Ottmar Beucher

MATLAB und SimulinkEine kursorientierte Einführung

Außerdem bei mitp:

Aus dem Inhalt:• Rechnen und Visua-

lisieren mit MATLAB: Variablen, arithmetische Operationen, logische und relationale Operationen, mathematische Funktio-nen, Grafi kfunktionen, I/O-Operationen, elemen-tare Matrixmanipulationen

• Elementare Programmierung: Scripts und Funktionen, prozedurale Sprachkon-strukte, Function Handles, Lösung von Differential-gleichungen, symbolische Rechnungen mit der Symbolic Math Toolbox

• Fortgeschrittene Programmierung: Komplexere Datenstruk-turen, Objektorientiertes Programmieren, Toolboxes nutzen, symbolische Rechnungen mit MuPAD

• Einführung in Simulink: grafi sche Programmierung, Simulation dynamischer Systeme, Benutzerober-fl äche

• Ausgewählte Simulationstechniken: Vereinfachung von Simulink-Systemen, Interaktion mit MATLAB, Umgang mit Kennlininen und Kennfeldern

• Übungsaufgaben und Lösungen

Unter Berücksichtigung der umfangreichen Änderungen beider Softwarewerkzeuge ab Release 2012 versucht das vorliegende Buch, die Grundlagen von MATLAB und Simulink innerhalb kurzer Zeit, idealerweise in einem einwöchigen Kurs, zu vermitteln.

Adressiert werden vor allem Ingenieurstudenten der ersten Studiensemester, die für den Umgang mit MAT-LAB und Simulink nach einer Einführung suchen, die sich an den Kenntnissen und Bedürfnissen eines Studienan-fängers orientiert.

Darüber hinaus ist das Buch auch für schon im Beruf stehende Ingenieure interessant, die MATLAB und Simu-link zumindest in ihren Grundzügen kennen und beherr-schen müssen, um spezielle Aufgaben lösen zu können. Die für das Verständnis des vorliegenden Buches not-wendigen Vorkenntnisse hat ein Ingenieur auch noch Jahre nach seinem Studium.

Der kursartige Aufbau des Buches soll schließlich Leh-renden eine Leitlinie geben, wie der Stoff in einem Kurs im Umfang von etwa einer Woche vermittelt werden könnte. Die Struktur gibt im Wesentlichen den Aufbau eines Einführungskurses des Autors an der Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft wieder und spiegelt die Lehrerfahrung von über einem Jahrzehnt auf diesem Gebiet.

Professor Dr. Ottmar Beucher ist Professor für Mathe-matik, Informatik und numerische Signalverarbeitung an der Fakultät Mechatronik der Hochschule Karlsruhe und verfügt über langjährige Lehrerfahrung auf dem Gebiet MATLAB/Simulink.

ISBN 978-3-8266-9454-7

(D) €

29

,95

Grundlagenwissen für einen 5-Tage-KursLeitfaden für Lehre, Studium und BerufMATLAB / Simulink Release 2012

ISBN 978-3-8266-9467-7ISBN 978-3-8266-9467-7

Beuc

her

MAT

LAB

und Si

mul

ink

18,5 mm

ISBN 978-3-8266-9453-0

ISBN 978-3-8266-9156-6

978-3-8266-9467-7_umschlag_K.indd Alle Seiten 2/20/2013 10:26:43 AM

StichwortverzeichnisAAlgebraische Schleife 254Anonyme Funktionen 309anonymous functions 309Arbeitsverzeichnis 56Arithmetische Operationen 16Array 7Array-Operation siehe

FeldoperationAusgabe unterdrücken 38Autokorrektur 81

BBildschirmausgabe

unterdrücken 13Blockschaltbild 188Brush/Select-Tool 43built-in function 162

Ccall-by-reference 93call-by-value 92case sensitivity 89Cell Array 3, 139, 150Indizierung 156Indizierungsarten 156Mehrfachindizierung 157

Command-History-Fenster 5,11, 74

Command-Window 5Computer-Algebra-Programm 3Configuration

Parameters-Fenster 198Control Systems Toolbox 178Current Folder Browser 5

DData Cursor 43Dateischnittstellen 56Datenaustausch 56DatenstrukturArray 3Cell Array 3Klasse 4

numerisches Feld 3Differentialgleichungenexakt lösen 135mit MATLAB lösen 114mit Simulink lösen 187, 203numerische Lösung 189Systeme 1.Ordnung 118Mathematisches Pendel 116RC-Tiefpass 123

Differenzengleichungen 187Divisionen 19do-while-Schleife 102Doppelpunkt-Operator 12, 66Dynamische Systeme 187mit Simulink simulieren 203

