Einführung in MATLAB/Simulink - Berechnung, Programmierung, Simulation
von: Angelika Bosl
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2017
ISBN: 9783446447707
Sprache: Deutsch
336 Seiten, Download: 22572 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
geeignet für:
Typ: A (einfacher Zugriff)
| Inhalt | 10 | ||
| 1 Einleitung | 16 | ||
| 1.1 Warum MATLAB/SIMULINK? | 16 | ||
| 1.2 MATLAB-/SIMULINK-Versionen | 17 | ||
| 1.3 Installation der Software | 19 | ||
| 2 Start der Arbeit mit MATLAB | 22 | ||
| 2.1 Grundlagen zum MATLAB-Desktop | 22 | ||
| 2.2 MATLAB-Fenster | 24 | ||
| 2.2.1 „Command Window“, das Befehlsfenster | 24 | ||
| 2.2.2 „Current Directory“, das aktuelle Arbeitsverzeichnis | 25 | ||
| 2.2.3 „Workspace“, der Arbeitsbereich oder Arbeitsspeicher | 26 | ||
| 2.2.4 „Command History“, die Chronik der Befehle | 30 | ||
| 2.3 Funktionen der Menüleiste („Toolstrip“) | 32 | ||
| 2.4 MATLAB-Hilfe und Beschreibungen der Befehle | 38 | ||
| 3 Zahlen, Vektoren und Matrizen | 47 | ||
| 3.1 Darstellung von Zahlen | 47 | ||
| 3.2 Umrechnung von Zahlen | 49 | ||
| 3.3 Definition von Variablen als Skalare, Vektoren oder Matrizen | 53 | ||
| 3.3.1 Definieren von Variablen | 53 | ||
| 3.3.2 Spalten- und Zeilenvektoren | 54 | ||
| 3.3.3 Matrizen Werte zuordnen | 56 | ||
| 3.3.4 Spezielle Matrizen | 59 | ||
| 3.3.5 Größe eines Vektors oder einer Matrix | 65 | ||
| 3.3.6 Maximal- und Minimalwerte bestimmen | 66 | ||
| 3.3.7 Statistische Charakteristika bestimmen | 67 | ||
| 4 Mathematische Berechnungen mit MATLAB | 71 | ||
| 4.1 Grundrechenarten | 71 | ||
| 4.2 Elementare mathematische Funktionen | 75 | ||
| 4.3 Trigonometrische Funktionen | 77 | ||
| 4.4 Relationale Operatoren | 78 | ||
| 4.5 Logische Operatoren | 79 | ||
| 4.6 Besonderheiten beim Rechnen mit Vektoren und Matrizen | 83 | ||
| 4.6.1 Vektoraddition und -subtraktion | 84 | ||
| 4.6.2 Transponieren einer Matrix oder eines Vektors | 84 | ||
| 4.6.3 Invertieren einer quadratischen Matrix | 85 | ||
| 4.6.4 Rang einer Matrix mit rank | 86 | ||
| 4.6.5 Determinante einer quadratischen Matrix | 87 | ||
| 4.6.6 Matrixmultiplikation | 89 | ||
| 4.6.7 Multiplikation einer Matrix mit einem Skalar | 91 | ||
| 4.6.8 Potenzieren einer Matrix | 93 | ||
| 4.6.9 Vektor-Matrix-Produkt | 93 | ||
| 4.6.10 Linke Matrixdivision (engl. „backslash division“) | 94 | ||
| 4.6.11 Rechte Matrixdivision (engl. „slash division“) | 95 | ||
| 4.7 Spezielle Matrixmanipulationen | 95 | ||
| 4.7.1 Spezielle mathematische Befehle für Matrizen | 95 | ||
| 4.7.2 Spezielle Teilbereiche einer Matrix extrahieren | 96 | ||
| 4.8 Feldoperationen: Elementweise Verknüpfung von Vektoren | 98 | ||
