آشنایی با نرم افزار matlab

آشنایی با نرم افزار MATLAB

ارتباطات مرکز فناوری اطالعات ووتحول اداری شهرداری قم

3

MATLABآشنایی با

MATLAB یک محیط نرم افزاری برای انجام محاسبات عددی و

هم به MATLABیک زبان برنامه نویسی نسل چهارم است. واژه

معنی محیط محاسبات رقمی و هم به معنی خود زبان

و MATrixبرنامه نویسی مربوطه است که از ترکیب دو واژه

LABoratory ایجاد شده است. این نام حاکی از رویکرد ماتریس

محور برنامه است، که در آن حتی اعداد منفرد هم به عنوان

ماتریس در نظر گرفته می شوند.

4

MATLAB محیط آشنایی با

: پنجره فرمانCommand window

:پنجره تاريخچه دستوراتCommand History

: پنجره دايرکتوري جاريCurrent Directory

: پنجره فضاي کاريWork Space

5


پنجره فرمان

پنجره تاريخچه دستورات

6


Command windowپنجره فرمان :

اعالن متلب

فرامین متلب را در جلوی اعالن متلب تایپ کنید

7


Command Historyپنجره تاريخچه دستورات:

تمامی دستوراتی که جلوی اعالن متلب تایپ

شوند به این لیست اضافه می شوند. شما می توانید با دبل کلیک بر روی هریک از این

دستورات باعث اجرای دوباره آنها شوید

8


Current Directoryپنجره دايرکتوري جاري : در هر زمان تنها یک دایرکتوری یا پوشه به عنوان دایرکتوری

جاری در متلب شناخته می شود.

هر فایل متلب)برنامه نوشته شده توسط شما( که نام آن جلوی اعالن متلب تایپ

شود تنها درصورتی اجرا می شود که در دایرکتوری جاری یا

در مسیر متلب باشد

9


Work Spaceپنجره فضاي کاري :

متغیرهایی که در حال حاضر در

محیط کاری متلب وجود دارند و شما

می توانید از مقادیر آنها استفاده کنید یا

آنها را تغییر دهید

10

استفاده از متغیرها

در حافظه ایجاد می شود x متغیری به نام x=23با نوشتن دستور

در آن ریخته می شود.23و مقدار

مقدار آن را MATLAB نوشته شود x=23اگر دستور به صورت

نوشته شود ; x=23مجددا نمایش می دهد و اگر به صورت

MATLAB.آن مقدار را نشان نمی دهد

نیاز به تعریف متغیر وجود ندارد.MATLABدر

بایت( فرض می شود.8 )doubleهمه متغیرها از نوع

MATLAB( زبانی حساس به حالت حروف Case sensitive .است )

11

تعریف ماتریس و محاسبات ماتریسی

نحوه تعریف ماتریس

به صورت زیر عمل می MATLABبرای تعریف ماتریس فوق در

کنیم:

AA=[3 -9 4; -5 3 6]

AA=[3 9 4]

635

493

12

محاسبات ماتریسی

+ و -جمع و تفریق با

( : با *n*p و m*nضرب دو ماتریس )با ابعاد

ترانهاده ماتریس: با '

نکته اگر بخواهیم عناصر دو ماتریس را نظیر به نظیر در هم

ضرب کنیم به جای * از .* استفاده می کنیم.

./ برای تقسیم نظیر به نظیر استفاده می شود.

، A^2^ براي به توان رساندن ماتريس به كار مي رود. مثال

A*A .را محاسبه می کند

A.^B.^ : به توان رسانی نظیر به نظیر

13

script نویسی –mفایلها

پنجjره در نوشjتن دسjتورات بjه commandبه جjای اجjرا شjدن و

یjک از دسjتورات را در تjوان مجموعjه ای تjک تjک، می صjورت

دسjتورات موجjود در این فایjل را اجjرا MATLABفایjل قjرار داد.

