Βασικά Matlab: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Αυτό το διδακτικό θα καλύψει μερικές από τις πιο βασικές λειτουργίες του matlab. Θα μάθετε πώς να κάνετε το matlab να εκτελεί μια περιοδική συνάρτηση εσωτερικά και να σχεδιάζετε και πώς να αντλείτε την ίδια περιοδική συνάρτηση από ένα αρχείο excel και να το σχεδιάζετε. Αυτές οι συναρτήσεις είναι μερικές από τις πιο βασικές και ευρέως χρησιμοποιούμενες στο matlab. Αυτό το εκπαιδευτικό πρόγραμμα απευθύνεται σε εσάς που δεν έχετε χρησιμοποιήσει ποτέ το matlab και πρέπει απλώς να εκτελέσετε μερικές απλές εργασίες με αυτό. Ο κωδικός που επισημαίνεται σε κάθε εικόνα περιλαμβάνεται ως σχόλιο, ώστε να μπορείτε να αντιγράψετε και να επικολλήσετε τον κώδικα. Μη διστάσετε να πάρετε αυτόν τον κωδικό και να τον τροποποιήσετε ώστε να ταιριάζει στην εφαρμογή σας.

Βήμα 1: Εκκίνηση του Matlab

Το πρώτο βήμα είναι να ξεκινήσουμε τη λειτουργία του matlab ώστε να μπορέσουμε να αρχίσουμε να δουλεύουμε με αυτό. Όταν ξεκινάτε για πρώτη φορά το matlab, θα πρέπει να μοιάζει με το παρακάτω στιγμιότυπο οθόνης. Το πρώτο βήμα είναι να εκχωρήσετε έναν κατάλογο από τον οποίο θα λειτουργεί το matlab. Από εδώ το πρόγραμμα θα τραβήξει όλα τα αρχεία και θα πρέπει να αποθηκεύσετε όλη τη δουλειά σας στο matlab. Σας συνιστώ να φτιάξετε έναν νέο φάκελο κάπου που θα τον θυμάστε και να τον ονομάζετε κάτι που θα αναγνωρίζετε. Αφού δημιουργήσετε έναν νέο φάκελο, κάντε κλικ στο "…" που βρίσκεται στην επάνω δεξιά γωνία της οθόνης, όπως επισημαίνεται στη δεύτερη εικόνα. Θα εμφανιστεί ένα πλαίσιο περιήγησης όπως φαίνεται στην τρίτη εικόνα. Βρείτε τον νέο φάκελο που δημιουργήσατε στον υπολογιστή σας και επιλέξτε τον. Για αυτό το παράδειγμα, το αρχείο ονομάζεται "370" και βρίσκεται στην επιφάνεια εργασίας.

Βήμα 2: Δημιουργία αρχείου M

Τώρα αυτό που πρέπει να κάνουμε είναι να δημιουργήσουμε ένα νέο αρχείο Μ. Ένα αρχείο M λειτουργεί ακριβώς όπως η πληκτρολόγηση κώδικα απευθείας στο matlab, αλλά μπορείτε να αποθηκεύσετε και να τροποποιήσετε τον κώδικα και να τον εκτελέσετε επανειλημμένα. Κατά την εισαγωγή κώδικα απευθείας στο matlab, πληκτρολογείτε κάθε γραμμή κώδικα ξεχωριστά. Σε ένα αρχείο Μ γράφετε ολόκληρο τον κωδικό σας και στη συνέχεια εκτελέστε τον ταυτόχρονα. Για να ανοίξετε ένα νέο αρχείο Μ κάντε κλικ στο αρχείο. Τοποθετήστε τον κέρσορα στο "Νέο" και στη συνέχεια κάντε κλικ στο "Κενό αρχείο M" όπως φαίνεται στην πρώτη εικόνα. Αυτό που ανοίγει πρέπει να μοιάζει με τη δεύτερη εικόνα. Δεδομένου ότι αυτός ο κώδικας μπορεί να εκτελεστεί επανειλημμένα, είναι καλή ιδέα να κλείσετε τα πάντα και να διαγράψετε όλες τις μεταβλητές πριν εκτελεστεί κάθε φορά. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω δύο γραμμών κώδικα: κλείσιμο allclear allΌπως φαίνεται στην τρίτη εικόνα, διασφαλίζει ότι όλα καθαρίζονται και κλείνουν.