EEditorbreakpoints 85Debugging-Funktion 85Elemente 85

Eingabeprompt 6Eingabezeilenumbruch 33Einheitsmatrix 63Einlesefunktion 101Elementare Funktionen 29Elementare

MATLAB-Operationen 5Elementare

Matrixmanipulationen 62Elementeprivate 168

end-Operator 67Exklusives Oder 25

FFeldoperation 17, 278Fensterandocken 9

for-Schleife 98Format

short 7function handle 110

Funktionenelementare 29spezielle 31variable Parameterliste 105

Funktionsnamen 88

GGedämpfte Schwingung 207Grafik

aufeinander zeichnen 50Nachbearbeitung 42

Grafikexport 44Grafikformat

Encapsulated Postscript 45MATLAB-figure 45Portable Network Graphics

45Grafische Programmierung 187

Hhandles 110Hilfe-Funktionen 75History-Mechanismus 11, 74Höhenlinienplot 45

II/O-Operationen 56

spezielle 58if-Konstrukt 96Import Tool 57Infinity (Inf) 270Inhaltsindizierung 151, 153Initialisierung

Matrizen 63Vektoren 63

Initialisierungs-Konstruktor 169Instanz einer Klasse 164Integrator

Initial Condition 195initialisieren 204, 210

Interpreter 4Interpretersprache 4

KKachelplot 45

© des Titels »MATLAB und Simulink« (ISBN 978-3-8266-9530-8) 2013 by Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm GmbH, Heidelberg. Nähere Informationen unter: http://www.mitp.de/9530

Kennfeld 252Kennlinie 252Keyboard-Shortcut 79Klasse 164Eigenschaften 166Methoden 166Objekte 167

Kommandofenster 6Kommandosabändern 10rekonstruieren 10wiederholen 10

Kommandozeilenumbruch 33Kommentarein Kommandos 16in Programmen 87

Komplexe Zahlen 8Konvertierung 96

Komponentenweise Operation17

Konstruktor 169Kontextmenü der rechten

Maustaste 57, 72, 215Kontrollflusskonstrukte 96

for-Schleife 98if-Konstrukte 96switch-Konstrukt 103while-Schleife 101

LLaplace-Transformierte 192Lattenzaungrafik 39Leerer Vektor [ ] 12, 100Leistungsanpassung 256Linke Division \ 19Logische Indizierung 26Logische Negation 25Logische Operationen 23Logische Operatoren 23Logisches Oder 25Logisches Und 23, 25

MMaschenplot 45Maskierung von

Simulink-Blöcken 228

Mathematische Funktionen 29Mathematisches Pendel 116MATLABDatenstrukturen 139objektorientiert 164Differentialgleichungen 114Editor 83Elementare Konstrukte 4Funktionen 83, 88Ausgabeparameter 89Eingabeparameter 89Help-Mechanismus 87

Grafik 36Grafikfunktionen 36m-file 83Macros 85MuPAD 179Prozeduren 85Script-Files 85Scripts 83Sprachkonstrukte 94Symbolic Math Toolbox 128Toolboxes 178Variablen 5, 6

MATLAB-Benutzeroberfläche 5MATLAB-Funktion

abs 31angle 31asin 31atan 33, 96axis 40, 52, 94cart2pol 36ceil 279celldisp 154cellplot 153clear 9, 10contour 45deal 145, 163, 319dfittool 79diary 75diff 132disp 172dlmwrite 62dsolve 135, 335error 104

exist 86eye 63, 269false 27fclose 164fdatool 79fill 94fix 279fliplr 292floor 279, 292fopen 164fprintf 58, 114fzero 113getVar 183get_param 237getfield 144, 318graph3d 52help 31hold 50input 101iscell 158length 64linspace 291load 56log10 32logical 27, 276loglog 51logspace 291lookfor 76max 257mean 98meshgrid 45, 287mesh 45min 107nargin 105nargout 105num2str 239ode23 114ode45 114odeset 311ones 25, 62plot 37pretty 132quad 114repmat 67, 142, 161, 264, 292rmfield 146, 320round 279save 56semilogx 51

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semilogy 51set_param 237, 240setfield 143, 147, 318set 174, 322simulink 189sim 237, 242size 64sqrt 33stairs 40stem 39structure 139struct 141subplot 48subs 134, 183surf 45textscan 163text 40title 40trapz 114true 27varargin 106, 162, 164varargout 106ver 178wavread 289wavwrite 289whos 8, 89who 8why 64xlabel 40xlsread 59ylabel 40zeros 62zoom 52

MATLAB-Funktionsgruppeelfun 31elmat 62graph2d 36graph3d 36graphics 36iofun 58specfun 31