می کند.

می گوییم.m file یا script به این فایل

نوشjتن یjک m fileنحjوه در را نظjر : مجموعjه دسjتورات مjورد

ذخیره می کنیم. m.ویرایشگر می نویسیم. فایل را با پسوند

MATLAB اjه بjار دارد کjام این کjرای انجjگر بjک ویرایشjود یjهم خ

اجرا می شود. file/new/m-fileانتخاب

14

دستورات حلقه و شرط

مشابه زبان های برنامه نویسی دستورات حلقه و MATLABدر

شرط وجود دارد.

forدستور

for x=1:0.1:2

<یک یا چند دستور>

end

x تغییر می کند.0.1 با گام 2 تا 1 از

15


whileدستور

while شرط

<دستور یا دستورات>

end

ifدستور

if شرط


end

16


if-elseدستور

if شرط


else


end

17

MATLABنوشتن تابع در

مشjابه زبjان هjای برنامjه نویسjی می تjوان بjرای MATLABدر برنامه تابع نوشت.

بjه صjورت زیjر ایجjاد می کjنیم )کلمjاتی کjه بjا رنjگ m fileیک قرمز مشخص شده اند باید عینا نوشته شوند(:

function y=afun(a,b)<یک سری دستورات>

afun .اسم تابع است y.برگشتی تابع است a و b.ورودی تابع

نوشjتن از اینجjا m fileبعjد )در تjابع نjام بjا را و afunآن ) ذخیره می کنیم.mپسوند .

، تjابع را اجjرا کjرد. مثال commandسپس می تjوان در پنجjره قjرار می b بjه جjای 4 و a بjه جjای afunc(3,4) ، 3اگjر بنویسjیم

بjه دسjت آمjده نشjان داده yگjیرد. تjابع اجjرا می شjود و مقjدار می شود.

مي توان تابعي با چند خروجي داشت function [y,t,x]=afunc(m)

18

نکات در مورد نوشتن تابع

باشد. m fileنام تابع بايد هم نام با

چندين تابع داشت. اولين تابع در آن، m fileمي توان در يك

تابع اصلي خوانده مي شود و بقيه زيرتابع گفته مي شوند.

بايد هم نام با اين تابع اصلي باشد. m fileاسم

متغیرهای موجود در یک تابع محلی هستند و توسط توابع

دیگر قابل دسترسی نمی باشند.

تنها احضار تابع اصلی m-fileدر صورت وجود چند تابع در یک

m-file امکان پذیر است. البته توابع داخل commandدر پنجره

می توانند یکدیگر را احضار کنند.

19

توابع کتابخانه ای

sin، cos، tan، asin، acos، atanتوابع مثلثاتی:

exp ،)نمایی( log ،)لگاریتم طبیعی( log10 لگاریتم در مبنای(

10 .)Factorial )محاسبه فاکتوریل_

floor ،)جزء صحیح( fix ،)قسمت صحیح( ceil ،)سقف( sqrt

)قدرمطلق(.abs)جذر( ،

inv ،)وارون ماتریس( eye ،)ایجاد ماتریس واحد( zeros ایجاد(

)ایجاد ماتریسی با عناصر onesماتریس حاوی فقط صفر(،

فقط یک(،

20

رسم نمودار

وجود دارند MATLABدستورات متعددی برای رسم نمودار در

.

رسم می کند. x را بر حسب y نمودار plot(x,y)تابع

x=0:0.01:3.14;

y=sin(x);

plot(x,y);

] 3.14, 0[را در بازه y=sin(x)مجموعه دستورات باال نمودار

رسم می کند.

با اتصال plotنکته: نقاط داده شده گسسته هستند. اما تابع

نقاط رسم شده به یکدیگر یک نمودار پیوسته را نشان می

را انجام می دهد منتها نقاط را plot همان کار Stemدهد. تابع

به هم وصل نمی کند و نمودار گسسته ایجاد می کند.

