Работа с MATLAB и Simulink
Эта глава является кратким курсом по работе в системах MATLAB 6.5 SPl/7 + Simulink 5/6. Она включена в данную книгу, чтобы сделать ее вполне самостоятельной. Кратко описаны установка систем, особенности реализации различных версий, пользовательский интерфейс системы и начало работы с ней. Рассмотрено решение типовых задач и применение средств визуализации результатов решения. В то же время полного описания встроенных функций системы MATLAB в ней, естественно, нет. Информацию о них легко получить из первой книги данного четырехтомника и справки по указанным системам. Данная глава дает объем сведений, достаточный для использования описанных далее пакетов по математическим расчетам и моделированию.
Назначение и особенности системы MATLAB
Назначение системы MATLAB
MATLAB — одна из старейших, тщательно проработанных и проверенных временем систем автоматизации математических расчетов [2—23], построенная на расширенном представлении и применении матричных операций [24—25]. Это нашло отражение в названии системы — MATrix LABoratory — матричная лаборатория.
Матрицы широко применяются в сложных математических расчетах, например, при решении задач линейной алгебры и математического моделирования статических и динамических систем и объектов [23—26]. Они являются основой автоматического составления и решения уравнений состояния динамических объектов и систем. Примером программы, выполняющей это, может служить расширение MATLAB — Simulink [7, 15, 22]. Оно существенно повышает интерес к системе MATLAB, вобравшей в себя лучшие достижения в области быстрого решения матричных задач за послевоенное время.
MATLAB поставляется как комплекс MATLAB + Simulink + Toolbox + Blockset, где разделами системы Toolbox и Blockset корпорация MathWorks называет пакеты расширения для систем MATLAB и Simulink, соответственно. Предшествующие версии этой системы были описаны в четырехтомнике автора [11—13]. Данная книга является вторым томом нового четырехтомника, посвященного двум новейшим и последним реализациям систем MATLAB 6.5 SPl/7 + Simulink 5/6, которые появились на рынке летом 2003 и 2004 г. Третий том нового четырехтомника посвящен обработке сигналов и изображений.
Одной из основных задач системы MATLAB всегда было предоставление пользователям мощного языка программирования, ориентированного на технические и математические расчеты и способного превзойти возможности традиционных языков программирования, которые многие годы использовались для реализации численных методов. При этом особое внимание уделялось как повышению скорости вычислений, так и адаптации системы к решению самых разнообразных задач пользователей.
Важными достоинствами системы являются ее открытость и расширяемость. Большинство команд и функций системы реализованы в виде m-файлов текстового формата (с расширением .т) и файлов на языке Си, причем все файлы доступ ны для модификации. Пользователю дана возможность создавать не только отдельные файлы, но и библиотеки файлов для реализации специфических задач. Такие файлы можно готовить как в простом и удобном редакторе m-файлов системы MATLAB, так и в любом другом текстовом редакторе — например Microsoft Word 95/97/2000/ХР. Более того, такие файлы можно перенести с помощью буфера в командную строку MATLAB и тут же исполнить. А в новой реализации MATLAB 6.5 любой набор команд в справке можно тут же исполнить с помощью команды Evaluate Selection контекстного меню правой клавиши мыши.
Объем документации по пакетам расширения Toolbox составляет десятки тысяч страниц. Поэтому эта книга описывает достаточно полно только наиболее важные из пакетов расширения, которые используются для обработки сигналов и изображений. В этой главе описаны начала работы с базовой системой MATLAB (причем впервые в нашей литературе описана версия MATLAB 6.5 + Service Pack 1.0, которая является переходной к будущей реализации системы R14) и основным пакетом расширения Simulink 5. Это позволит читателю уверенно пользоваться описанными далее пакетами расширения. Однако для более полного знакомства с новыми реализациями MATLAB + Simulink надо взять все книги нового четырехтомника.
Новые реализации MATLAB 6.*
Казалось бы, совсем недавно (в 2001 г.) появилась новая версия этой системы — MATLAB 6.0 (реализация R12). Но уже спустя некоторое время вышла ее модификация MATLAB 6.1 (R12.1) с существенно измененными и расширенными пакетами применений — в частности с новой версией главного пакета расширения Simukink 4, обеспечивающего визуально-ориентированное блочное имитационное моделирование. Однако корпорация MathWorks не сочла ее очередной реализацией. И вот уже в 2002 году появилась очередная версия этой системы — MATLAB 6.5 (реализация R13).
Ожидалось, что к лету 2003 года ко дню независимости США выйдет реализация R14. Но вместо нее появилась промежуточная версия MATLAB + Service Pack 1.0. В ней устранено множество недоделок прежней версии, а главное — существенно переработаны многие пакеты расширения.
Поразительная легкость модификации системы и возможность ее адаптации к решению специфических задач науки и техники привели к созданию десятков пакетов прикладных программ, вошедших в инструментальный ящик системы Toolbox и намного расширивших сферы применения системы. Это особенно характерно для новых реализаций системы. Некоторые из пакетов расширения, например, Simulink (моделирование динамических систем и устройств, заданных в виде системы блоков), Notebook (интеграция с текстовым процессором Word и подготовка «живых» электронных книг) и Symbolic (символьные вычисления с применением ядра системы Maple) настолько органично интегрировались с системой MATLAB, что стали ее составными частями.
