Informatik für Ingenieure

Inhalt

1 Einführung

1.1 Historie Rechenmaschinen

1.2 Computerunterstützung bei der Lösung mathematischer Aufgaben

1.3 Modellbasierte Steuergeräteentwicklung

2 Grundlagen der Programmierung

2.1 Erste Schritte in MATLAB und Grundregeln

2.1.1 Bedienoberfläche

2.1.2 Wertezuweisung und Variablendefinition

2.1.3 Hilfeunterstützung und elektronische Dokumentation

2.1.4 Ein- und mehrdimensionale Felder

2.1.5 Arithmetische Operatoren für den Einstieg

2.1.6 Relationale und logische Operatoren

2.1.7 Sonderzeichen

2.1.8 MATLAB Editor

2.1.9 Programmbeispiel

2.1.10 Script und Function

2.1.11 Workspace und Gültigkeitsbereich von Variablen

2.1.12 Arbeitsverzeichnisse

2.1.13 Fehlersuche und Debugger

2.1.14 Freigabe und Initialisierung von Speicherbereichen

2.1.15 MATLAB Version

2.1.16 Auffinden des Verzeichnisses von Funktionen

2.2 Vektoren und Matrizen

2.2.1 Teilentnahmen von Elementen bei Vektoren und Matrizen

2.2.2 Automatisierte Bestimmung von Indizes

2.2.3 Automatisierte Bestimmung der Dimensionen

2.2.4 Vorbelegung

2.2.5 Automatisiertes Zusammenfügen von Vektoren und Matrizen

2.3 Zeichenketten

2.3.1 Grundlagen

2.3.2 Klassenumwandlungen

2.3.3 Ausführung als MATLAB Anweisung

2.4 Structure Array

2.5 Cell Array

2.6 Objekte

2.7 Ablauf- und Kontrollstrukturen

2.7.1 If-Verzweigungen

2.7.2 Switch-Verzweigung

2.7.3 For-Schleife

2.7.4 While-Schleife

2.7.5 Schleifenunterbrechung (break)

2.7.6 Try/catch-Verzweigung

2.7.7 Pause

2.8 Text einlesen und ausgeben

2.9 Daten einlesen und speichern

2.9.1 Allgemein übliche Dateiformate

2.9.2 MATLAB spezifisches Dateiformat

2.10 Grafische Visualisierung

2.10.1 Zweidimensionale Visualisierung

2.10.2 Dreidimensionale Visualisierung

2.11 MATLAB Grundeinstellungen

2.11.1 Einrückungen

2.11.2 Autosave

2.11.3 Kopien von Grafiken in Dokumente

3 Grafische Bedienoberflächen

3.1 Grafische Elemente (Graphics Objects)

3.1.1 Eigenschaften (Properties)

3.1.2 Identifizierungskennzeichen (Handle)

3.1.3 Abfrage von Eigenschaften

3.1.4 Veränderung von Eigenschaften

3.1.5 Hierarchie grafischer Elemente

3.1.6 Ermittlung von Identifizierungskennzeichen (Handle)

3.1.7 Aktuelles Identifizierungskennzeichen (Handle)

3.1.8 Festlegung des Achssystems

3.1.9 Achsbeschriftungen

3.2 Entwicklung grafischer Bedienoberflächen

3.2.1 Beispielaufgabe

3.2.2 Programmatic GUI

3.2.3 Platzierung grafischer Bedienelemente

3.2.4 Callback

3.2.5 Menüleiste

3.2.6 Symbolleiste

3.2.7 Ablaufsteuerung

3.2.8 Entwicklungsumgebung Guide

3.2.9 Ausrichtung grafischer Bedienelemente (Alignment)

3.2.10 Eigenschaften grafischer Bedienelemente (Properties)

3.2.11 Tags

3.2.12 Callback Guide

3.2.13 Object Browser

3.2.14 Tab Order Editor

3.2.15 Datenorganisation

3.2.16 Beispiel

3.3 Kapselung der grafischen Bedienoberfläche

3.3.1 Callbacks als Funktion

3.3.2 Lokale Datenhaltung

3.4 Guide Template

3.4.1 Erzeugung von „function handles“

3.4.2 Datenverwaltung

3.4.3 Funktionsergänzungen

3.5 Animation

3.6 Eigenständige Applikationen (Apps)

4 Zahlenformate

4.1 Ganze Zahlen

4.2 Gleitkommazahlen und Festkommazahlen

4.3 Zahlenformate in MATLAB

4.4 Über- oder Unterschreitung des Wertebereiches

4.5 Auflösungsgrenzen bei Berechnungen

4.6 Komplexe Zahlen

5 Numerische Integration

5.1 Mathematische Problemstellung

5.2 Explizites Euler-Verfahren

5.3 Runge-Kutta-Verfahren

5.4 Berechnungsgenauigkeit und Berechnungsdauer

5.5 Einschritt- und Mehrschrittverfahren

5.6 Verfahren mit variabler Schrittweite

5.7 Steife Systeme

5.8 Numerische Integration mit MATLAB

6 Zeitgesteuerte Systeme (Simulink)

6.1 Modellerstellung

6.2 Eigenschaften von Blöcken

6.3 Simulation

6.4 Visualisierung und Weiterverarbeitung der Simulationsergebnisse

6.5 Dashboard-Blöcke

6.6 Externe Beeinflussung von Blockparametern

6.7 Hierarchisches Modell und Verbesserung der Übersichtlichkeit

6.8 Model Explorer

6.9 Physikalische Modellierung

6.10 Codegenerierung

7 Ereignisdiskrete Systeme (Stateflow)

7.1 Entwicklungsumgebung Stateflow

7.2 Beispielsystem

7.3 Flussdiagramme

7.3.1 Modellerstellung

7.3.2 Vorgefertigte Musterabläufe

7.3.3 Backtracking

7.3.4 Designrichtlinien

7.4 Zustandsdiagramme

7.4.1 Modellerstellung

7.4.2 Aktualisierungsbeispiel

7.4.3 Super Step

7.4.4 Flussdiagramm in einem Zustand

7.4.5 Designrichtlinien

7.4.6 Hierarchische Modelle

7.4.7 History Junction

7.4.8 Parallele Zustände

7.4.9 Events

7.4.10 Funktionsaufrufe

7.5 Tabellarische Beschreibung von Zustandsautomaten

7.5.1 Wahrheitstabellen

7.5.2 Zustandsübergangstabellen

7.6 Simulation und Debugging

8 Paralleles Rechnen

8.1 Vorarbeit serielle Codeoptimierung

8.2 Eingebaute Parallelisierung

8.3 Auswahl der Hardware-Ressourcen

8.4 Parallele for-Schleifen

8.5 Batch jobs und Cluster

9 Symbolisches Rechnen

9.1 Umformen von algebraischen Ausdrücken

9.2 Lösung von Gleichungen

9.2.1 Lineare Gleichungen

9.2.2 Nichtlineare Gleichungen

9.3 Taylorreihen

9.4 Laplace-Transformation

9.5 Integrieren von Funktionen

9.6 Differenzieren von Funktionen

9.7 Lösung von Differentialgleichungen

Literatur

Index