23

مرکز فناوری اطالعات و

ارتباطات وتحول اداری

شهرداری قم

surfو meshدستورات

mesh منحنی را به صورت شبکه شبکه با خطوط رنگارنگ :

رسم می کند.

surf منحنی را به صورت شبکه شبکه با خطوط رنگارنگ :

رسم می کند و به عالوه داخل شبکه ها را هم رنگ می کند.

24

MATLABکاربردهای

Matlab االjب بjا كjارائي ، زبjاني اسjت كjه كjاربرد كjامپيوتر در مهندسjي را

در را نويسjي برنامjه و تصjويري، محاسjباتي، امكانjات و كjرده تضjمين

در مقولjه هjائي نظjير: Matlabمحيطي آسjان و آشjنا فjراهم ميكنjد. كjارائي

محاسjبات رياضjي، آنjاليز داده هjا، مدلسjازي و شjبيه سjازي، گرافيjك، و

توليjد نjرم افjزار )حjتي بjراي محيjط وينjدوز( بjه اثبjات رسjيده اسjت. اين

زبjان بjا توجjه بjه نظjرات كjاربران دانشjگاهي و صjنعتي دسjتخوش بjازنگري

هjاي زيjادي شjده و اكنjون بjه زبjان اسjتاندارد جهت آموزشjهاي مقjدماتي و

جعبjه Matlabعjالي و ابjزار پjژوهش و توسjعه در صjنايع تبjديل شjده اسjت.

ابزارهjائي بjراي كاربردهjاي خjاص در اختيjار قjرار ميدهjد، كjه از جملjه آنهjا

مي . . . بازرگjاني، هjاي عصjبي، شjبكه كنjترل، رياضjيات، ابjزار جعبjه

باشjند. جعبjه ابزارهjا بjا زبjان متلب و بjه صjورت مجموعهjاي از ام- فايلهjا

گسjترش يافتjه انjد و بjراي هjر كjاربر در زمينjه تخصصjياش كjاربرد و اهميت

بjراي نjيز و شخصjي جديjد ابزارهjاي جعبjه سjاخت امكjان دارنjد. زيjاد

كاربران پيشرفته فراهم است.

25

MATLAB جعبه ابزارهای

simulinkابزاری برای شبیه سازی سامانه ها به صورت مجرد ،

ابراتKزار مخKه ابKجعبmatlab یKبات مهندسKای محاسKع و ابزارهKتواب ،

مخابرات

یKمهندس محاسKبات ابزارهKای و توابKع متلب، کنKترل جعبه ابKزار

کنترل

جعبه ابزار فازی متلب، توابع و ابزارهای محاسبات فازی

جعبه ابزار محاسبات متلب، توابع و ابزارهای محاسبات عددی

بات بحث تخمینKای محاسKع و ابزارهKزار تخمین متلب، توابKجعبه اب

سیستم در مهندسی کنترل

جعبه ابزار آمار متلب، توابع و ابزارهای محاسبات آمار

جعبه ابزار جمع آوری داده متلب، توابع و ابزارهای جمع آوری داده

بکهKبات شKای محاسKع و ابزارهKبی متلب، توابKبکه عصKزار شKجعبه اب

عصبی

باتKمحاس ابزارهKای و توابKع متلب، تصKویر پKردازش جعبه ابKزار

پردازش تصویر

باتKمحاس ابزارهKای و توابKع متلب، صKوت پKردازش جعبه ابKزار

پردازش صوت

جعبه ابزار احتماالتmatlab

جعبه ابزار محاسباتSymbolic Math

26


(simulink)

Simulink زارjا نرم افjب ابjزار شبیه سjازی همjراه اسjت. مjوارد MATLABیjک

عمjومی هسjتند و ماننjد بسjیاری دیگjر از نرم افزارهjای Simulinkاسjتفاده از

شبیه سازی مهندسی، منحصر به کاربردهای خاصی نیست.

