAFIKEIGENSCHAFTEN - "FIGURE PROPERTIES" 86
5.2.1 FARBPALETTEN AUSWAEHLEN MIT COLORMAP 87
5.2.2 "FIGURE PROPERTIES" UEBER DIE BEFEHLSZEILE DEFINIEREN 88
5.2.3 "PROPERTIES" DIREKT IM GRAFIKFENSTER BESTIMMEN 91
5.3 MEHRERE DIAGRAMME IN EINEM GRAFIKFENSTER 98
5.3.1 MEHRERE KURVEN ODER DIAGRAMMTYPEN IN EINEM DIAGRAMM MIT H O L D .
. . 98
5.3.2 UNTERDIAGRAMME IN EINEM GRAFIKFENSTER MIT S U B P L O T 99
5.4 GRAFIKTYPEN IM ZWEIDIMENSIONALEN BEREICH 100
5.5 ' GRAFIKTYPEN IM DREIDIMENSIONALEN BEREICH 110
5.6 GRAFIKEN ERZEUGEN MIT DEM "PLOT SELECTOR" 120
IMAGE 3
INHALT 9
PROGRAMMIEREN IN MATLAB 122
6.1 M-FILE-EDITOR 122
6.2 M-FILE-VARIANTEN 128
6.3 "BLANK M-FILES" - EINFACHE BEFEHLSFOLGEN 128
6.4 KONTROLLSTRUKTUREN FUER DIE KOMPLEXERE PROGRAMMIERUNG 130
6.4.1 FOR-SCHLEIFE 130
6.4.2 WHILE-SCHLEIFE 132
6.4.3 IF-ELSEIF-ELSE-VERZWEIGUNG 134
6.4.4 SWITCH-CASE-OTHERWISE-VERZWEIGUNG 136
6.4.5 TRY-CATCH-FEHLERKONTROLLE 138
6.4.6 WEITERE BEFEHLE, DIE DEN PROGRAMMABLAUF BEEINFLUSSEN 139
6.5 NUETZLICHE BEFEHLE FUER DIE ARBEIT MIT M-FILES 141
6.6 "FUNCTION M-FILE" - FUNKTIONEN IN MATLAB 143
6.6.1 KOPFZEILE EINER FUNKTION (SYNTAX) 144
6.6.2 AUFBAU EINER FUNKTION 144
6.6.3 VERSCHACHTELTE FUNKTIONEN 145
6.7 "CLASS M-FILE" 145
"CONTROL TOOLBOX" - ALLES W A S MAN FUER DIE REGELUNGSTECHNIK BRAUCHT 148
7.1 EINGABE DER UEBERTRAGUNGSFUNKTION G S EINES REGELKREISES 148
7.1.1 BEFEHL T F 149
7.1.2 BEFEHL CONV ZUR POLYNOMMULTIPLIKATION 150
7.2 ZUSAMMENSCHALTUNG VON MODELLEN (SIGNALFLUSSPLAN-ALGEBRA) 151
7.2.1 REIHEN-, SERIEN-ODER KETTENSCHALTUNG 151
7.2.2 PARALLELSCHALTUNG 152
7.2.3 UEBERTRAGUNGSFUNKTION MITHILFE DER LAPLACE-VARIABLEN S 153
7.2.4 POLFORM EINER UEBERTRAGUNGSFUNKTION MIT ZPK 154
7.2.5 BEFEHL FEEDBACKZUR BERECHNUNG DES GESCHLOSSENEN REGELKREISES
FUEHRUNGSUEBERTRAGUNGSFUNKTION 156
7.3 GRAFISCHE DARSTELLUNGSMOEGLICHKEITEN FUER UEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN 157
7.3.1 IMPULSANTWORT (GEWICHTSFUNKTION) MIT IMPULSE 157
7.3.2 SPRUNGANTWORT (UEBERGANGSFUNKTION) MIT S T E P 160
7.3.3 BODE-DIAGRAMM (FREQUENZGANG) MIT BODE 162
7.3.4 NYQUIST-ORTSKURVE MIT N Y Q U I S T 164
7.3.5 NICHOLS-ORTSKURVE MIT N I C H O L S 166
7.3.6 POL- U N D NULLSTELLENDIAGRAMM MIT PZMAP 167
