Einführung in MATLAB/Simulink

Inhalt

1 Einleitung

1.1 Warum MATLAB/SIMULINK?

1.2 MATLAB-/SIMULINK-Versionen

1.3 Installation der Software

2 Start der Arbeit mit MATLAB

2.1 Grundlagen zum MATLAB-Desktop

2.2 MATLAB-Fenster

2.2.1 „Command Window“, das Befehlsfenster

2.2.2 „Current Directory“, das aktuelle Arbeitsverzeichnis

2.2.3 „Workspace“, der Arbeitsbereich oder Arbeitsspeicher

2.2.4 „Command History“, die Chronik der Befehle

2.3 Funktionen der Menüleiste („Toolstrip“)

2.4 MATLAB-Hilfe und Beschreibungen der Befehle

3 Zahlen, Vektoren und Matrizen

3.1 Darstellung von Zahlen

3.2 Umrechnung von Zahlen

3.3 Definition von Variablen als Skalare, Vektoren oder Matrizen

3.3.1 Definieren von Variablen

3.3.2 Spalten- und Zeilenvektoren

3.3.3 Matrizen Werte zuordnen

3.3.4 Spezielle Matrizen

3.3.5 Größe eines Vektors oder einer Matrix

3.3.6 Maximal- und Minimalwerte bestimmen

3.3.7 Statistische Charakteristika bestimmen

4 Mathematische Berechnungen mit MATLAB

4.1 Grundrechenarten

4.2 Elementare mathematische Funktionen

4.3 Trigonometrische Funktionen

4.4 Relationale Operatoren

4.5 Logische Operatoren

4.6 Besonderheiten beim Rechnen mit Vektoren und Matrizen

4.6.1 Vektoraddition und -subtraktion

4.6.2 Transponieren einer Matrix oder eines Vektors

4.6.3 Invertieren einer quadratischen Matrix

4.6.4 Rang einer Matrix mit rank

4.6.5 Determinante einer quadratischen Matrix

4.6.6 Matrixmultiplikation

4.6.7 Multiplikation einer Matrix mit einem Skalar

4.6.8 Potenzieren einer Matrix

4.6.9 Vektor-Matrix-Produkt

4.6.10 Linke Matrixdivision (engl. „backslash division“)

4.6.11 Rechte Matrixdivision (engl. „slash division“)

4.7 Spezielle Matrixmanipulationen

4.7.1 Spezielle mathematische Befehle für Matrizen

4.7.2 Spezielle Teilbereiche einer Matrix extrahieren

4.8 Feldoperationen: Elementweise Verknüpfung von Vektoren

4.8.1 Elementweise Multiplikation (engl. „array multiply“)

4.8.2 Elementweise Division

4.8.3 Elementweises Potenzieren

5 Grafische Darstellungen von Funktionen

5.1 Einfache Grafiken und Diagramme mit plot

5.2 Grafikeigenschaften – „Figure Properties“

5.2.1 Farbpaletten auswählen mit colormap

5.2.2 „Figure Properties“ über die Befehlszeile definieren

5.2.3 „Properties“ über die Menüleiste im Grafikfenster bestimmen

5.2.4 Grafikeigenschaften („Properties“) mit dem „Property Editor“ verändern

5.3 Mehrere Diagramme in einem Grafikfenster

5.3.1 Mehrere Kurven oder Diagrammtypen in einem Diagramm mit hold

5.3.2 Unterdiagramme in einem Grafikfenster mit subplot

5.4 Grafiktypen im zweidimensionalen Bereich

5.5 Grafiktypen im dreidimensionalen Bereich

5.6 Grafiken erzeugen über den Tab „PLOTS“ der Titelleiste

6 Programmieren in MATLAB

6.1 Editor

6.2 Varianten der Programmiervorlagen

6.3 „Script“ – Einfache Befehlsfolgen

6.4 Kontrollstrukturen für die komplexere Programmierung

6.4.1 for-Schleife

6.4.2 while-Schleife

6.4.3 if-elseif-else-Verzweigung

6.4.4 switch-case-otherwise-Verzweigung

6.4.5 try-catch-Fehlerkontrolle

6.4.6 Weitere Befehle, die den Programmablauf beeinflussen