می تjوان رفتjار یjک سیسjتم را بjدون نیjاز بjه سjاختن Simulinkبا اسjتفاده از

از اسjتفاده بjا یjک مهنjدس نتیجjه در نمjود. تحلیjل می توانjد Simulinkآن

یjا تjاثیر اغتشاشjات بjه بررسjی عالوه بjر صjرفه جویی در هزینjه و زمjان

سjایر عوامjل ورودی بjر عملکjرد یjک سیسjتم بjپردازد. همچjنین شبیه سjازی

سیسjتم ها این توانjایی را در اختیjار می گjذارد تjا عکس العمjل یjک سیسjتم

در صjورت تغیjیر پارامترهjای ورودی آن بjه خjوبی شjناخته شjود. سjیمولینک

نرم افjزار در کتابخانjه یjک صjورت کjه MATLABبjه اسjت شjده عرضjه

شبیه سjازی توسjط بلjوک هjای این کتابخانjه بjه صjورت دیاگرام هjای بلjوکی

انجام می شود.

27


(GUI)

همjان طjور کjه بjرای خیلی از زبانهjای برنامjه نویسjی پایjه مثjل

Basic امjه نjمتی بjو ... قس visual ، تjده اسjاد شjایج MATLAB

دارد کjه توسjط آن می تjوان رابjط GUIDEهم ابjزاری بjه نjام

LIST، لیست ها )PUSH BUTTONها ))های گرافیکی مثل دکمه

BOX( اسالیدرها ،)SLIDER.و. . . ایجاد کرد )

28


)کنترل(مهندسjی کنjترل و کنjترل خودکjار، یکی از بخش هjای اساسjی در مهندسjی اسjت

کjه سjعی در شناسjایی، مدلسjازی و کنjترل رفتارهjای سیسjتم هjای کjاربردی دارد.

بjه این تjرتیب مطالعjه و بررسjی آن مخصjوص بjه دسjته ی خjاص از رشjته هjا

نشjده و می توانjد گسjتره وسjیعی از مسjائل روزمjره را در برگjیرد. این مسjائل

می توانjد از کنjترل دمjای یjک اتjاق بjا وجjود منjابع مختلjف ایجjاد اختالل از جملjه بjاز

و بسjته شjدن درب یjا جریjان هjوای پنجjره گرفتjه تjا مjدیریت و مدلسjازی مسjیر

حjرکت یjک هواپیمjای فjوق پیشjرفته را شjامل شjود. از ایjنرو توجjه بjه آن در اکjثر

رشjته هjای دانشjگاهی از اهمیت ویjژه ای برخjوردار اسjت. در مقابjل، بjا پیچیjده

شjدن سیسjتم هjای تولیjد شjده توسjط انسjان از یjک طjرف و همچjنین هزینjه بjر

بjودن پیjاده سjازی سیسjتم هjای کنjترلی آزمایشjی بjه طjور عملی، لjزوم ایجjاد نjرم

افزارهjای طjراحی و مjد لسjازی سیسjتم هjا و کنترلگرهjا احسjاس می شjود تjا بjه

لسjازی مjد مjورد ابتjدایی مراحjل در هjای طjراحی شjده تjرتیب، سیسjتم این

کjامپیوتری قرارگرفتjه و نقjاط ضjعف و قjوت آن هjا مشjخص شjود و در نهjایت بjه

مرحلjه تولیjد برسjند. از ایjنرو نjرم افزارهjای مjدل سjازی امjروزه از اهمیت بسjیار

گjوی سjبقت را از سjایر نjرم افjزار MATLABزیjادی برخوردارنjد. در این میjان

مهندسjی همjرده خjود ربjوده اسjت و بjا عرضjه نjرم افزارهjای جjانبی کjاربردی،

خود را در میان اکثریت دانشگاهیان جا انداخته است.

