Bevezetés az Matlab használatába
Tartalomjegyzék |
MATLAB
A MATLAB egy programozási nyelv illetve egy numerikus számításokra elvégzésére alkalmas programcsomag. A Bevezető labor során mérési adatok feldolgozására, megjelenítésére és kiértékelésére használjuk, melyhez a MATLAB alapfunkcióit ismerjük meg. Akik a MATLAB programozásban jobban el kívánnak mélyedni a A MATLAB programozása című tárgyat ajánljuk. Az alábbiakban a laborhoz szükséges alapvető utasításokat gyűjtöttük össze, mely a tanórán megszerzett gyakorlattal együtt segít a mérési adatok feldolgozásában.
A MATLAB programozáshoz hasznos segítség a MathWork honlapja, ahol megtalálható parancsok részletes dokumentációja valamint számos példa is [1].
Telepítés
A MATLAB telepítéséhez kövessük az egyetemi licensz oldal utasításait [2]. Hallgatók az egyetemi edu.bme.hu e-mail címmel tudnak regisztrálni. A laborhoz szükséges görbeillesztési eljárásokhoz telepítsük a Curve Fitting Toolbox készletet is!
MATLAB szerkesztő
A MATLAB indítása után az alábbi képernyőt látjuk:
A MATLAB parancsokat egyenként futtathatjuk a Command Window mezőbe gépelve vagy az utasításokból kódot készíthetünk a Live Editor felületen. A parancsok végrehajtást követően megjelennek a Command Window-ban. Ezt elkerülhetjük ha ;-vel lezárjuk a parancsokat. A MATLAB kódokat .m kiterjesztési M fájlokban szokás tárolni, majd a felső Live Editor sávban található Run zöld háromszög segítségével futtathatjuk. A futások eredménye, ekkor a Command Window-ban vagy külön ablakokban jelenik meg. A labor során az .mlx kiterjesztésű Live Script fomátumot használjuk, melynek előnye, hogy a futások eredményét közvetlenül a parancsok alatt látjuk. Section Break elhelyezésével egy nagyobb kódot kisebb részekre tördelhetünk, melyek külön-külön futtathatóak. A Live Script parancsait, a számolások eredményeit és az elkészített ábrákat A File menü Save As menüpontjában TeX formában is kimenthetjük, mely azután könnyen tovább alakítható jegyzőkönyvvé.
Számolás mátrixokkal
A leggyakrabban használt adattárolási forma a vektor vagy mátrix. Értékadás változónév = érték formában történik. Ezt követően a változók a Workspace mezőben követhetők.
Sorvektort [1 2 3], míg oszlopvektort [1; 2; 3] utasítással hozunk létre.
Ekvidisztáns adatokat megadhatunk a mettől:lépésköz:meddig módon:
>> V = 2:2:9 V = 2 4 6 8
Mátrix sorvégeit értelemszerűen ;-tal zárjuk:
>> M = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9] M = 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Az elemek indexelése 1-től kezdődik. Kerek zárójelekkel elemet vagy almátrixot lehet kiválasztani:
>> M(2,2) ans = 5 >> M(:,2:3) ans = 2 3 5 6 8 9
Az eye(n) nxn egységmátrixot, a zeros(n,m) nxm nullmátrixot, a ones(n,m) nxm 1-kel teli mátrixot hoz létre:
>> eye(3) ans = 1 0 0 0 1 0 0 0 1
Az M mátrix oszlopainak átlagát a mean(M) paranccsal számolhatjuk ki:
>> mean(M) ans = 4 5 6
Az M mátrix oszlopainak szórását az std(M) paranccsal számolhatjuk ki:
>> std(M) ans = 3 3 3
Adatbevitel
Meglévő mátrix elemeit kézzel is felülírhatjuk. A Workspace mezőben a változó nevére kettőt kattintva megjelennek a mátrixelemek, amiket szerkeszthetünk is. Jobb kattintás a változó nevére és Save As opciót választva külső fájlba menthetjük az adatokat. A változó visszaolvasásához a load('fájlnév') parancsot futtassuk.
A változókat a save('fájlnév','változónév') paranccsal menthetjük ki majd a load('fájlnév') paranccsal olvassuk be. A változókat a clear all paranccsal törölhetjük a memóriából.
ASCII fájlok kezeléséhez először olvassunk be egy fájl az fopen('fájlnév') paranccsal, mely vissza ad egy fájlazonosítót:
>> fid = fopen('example.txt') fid = 4
Az adatok olvasásához használjuk a textscan('fileID','formatspecification') parancsot. A beolvasott adat oszloporól a C nyelv utasításaihoz hasonló formátum specifikációkat használunk:
| formatspec | változó típus |
|---|---|
| %d | egész szám |
| %f | lebegőpontos szám |
| %c | karakter |
| %s | string |
Szükség esetén a fájl fejlécét tartalmazó sorokat kihagyhatjuk a 'headerLines' kapcsolóval.
>> Data = textscan(fid, '%s %s %f %s %s %f', 'headerLines', 5, 'CollectOutput', true) Data = 1×4 cell array {1001×2 cell} {1001×1 double} {1001×2 cell} {1001×1 double}
Grafikon szerkesztés
Az adatokat a plot(xváltozó,yváltozó,jelölő) paranccsal ábrázolhatjuk. Ha újabb görbét szeretnénk hozzáadni a grafikonhoz, akkor a hold on parancsot futassuk. A jelölők részletes leírása itt található.
Ha hibát is szeretnénk megjeleníteni akkor használjuk az errorbar(xváltozó,yváltozó,yváltozóhibája) parancsot.
A grafikon tulajdonságai az ábrára kattintva változtathatjuk illetve parancsokkal is beállíthatjuk:
| parancs | hatás |
|---|---|
| xlabel('xtengelyfelirat') | megadja az x tengely feliratát |
| ylabel('ytengelyfelirat') | megadja az y tengely feliratát |
| legend({'változónév1','változónév2'}) | jelmagyarázat megjelenítése |
| axis([xmin xmax ymin ymax]) | tengely tartomány |
Jegyzőkönyve, szakdolgozatba, szakcikkbe szánt ábra készítésekor vegyük figyelembe az alábbi pontokat:
- látható méretű legyen az ábra,
- az összes adat megfelelően látszon,
- a mérés hibáját tüntessük fel,
- szerepeljenek jól olvasható tengelyfeliratok, melyek megadják a mértékegységeket is,
- ha szükséges legyen jelmagyarázat.
Görbeillesztés
Görbeillesztéshez futtassuk a cftool parancsot, melynek hatására az alábbi Curve Fitting Tool ablak jelenik meg. Ezt elérhetjük a MATLAB APPS tabjáról is.
A görbe illesztéshez először állítsuk be a függetelen és függő változókat az X data és Y data legördülő menüben.
Az illesztendő görbe típusát a középső legrödülő menüből válasszuk ki. Új görbe típus definiállásához válasszuk a Custom Equation lehetőséget. A Fit Options... gombra kattintva beállíthatjuk a paraméterek lehetséges tartományát illetve az iteráció kezdetiértékeit.
Az eredményt illetve az illesztett görbét megjelenítő kódot a File menü, Generate Code menüpontjával hozhatjuk létre. Ezt bemásolhatjuk a LiveScripben vezetett mérésinaplónkba.