| 4.8.1 Elementweise Multiplikation (engl. „array multiply“) | 98 | ||
| 4.8.2 Elementweise Division | 99 | ||
| 4.8.3 Elementweises Potenzieren | 100 | ||
| 5 Grafische Darstellungen von Funktionen | 102 | ||
| 5.1 Einfache Grafiken und Diagramme mit plot | 102 | ||
| 5.2 Grafikeigenschaften – „Figure Properties“ | 104 | ||
| 5.2.1 Farbpaletten auswählen mit colormap | 104 | ||
| 5.2.2 „Figure Properties“ über die Befehlszeile definieren | 104 | ||
| 5.2.3 „Properties“ über die Menüleiste im Grafikfenster bestimmen | 109 | ||
| 5.2.4 Grafikeigenschaften („Properties“) mit dem „Property Editor“ verändern | 116 | ||
| 5.3 Mehrere Diagramme in einem Grafikfenster | 118 | ||
| 5.3.1 Mehrere Kurven oder Diagrammtypen in einem Diagramm mit hold | 119 | ||
| 5.3.2 Unterdiagramme in einem Grafikfenster mit subplot | 119 | ||
| 5.4 Grafiktypen im zweidimensionalen Bereich | 120 | ||
| 5.5 Grafiktypen im dreidimensionalen Bereich | 131 | ||
| 5.6 Grafiken erzeugen über den Tab „PLOTS“ der Titelleiste | 141 | ||
| 6 Programmieren in MATLAB | 145 | ||
| 6.1 Editor | 145 | ||
| 6.2 Varianten der Programmiervorlagen | 154 | ||
| 6.3 „Script“ – Einfache Befehlsfolgen | 155 | ||
| 6.4 Kontrollstrukturen für die komplexere Programmierung | 157 | ||
| 6.4.1 for-Schleife | 158 | ||
| 6.4.2 while-Schleife | 160 | ||
| 6.4.3 if-elseif-else-Verzweigung | 162 | ||
| 6.4.4 switch-case-otherwise-Verzweigung | 164 | ||
| 6.4.5 try-catch-Fehlerkontrolle | 166 | ||
| 6.4.6 Weitere Befehle, die den Programmablauf beeinflussen | 167 | ||
| 6.5 Nützliche Befehle für die Programmierung unter MATLAB | 170 | ||
| 6.6 „Function“ – Funktionen in MATLAB | 175 | ||
| 6.6.1 Kopfzeile einer Funktion (Syntax) | 175 | ||
| 6.6.2 Aufbau einer Funktion | 176 | ||
| 6.6.3 Verschachtelte Funktionen | 177 | ||
| 6.7 „Class“ – Objektklassen in MATLAB | 178 | ||
| 7 „Control System Toolbox“ – Alles was man für die Regelungstechnik braucht | 180 | ||
| 7.1 Eingabe der Übertragungsfunktion Gs eines Regelkreises | 181 | ||
| 7.1.1 Befehl tf | 181 | ||
| 7.1.2 Befehl conv zur Polynommultiplikation | 182 | ||
| 7.2 Zusammenschaltung von Modellen (Signalflussplan-Algebra) | 183 | ||
| 7.2.1 Reihen-, Serien- oder Kettenschaltung | 183 | ||
| 7.2.2 Parallelschaltung | 184 | ||
| 7.2.3 Übertragungsfunktion mithilfe der Laplace-Variablen s | 186 | ||
| 7.2.4 Polform einer Übertragungsfunktion mit zpk | 187 | ||
| 7.2.5 Befehl feedback zur Berechnung des geschlossenen Regelkreises – Führungsübertragungsfunktion | 188 | ||
| 7.3 Grafische Darstellungsmöglichkeiten für Übertragungsfunktionen | 189 | ||
| 7.3.1 Impulsantwort (Gewichtsfunktion) mit impulse | 190 | ||
| 7.3.2 Sprungantwort (Übergangsfunktion) mit step | 192 | ||