29


)مخابرات(

در مهندسjی مخjابرات و پjردازش سjیگنال بjرای شjبیه سjازی

سیسjتم هjای مخjابراتی و طjراحی فیلترهjای دیجیتjال و تهیjه کjد

VHDL هjjبرنام روی نjjرم MATLABاز بjjا آن ارتبjjاط و

روی modelsimافjزار پیjاده سjازی نهjایت در نjرم FPGAو از

استفاده می شود. MATLABافزار

می تjوان کلیjه شjبیه MATLABهمچjنین بjا اسjتفاده ازنjرم افjزار

سازی های مربوط به مخابرات ماهواره ای را انجام داد.

30


)منطق فازی(

بjه سjادگی پیچیjده و بسjیار گسjترده را میتjوان منطjق فjازی یjک مبحث اینگونjه تعریjف کjرد: منطjق فjازی فراتjر از منطjق ارزشjهای "صjفر و یjک" نjرم علjوم دنیjای بjرای درگjاهی جدیjد و رفتjه هjای کالسjیک افjزار نjرم افjزاری و رایانjه هjا میگشjاید، زیjرا فضjای ناواضjح، شjناور و بی نهjایت بین اعjداد صjفر و یjک را هم بjه کjار میگjیرد. فjازی از فضjای بین دو ارزش را اگjر" "مjیرویم یjا بjرویم" "شjاید جدیjد ارزش "نjرویم" یjا "بjرویم" اسjتخراج کjرده و بjه کjار میگjیرد. بjدین منjوال بjه عنjوان مثjال مjدیر بانjک از بازرگjان میتوانjد فراتjر یjک اقتصjادی بیالن ای رایانjه بررسjی از پس

منطق "وام میدهیم" یا "وام نمیدهیم" رفته و بگوید: وام میدهیم اگر...بjاز و ابjزار منطjق فjازی این اسjت کjه یjک سjاختار یک از اهjداف جعبjه سjاده را بjرای تصjحیح سیسjتم هjای فjازی مهیjا کنjد. بنjابر این جعبjه ابjزار منطjق فjازی سjاخته شjده کjه تjا آنجjا کjه ممکن اسjت دسjت شjما را بjا

وجود محدود کننده های اساسی، باز کند. مjورد نظjر خjود را بجjای هjر MATLABبرای مثjال، شjما می توانیjد توابjع

کjدام از توابjع پیش فjرض اسjتفاده شjده در منطjق فjازی جjایگزین کنیjد. روش عضjویت، توابjع توانیjد روش ANDمی ،OR روش داللت، روش ،

اجتماع و روش دفازی سازی خود را بسازید. در سjاخت سیسjتم بjا اسjتفاده از جعبjه ابjزار منطjق فjازی در نjرم افjزار

MATLAB ازیjق فjزار منطjه ابjه در جعبjرافیکی کjط گjوان از واسjمی تموجjود اسjت اسjتفاده کjرد و یjا می تjوان بjا اسjتفاده از خjط فزمjان نjیز بjه بjه صjورت گjرافیکی پjرداخت، ولی سjاخت سیسjتم هjا سjاخت سیسjتم

ساده تر و قابل فهم تر است.

31


)ریاضیات(

( محاسjبات Symbolic Math Toolboxجعبjه ابjزار ریاضjیات نمjادین )می سjازد. این جعبjه ابjزار MATLABنمjادین را وارد محیjط عjددیرا بjه وسjیله ی نjوع دیگjری MATLABامکانjات عjددی و گjرافیکی

از محاسjبات ریاضjی تکمیjل می کنjد. بjه زبjان سjاده در این جعبjه ابjزار بjه جjای سjرکار داشjتن بjا اعjداد بjا حjروف یjا همjان نمjاد هjا

سر رو کار داریم.

