Informatik für Ingenieure - Eine Einführung mit MATLAB, Simulink und Stateflow

von: Rainer Hagl

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2017

ISBN: 9783446451162

Sprache: Deutsch

426 Seiten, Download: 61039 KB

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Informatik für Ingenieure - Eine Einführung mit MATLAB, Simulink und Stateflow

	Inhalt	12
	1 Einführung	16
	1.1 Historie Rechenmaschinen	19
	1.2 Computerunterstützung bei der Lösung mathematischer Aufgaben	26
	1.3 Modellbasierte Steuergeräteentwicklung	30
	2 Grundlagen der Programmierung	36
	2.1 Erste Schritte in MATLAB und Grundregeln	37
	2.1.1 Bedienoberfläche	37
	2.1.2 Wertezuweisung und Variablendefinition	40
	2.1.3 Hilfeunterstützung und elektronische Dokumentation	45
	2.1.4 Ein- und mehrdimensionale Felder	48
	2.1.5 Arithmetische Operatoren für den Einstieg	50
	2.1.6 Relationale und logische Operatoren	52
	2.1.7 Sonderzeichen	54
	2.1.8 MATLAB Editor	56
	2.1.9 Programmbeispiel	62
	2.1.10 Script und Function	65
	2.1.11 Workspace und Gültigkeitsbereich von Variablen	74
	2.1.12 Arbeitsverzeichnisse	76
	2.1.13 Fehlersuche und Debugger	79
	2.1.14 Freigabe und Initialisierung von Speicherbereichen	83
	2.1.15 MATLAB Version	84
	2.1.16 Auffinden des Verzeichnisses von Funktionen	85
	2.2 Vektoren und Matrizen	86
	2.2.1 Teilentnahmen von Elementen bei Vektoren und Matrizen	87
	2.2.2 Automatisierte Bestimmung von Indizes	87
	2.2.3 Automatisierte Bestimmung der Dimensionen	88
	2.2.4 Vorbelegung	89
	2.2.5 Automatisiertes Zusammenfügen von Vektoren und Matrizen	90
	2.3 Zeichenketten	91
	2.3.1 Grundlagen	91
	2.3.2 Klassenumwandlungen	93
	2.3.3 Ausführung als MATLAB Anweisung	93
	2.4 Structure Array	94
	2.5 Cell Array	96
	2.6 Objekte	97
	2.7 Ablauf- und Kontrollstrukturen	99
	2.7.1 If-Verzweigungen	99
	2.7.2 Switch-Verzweigung	101
	2.7.3 For-Schleife	102
	2.7.4 While-Schleife	103
	2.7.5 Schleifenunterbrechung (break)	104
	2.7.6 Try/catch-Verzweigung	105
	2.7.7 Pause	107
	2.8 Text einlesen und ausgeben	107
	2.9 Daten einlesen und speichern	110
	2.9.1 Allgemein übliche Dateiformate	110
	2.9.2 MATLAB spezifisches Dateiformat	112
	2.10 Grafische Visualisierung	114
	2.10.1 Zweidimensionale Visualisierung	115
	2.10.2 Dreidimensionale Visualisierung	121
	2.11 MATLAB Grundeinstellungen	127
	2.11.1 Einrückungen	127
	2.11.2 Autosave	128
	2.11.3 Kopien von Grafiken in Dokumente	129
	3 Grafische Bedienoberflächen	131
	3.1 Grafische Elemente (Graphics Objects)	133
	3.1.1 Eigenschaften (Properties)	134
	3.1.2 Identifizierungskennzeichen (Handle)	137
	3.1.3 Abfrage von Eigenschaften	140
	3.1.4 Veränderung von Eigenschaften	143
	3.1.5 Hierarchie grafischer Elemente	146
	3.1.6 Ermittlung von Identifizierungskennzeichen (Handle)	147
	3.1.7 Aktuelles Identifizierungskennzeichen (Handle)	149
	3.1.8 Festlegung des Achssystems	150
	3.1.9 Achsbeschriftungen	151
	3.2 Entwicklung grafischer Bedienoberflächen	153
	3.2.1 Beispielaufgabe	153
	3.2.2 Programmatic GUI	157
	3.2.3 Platzierung grafischer Bedienelemente	160
	3.2.4 Callback	162
	3.2.5 Menüleiste	162
	3.2.6 Symbolleiste	165
	3.2.7 Ablaufsteuerung	167