MATLAB-PlotfensterBrush/Select-Tool 43Data-Cursor 43Plot-Link-Tool 43

Plot-Tools-Fenster 43Toolbar 42Zoom 43

MATLAB-Shortcut 79

MATLAB-Variableans 8definieren 7

Matrix 7ergänzen 11Spalte löschen 12Spalte/Zeile sichern 12Trennzeichen 8Zeile löschen 12

Matrixmanipulationenelementare 62

Matrixoperation 16Mehrfachplots 48aufeinander 48übereinander 48

Methode 164Mittelwertberechnung 98MuPADCommand Bar 181

MuPAD-Notebook 128, 179

NNewton-Verfahren 107Not a Number (NaN) 60, 270

OObjekt 164Objektorientierte

Programmierung 3ODE-File 115Operationenlogische 24

Operator′ (Transponierung) 64... (Umbruch) 33: (Doppelpunkt) 12, 34, 66end 67

PPfeiltasten 10

PlotAchsenbeschriftung 40dreidimensional 36, 45Gitternetz 40Linienart 37Linienfarbe 37Titelzeile 40zweidimensional 37

Plot-Link-Tool 43Plot-Tools-Fenster 43Polygonzug 38Programmiersprache 83Programmiersprachenkonstrukte

83prozedurales Programm 83

QQuick Access Toolbar 5, 72

RRC-Kombination 123RC-Tiefpass 123, 205Rechte Division / 19Registerkarte

APPS 72, 78HOME 72PLOTS 72, 77SHORTCUTS 72

Relationale Operatoren 23, 24Runden 35Runge-Kutta-Verfahren 114

SSchleife initialisieren 100Schreib/Lese-Funktionen 58Schrittweite

äquidistante 122Schrittweitensteuerung 121, 199script-file 85Shortcut 79Shortcut-Editor 79Shortcuts 72Signal Processing Toolbox 79,

178Signalflussdiagramm 188Signumfunktion 209Simpson-Regel 112Simulationsfunktionen 215Simulink 187

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„Lebende“ Annotierungen217

Blockbibliothek 189Blockinformationen 216Blockparameter 194Blockparametrierung 194Blockschaltbildkonstruktion

190Dialogparameter 240Fixed-Step-Verfahren 200Interaktion mit MATLAB 229Kennlinien 252Kommunikationsschnittstellen

230mehrfach unter MATLAB

aufrufen 247parametrierte

Mehrfachausführung 247Programmierung 189Rückwärtssimulation 218schrittweise simulieren 217Schrittweitensteuerung 199Simulation ausführen 198Simulationsdauer 200Simulationsparameter 194Subsysteme 223, 228Systeme iterieren 242Teilblöcke 223Vorwärtssimulation 218

Simulink Explorer-Leiste 213Simulink Library Browser 189Simulink Model Browser 213Simulink Model Editor 213Simulink-Block

1-D Lookup Table 2522-D Lookup Table 252Add 206Clock 333Continuous 192Derivative 203Fcn 210, 223From Workspace 232, 256Gain 206In-Port 228Inport 234Integrator 192Lookup Table 252Math Operations 206

Mux 192, 194, 225Out-Port 228Outport 234Ports&Subsystems 228Scope 193, 196, 201, 230Signal Routing 192Sine Wave 190, 251Sinks 193Sources 207Step 207, 251To Workspace 205, 232User-defined Functions 210

Sitzung mitprotokollieren 75Skalarprodukt 22Solver 198

ode23 114ode45 114

Spaltentrennzeichen 8Spaltenvektor 8Speicherbereich von Simulink

230Spezielle Funktionen 31Sprungfunktion 127Statistics Toolbox 79, 178Streichungsmatrix 15Strings 7struct 139Strukturen 139Felder von 142Pfeil-Operator 143Punkt-Operator 143Zugriff auf Strukturelemente

142Störfunktion 212Subplots 48Subsysteme 223Konstruktion von 226

Switch-Konstrukt 103Symbole 131Symbolic Math Toolbox 128, 178Nebenrechnungen 133

Symbolische und numerischeBerechnungen 133

TTab Completion 80Toolbox 3, 29, 128

Symbolic Math 3Toolstrip 5, 72Transponierung 64Treppenfunktion 40

VVariablen

definieren 7, 11globale 91lokale 89

Variablenname 7Variables-Fenster 9, 73Vektor

Kennwerte 103leerer 12Trennzeichen 8

Vektorkomponenten selektieren25

Vergleichsoperatoren 24Visualisierung 36

Wwhile-Schleife 101Workspace 8, 56Workspace Browser 5, 9

Xxy-Plot 36xyz-Plot 36

ZZ-Transformierte 192Zahl

i 8j 8komplexe 8

ZahldarstellungFormat 7

Zeilenvektor 7Zellindizierung 151, 153Zuweisungsoperator 173

ÜÜberladen 172

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