| 7.3.3 Bode-Diagramm (Frequenzgang) mit bode | 195 | ||
| 7.3.4 Nyquist-Ortskurve mit nyquist | 197 | ||
| 7.3.5 Nichols-Ortskurve mit nichols | 199 | ||
| 7.3.6 Pol- und Nullstellendiagramm mit pzmap | 200 | ||
| 7.3.7 Wurzelortskurve (WOK) mit rlocus | 202 | ||
| 7.4 Charakteristika einer Übertragungsfunktion | 203 | ||
| 7.4.1 Befehl pole zur Berechnung der Poleeiner Übertragungsfunktion | 203 | ||
| 7.4.2 Befehle tzero (engl. transmission zeros) und zero zur Berechnung der Nullstellen | 204 | ||
| 7.4.3 Befehl get zur Ausgabe der Eigenschaften einer Übertragungsfunktion | 204 | ||
| 7.4.4 Befehl set zum Setzen von Eigenschaften einer Übertragungsfunktion | 208 | ||
| 7.4.5 Befehl margin | 212 | ||
| 7.5 Einfacher Reglerentwurf mit MATLAB | 214 | ||
| 7.5.1 Bestimmung des Verstärkungsfaktors KV mit dem Bode-Diagramm | 217 | ||
| 7.5.2 Bestimmung des Regel- oder Verstärkungsfaktors KV mithilfeder Wurzelortskurve (WOK) | 229 | ||
| 7.5.3 „Control System Designer“ zum Reglerentwurf – sisotool | 232 | ||
| 7.5.3.1 Tab „Control System“ | 233 | ||
| 7.5.3.2 Tab „ROOT LOCUS EDITOR“, „BODE EDITOR“ bzw. „NICHOLS EDITOR“ | 233 | ||
| 7.5.3.3 Tab „VIEW“ | 236 | ||
| 7.5.3.4 „Graphical Tuning“ – Grafische Methoden zur Regleroptimierung | 236 | ||
| 7.5.3.5 „Automated Tuning“ – Automatisierte Regleroptimierung anhand vorgegebener Parameter | 249 | ||
| 8 Einführung in die SIMULINK-Toolbox | 253 | ||
| 8.1 Erste Schritte in SIMULINK | 253 | ||
| 8.2 Wichtige Funktionen in der Menüleiste einer SIMULINK-Simulation | 259 | ||
| 8.2.1 Menüpunkt „File“ | 260 | ||
| 8.2.2 Menüpunkt „Edit“ | 268 | ||
| 8.2.3 Menüpunkt „View“ | 269 | ||
| 8.2.4 Menüpunkt „Display“ | 272 | ||
| 8.2.5 Menüpunkt „Diagram“ | 276 | ||
| 8.2.6 Menüpunkt „Simulation“ | 279 | ||
| 8.2.7 Menüpunkt „Analysis“ | 281 | ||
| 8.2.8 Menüpunkt „Code“ | 286 | ||
| 8.2.9 Menüpunkt „Tools“ | 286 | ||
| 8.3 Kurzbeschreibung der Icons der Symbolleiste („Toolbar“) | 287 | ||
| 8.4 Kurzbeschreibung der wichtigsten SIMULINK-Blöcke | 288 | ||
| 8.5 Tipps & Tricks für Regelkreis-Simulationen | 293 | ||
| 8.6 Tipps zur Auswertung grafischer Ergebnisse des Scope | 306 | ||
| 8.6.1 Ändern der grafischen Darstellung im Bildbearbeitungsprogramm | 306 | ||
| 8.6.2 Konfigurierbare Darstellung des Scope-Fensters über MATLAB | 306 | ||
| A MATLAB-Befehlsliste für die Abbildungen der zweidimensionalen Grafikbeispiele in Abschnitt 5.4 | 309 | ||
| B MATLAB-Befehlsliste für die Abbildungen der dreidimensionalen Grafikbeispiele in Abschnitt 5.5 | 313 | ||
| C MATLAB-Programm zur Berechnung eines optimierten Reglers mithilfe des Bode-Diagramms und des margin-Befehls | 317 | ||
| Literatur | 320 | ||
| Index | 322 |