	3.2.8 Entwicklungsumgebung Guide	168
	3.2.9 Ausrichtung grafischer Bedienelemente (Alignment)	175
	3.2.10 Eigenschaften grafischer Bedienelemente (Properties)	175
	3.2.11 Tags	178
	3.2.12 Callback Guide	184
	3.2.13 Object Browser	186
	3.2.14 Tab Order Editor	187
	3.2.15 Datenorganisation	187
	3.2.16 Beispiel	188
	3.3 Kapselung der grafischen Bedienoberfläche	191
	3.3.1 Callbacks als Funktion	192
	3.3.2 Lokale Datenhaltung	193
	3.4 Guide Template	196
	3.4.1 Erzeugung von „function handles“	197
	3.4.2 Datenverwaltung	202
	3.4.3 Funktionsergänzungen	203
	3.5 Animation	204
	3.6 Eigenständige Applikationen (Apps)	205
	4 Zahlenformate	207
	4.1 Ganze Zahlen	207
	4.2 Gleitkommazahlen und Festkommazahlen	214
	4.3 Zahlenformate in MATLAB	218
	4.4 Über- oder Unterschreitung des Wertebereiches	220
	4.5 Auflösungsgrenzen bei Berechnungen	221
	4.6 Komplexe Zahlen	223
	5 Numerische Integration	224
	5.1 Mathematische Problemstellung	225
	5.2 Explizites Euler-Verfahren	227
	5.3 Runge-Kutta-Verfahren	233
	5.4 Berechnungsgenauigkeit und Berechnungsdauer	234
	5.5 Einschritt- und Mehrschrittverfahren	237
	5.6 Verfahren mit variabler Schrittweite	237
	5.7 Steife Systeme	239
	5.8 Numerische Integration mit MATLAB	240
	6 Zeitgesteuerte Systeme (Simulink)	246
	6.1 Modellerstellung	249
	6.2 Eigenschaften von Blöcken	266
	6.3 Simulation	269
	6.4 Visualisierung und Weiterverarbeitung der Simulationsergebnisse	272
	6.5 Dashboard-Blöcke	278
	6.6 Externe Beeinflussung von Blockparametern	281
	6.7 Hierarchisches Modell und Verbesserung der Übersichtlichkeit	284
	6.8 Model Explorer	289
	6.9 Physikalische Modellierung	289
	6.10 Codegenerierung	295
	7 Ereignisdiskrete Systeme (Stateflow)	296
	7.1 Entwicklungsumgebung Stateflow	297
	7.2 Beispielsystem	302
	7.3 Flussdiagramme	303
	7.3.1 Modellerstellung	306
	7.3.2 Vorgefertigte Musterabläufe	316
	7.3.3 Backtracking	319
	7.3.4 Designrichtlinien	321
	7.4 Zustandsdiagramme	321
	7.4.1 Modellerstellung	324
	7.4.2 Aktualisierungsbeispiel	334
	7.4.3 Super Step	335
	7.4.4 Flussdiagramm in einem Zustand	336
	7.4.5 Designrichtlinien	338
	7.4.6 Hierarchische Modelle	338
	7.4.7 History Junction	342
	7.4.8 Parallele Zustände	344
	7.4.9 Events	346
	7.4.10 Funktionsaufrufe	362
	7.5 Tabellarische Beschreibung von Zustandsautomaten	367
	7.5.1 Wahrheitstabellen	368
	7.5.2 Zustandsübergangstabellen	372
	7.6 Simulation und Debugging	379
	8 Paralleles Rechnen	383
	8.1 Vorarbeit serielle Codeoptimierung	386
	8.2 Eingebaute Parallelisierung	388
	8.3 Auswahl der Hardware-Ressourcen	389
	8.4 Parallele for-Schleifen	391
	8.5 Batch jobs und Cluster	393
	9 Symbolisches Rechnen	400
	9.1 Umformen von algebraischen Ausdrücken	401
	9.2 Lösung von Gleichungen	402
	9.2.1 Lineare Gleichungen	402
	9.2.2 Nichtlineare Gleichungen	404
	9.3 Taylorreihen	404
	9.4 Laplace-Transformation	405
	9.5 Integrieren von Funktionen	405
	9.6 Differenzieren von Funktionen	406
	9.7 Lösung von Differentialgleichungen	407
	Literatur	411
	Index	412

Informatik für Ingenieure - Eine Einführung mit MATLAB, Simulink und Stateflow

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