توانایی ها: ،ریjوع سjد، مجمjرال، حjانتگ انتگjرال )مشjتق، حسjاب دیفرانسjیل و

سری تیلور( ا وjادیر یکتjه مقjه بjژه، تجزیjدار ویjال، مقjوس، دترمینjجبر خطی )معک

صورت متعارفی یک ماتریس نمادین(..)ساده سازی )روشهای ساده کردن یک عبارت جبری ادالتjبری و معjادالت جjددی معjادین و عjای نمjادالت )راه حلهjحل مع

دیفرانسیل(..)توابع ریاضی خاص )توابع ریاضی خاص معمول ب دقتjر حسjی بjارات ریاضjددی عبjابی عjیر )ارزیjبات دقت متغیjمحاس

های تعریف شده(. ،فوریه، الپالس( تبدیل هاz.)و تبدیل های معکوس آنها

32


)شبکه عصبی(

( یjا بjه Artificial Neural Network - ANNشبکه های عصjبی مصjنوعی )

روش هjای و سیسjتم ها عصjبی شjبکه های سjاده تر زبjان

نمjایش ماشjینی، یjادگیری بjرای هسjتند نویjنی محاسjباتی

جهت در آمjده دسjت بjه دانش اعمjال انتهjا در و دانش،

ایjده پیچیjده. سjامانه های از خjروجی پاسjخ های بیش بیjنی

از شjیوه الهام گرفتjه حjدودی( )تjا گونjه شjبکه ها این اصjلی

و داده هjا، پjردازش بjرای زیسjتی، عصjبی سیسjتم کjارکرد

اطالعات به منظور یادگیری و ایجاد دانش قرار دارد.

تعjريjjف MATLABانjواع گونjاگون شjبكه هjاي عصjبي در محيjjط

شjjده انjjد کjه مjjي تjjوان بjه كمjjك جعبjjه ابjزار شjبکه عصjبی

آن هjا را تعريjف كjرد، آمjjjوزش داد يjjا شبيjjه سjjازي كjjرد.

را در محيjط مطلب تjايپ كنيjد تjا پنجjره Nntoolابتjjدا دستjjور

مربوط به این جعبه ابزار ظاهر شود.

33


)پردازش تصویر(

پردازش تصjویر یکی از جدیjدترین فنjآور یهjای دنیjا می باشjد.

این علم بjه سjرعت بjه یکی از پرکjاربردترین علjوم در تمjامی

ها تبدیل شده است.زمینه

هjای مختلjف زمینjه در فjراوانی کاربردهjای تصjویر پردازش

دارد کjه نمونjه هjایی از آن عبjارت اسjت از: صjنعت، پزشjکی،

نظامی وامنیتی، هوا فضا، نجوم، زیست شناسی و ...

MATLAB در را تصjویر پjردازش ابزارهjای قویjترین از یکی

در اختیjار متخصصjین این حjوزه Image Processing Toolboxقjالب

قjرار داده اسjت. بسjیاری از عملیjات رایج و حjتی بعضjی از

عملیjات خjاص و پیچیjده پjردازش تصjویری نjیز بjه سjادگی در

قالب توابع آماده تدارک دیده شده است.

34


)پردازش صوت(

پjردازش شjاخه های زیjر از یکی عنjوان بjه گفتjار پردازش

تکنیک هjای ٫سjیگنال اسjت. گسjترش حjال در سjرعت بjه

همگی در راسjتای ٫پیچیjده و نواوری هjای روز افjزون این دانش

دسjتیابی بjه این ارزو هسjتند کjه امکjان بیjابیم مفjاهیم در قjالب

ابزارهای ریاضی فراهم گردد.

تjوابعی وجjود دارنjد کjه بjه منظjور کjار بjا صjوت MATLABدر

طراحی شده اند.

37

ارتباطات مرکز فناوری اطالعات ووتحول اداری شهرداری قم

پایان

آشنایی با نرم افزار matlab

Documents