6.5 Nützliche Befehle für die Programmierung unter MATLAB

6.6 „Function“ – Funktionen in MATLAB

6.6.1 Kopfzeile einer Funktion (Syntax)

6.6.2 Aufbau einer Funktion

6.6.3 Verschachtelte Funktionen

6.7 „Class“ – Objektklassen in MATLAB

7 „Control System Toolbox“ – Alles was man für die Regelungstechnik braucht

7.1 Eingabe der Übertragungsfunktion Gs eines Regelkreises

7.1.1 Befehl tf

7.1.2 Befehl conv zur Polynommultiplikation

7.2 Zusammenschaltung von Modellen (Signalflussplan-Algebra)

7.2.1 Reihen-, Serien- oder Kettenschaltung

7.2.2 Parallelschaltung

7.2.3 Übertragungsfunktion mithilfe der Laplace-Variablen s

7.2.4 Polform einer Übertragungsfunktion mit zpk

7.2.5 Befehl feedback zur Berechnung des geschlossenen Regelkreises – Führungsübertragungsfunktion

7.3 Grafische Darstellungsmöglichkeiten für Übertragungsfunktionen

7.3.1 Impulsantwort (Gewichtsfunktion) mit impulse

7.3.2 Sprungantwort (Übergangsfunktion) mit step

7.3.3 Bode-Diagramm (Frequenzgang) mit bode

7.3.4 Nyquist-Ortskurve mit nyquist

7.3.5 Nichols-Ortskurve mit nichols

7.3.6 Pol- und Nullstellendiagramm mit pzmap

7.3.7 Wurzelortskurve (WOK) mit rlocus

7.4 Charakteristika einer Übertragungsfunktion

7.4.1 Befehl pole zur Berechnung der Poleeiner Übertragungsfunktion

7.4.2 Befehle tzero (engl. transmission zeros) und zero zur Berechnung der Nullstellen

7.4.3 Befehl get zur Ausgabe der Eigenschaften einer Übertragungsfunktion

7.4.4 Befehl set zum Setzen von Eigenschaften einer Übertragungsfunktion

7.4.5 Befehl margin

7.5 Einfacher Reglerentwurf mit MATLAB

7.5.1 Bestimmung des Verstärkungsfaktors KV mit dem Bode-Diagramm

7.5.2 Bestimmung des Regel- oder Verstärkungsfaktors KV mithilfeder Wurzelortskurve (WOK)

7.5.3 „Control System Designer“ zum Reglerentwurf – sisotool

7.5.3.1 Tab „Control System“

7.5.3.2 Tab „ROOT LOCUS EDITOR“, „BODE EDITOR“ bzw. „NICHOLS EDITOR“

7.5.3.3 Tab „VIEW“

7.5.3.4 „Graphical Tuning“ – Grafische Methoden zur Regleroptimierung

7.5.3.5 „Automated Tuning“ – Automatisierte Regleroptimierung anhand vorgegebener Parameter

8 Einführung in die SIMULINK-Toolbox

8.1 Erste Schritte in SIMULINK

8.2 Wichtige Funktionen in der Menüleiste einer SIMULINK-Simulation

8.2.1 Menüpunkt „File“

8.2.2 Menüpunkt „Edit“

8.2.3 Menüpunkt „View“

8.2.4 Menüpunkt „Display“

8.2.5 Menüpunkt „Diagram“

8.2.6 Menüpunkt „Simulation“

8.2.7 Menüpunkt „Analysis“

8.2.8 Menüpunkt „Code“

8.2.9 Menüpunkt „Tools“

8.3 Kurzbeschreibung der Icons der Symbolleiste („Toolbar“)

8.4 Kurzbeschreibung der wichtigsten SIMULINK-Blöcke

8.5 Tipps & Tricks für Regelkreis-Simulationen

8.6 Tipps zur Auswertung grafischer Ergebnisse des Scope

8.6.1 Ändern der grafischen Darstellung im Bildbearbeitungsprogramm

8.6.2 Konfigurierbare Darstellung des Scope-Fensters über MATLAB

A MATLAB-Befehlsliste für die Abbildungen der zweidimensionalen Grafikbeispiele in Abschnitt 5.4

B MATLAB-Befehlsliste für die Abbildungen der dreidimensionalen Grafikbeispiele in Abschnitt 5.5

C MATLAB-Programm zur Berechnung eines optimierten Reglers mithilfe des Bode-Diagramms und des margin-Befehls

Literatur

Index