7.3.7 WURZELORTSKURVE (WOK) MIT R L O C U S 169
IMAGE 4
10 INHALT
7.4 CHARAKTERISTIKA EINER UEBERTRAGUNGSFUNKTION 170
7.4.1 BEFEHL P O L E ZUR BERECHNUNG DER POLE EINER UEBERTRAGUNGSFUNKTION
170
7.4.2 BEFEHLE T Z E R O (ENGL, TRANSMISSION ZEROS) U N D Z E R O ZUR
BERECHNUNG DER NULLSTELLEN 171
7.4.3 BEFEHL G E T ZUR AUSGABE DER EIGENSCHAFTEN EINER
UEBERTRAGUNGSFUNKTION 171
7.4.4 BEFEHL S E T ZUM SETZEN VON EIGENSCHAFTEN EINER
UEBERTRAGUNGSFUNKTION 174
7.4.5 BEFEHL MARGIN 178
7.5 EINFACHER REGLERENTWURF MIT MATLAB 180
7.5.1 BESTIMMUNG DES VERSTAERKUNGSFAKTORS KY MIT D E M BODE-DIAGRAMM 183
7.5.2 BESTIMMUNG DES REGEL- ODER VERSTAERKUNGSFAKTORS KY MITHILFE DER
WURZELORTSKURVE (WOK) 195
7.5.3 "SISO DESIGN TOOL" ZUM REGLERENTWURF - S I S O T O O L 198
7.5.3.1 FENSTER "ARCHITECTURE" 198
7.5.3.2 FENSTER "COMPENSATOR EDITOR" 200
7.5.3.3 FENSTER "GRAPHICAL TUNING" 201
7.5.3.4 INTERAKTIVES GRAFIKFENSTER "DESIGN PLOT" 202
7.5.3.5 FENSTER "ANALYSIS PLOTS" 209
7.5.3.6 FENSTER "AUTOMATED TUNING" 209
7.5.3.7 SISO DESIGN TASK NODE 211
7.5.3.8 "CONTROL AND ESTIMATION TOOLS MANAGER"-TASKLEISTE 213
Q EINFUEHRUNG IN DIE SIMULINK-TOOLBOX 215
8.1 ERSTE SCHRITTE IN SIMULINK 215
8.2 WICHTIGE FUNKTIONEN IN DER MENUELEISTE EINER SIMULINK-SIMULATION 218
8.2.1 MENUEPUNKT "FILE" 219
8.2.2 MENUEPUNKT "EDIT" 227
8.2.3 MENUEPUNKT "VIEW" 229
8.2.4 MENUEPUNKT "SIMULATION" 231
8.2.5 MENUEPUNKT "FORMAT" 231
8.2.6 MENUEPUNKT "TOOLS" 232
8.3 KURZBESCHREIBUNG DER ICONS DER SYMBOLLEISTE 239
8.4 KURZBESCHREIBUNG DER WICHTIGSTEN SIMULINK-BLOECKE 240
8.5 TIPPS & TRICKS FUER REGELKREIS-SIMULATIONEN 244
8.5.1 PI-REGLER 245
8.5.2 PID-REGLER 251
8.6 TIPPS ZUR AUSWERTUNG GRAFISCHER ERGEBNISSE DES SCOPE 256
8.6.1 AENDERN DER GRAFISCHEN DARSTELLUNG IM BILDBEARBEITUNGSPROGRAMM 256
8.6.2 KONFIGURIERBARE DARSTELLUNG DES SCOPE- FENSTERS UEBER MATLAB 256
IMAGE 5
INHALT 11
Q MATLAB-BEFEHLSLISTE FUER DIE ABBILDUNGEN
DER ZWEIDIMENSIONALEN GRAFIKBEISPIELE IN ABSCHNITT 5.4 258
0 MATLAB-BEFEHLSLISTE FUER DIE ABBILDUNGEN
DER DREIDIMENSIONALEN GRAFIKBEISPIELE IN ABSCHNITT 5.5 262
Q M-FILE ZUR BERECHNUNG EINES OPTIMIERTEN REGLERS
MITHILFE D E S BODE-DIAGRAMMS UND D E S MARGIN -BEFEHLS 266
LITERATUR 269
INDEX 271 |
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