Βήμα 3: Δημιουργία διανύσματος χρόνου

Το πρώτο πράγμα που θα κάνουμε είναι να δημιουργήσουμε ένα γράφημα μιας συνάρτησης στο matlab. Το πρώτο βήμα είναι η δημιουργία της ανεξάρτητης μεταβλητής. Σε αυτή την περίπτωση θα το ονομάσουμε "t" για το χρόνο. Η μέθοδος που θα χρησιμοποιήσουμε για τη δημιουργία αυτής της μεταβλητής είναι η δημιουργία ενός διανύσματος. Ένα διάνυσμα είναι βασικά μια σειρά αριθμών. Για παράδειγμα, 1, 2, 3, 4 θα ήταν ένα σύντομο διάνυσμα. Ο κώδικας για τη δημιουργία αυτού του διανύσματος είναι: t = 0.1: 0.01: 10 · ο πρώτος αριθμός, 0.1 αναφέρεται στο σημείο εκκίνησης. Ο δεύτερος αριθμός, το 0,01 αναφέρεται στο μέγεθος του βήματος. Ο τρίτος αριθμός, 10, αναφέρεται στο τελικό σημείο. Αυτό το διάνυσμα αντιστοιχεί σε 0,1, 0,11, 0,12… μέχρι το 10. Για να δείτε αν η δημιουργία του διανύσματος λειτούργησε, κάντε κλικ στο πράσινο κουμπί εκτέλεσης που επισημαίνεται στη δεύτερη εικόνα. Αυτό τρέχει το πρόγραμμα. Για να δείτε το διάνυσμά μας μεταβείτε στο κύριο παράθυρο matlab. Κάντε κλικ στην επιφάνεια εργασίας και, στη συνέχεια, στη διάταξη του ποντικιού πάνω από την επιφάνεια εργασίας και, στη συνέχεια, κάντε κλικ στην προεπιλογή, όπως περιγράφεται στην τρίτη εικόνα. Τώρα η οθόνη σας πρέπει να μοιάζει με την τέταρτη εικόνα. Στα δεξιά θα δείτε τη νέα μεταβλητή μας, t. Κάντε διπλό κλικ σε αυτό και όπως στην πέμπτη εικόνα θα δείτε τη σειρά αριθμών που δημιουργήθηκαν.

Βήμα 4: Εκτέλεση και γραφική παράσταση μιας συνάρτησης

Τώρα θα γράψουμε μια συνάρτηση που δημιουργήθηκε στο matlab. Το πρώτο βήμα είναι να δημιουργήσετε τη συνάρτηση. Αυτό είναι τόσο απλό όσο η καταγραφή της επιθυμητής μαθηματικής συνάρτησης. Ένα παράδειγμα φαίνεται στην πρώτη εικόνα. Ο κωδικός που χρησιμοποιείται για αυτήν τη συνάρτηση είναι: y = sin (t)+4*cos (5.*t).^2; Η περίοδος πριν από τον πολλαπλασιασμό στο συνημίτονο και πριν από το τετράγωνο του συνημίτονου πείτε στο matlab να εκτελέσει αυτές τις συναρτήσεις απλά στα πολύτιμα αντικείμενα του διανύσματος του χρόνου, να μην αντιμετωπίζουμε το διάνυσμα χρόνου ως μήτρα και προσπαθούμε να κάνουμε συναρτήσεις μήτρας πάνω του. Το επόμενο βήμα είναι να δημιουργήσουμε την ίδια την εικόνα. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας τον κώδικα που φαίνεται στο δεύτερο σχήμα. Η σειρά των μεταβλητών στην εντολή γραφήματος είναι πολύ σημαντική, οπότε φροντίστε να ρυθμίσετε τον κωδικό σας όπως ακριβώς έχει ρυθμιστεί παρακάτω. Figureh = axes ('fontsize', 14); plot (t, y, 'linewidth, 2) xlabel ('Time (s)') ylabel ('Y Value') Title ('Y Value vs Time') πλέγμα ενεργοποιημένοΤελικά, απλώς κάντε ξανά κλικ στο πράσινο βέλος εκτέλεσης και το σχήμα θα εμφανιστεί όπως στην τρίτη εικόνα.

Βήμα 5: Αφαίρεση δεδομένων από το Excel

Τώρα θα δημιουργήσουμε το ίδιο γράφημα με πριν, αλλά εισάγοντας τα δεδομένα της λειτουργίας από ένα υπολογιστικό φύλλο excel. Η πρώτη εικόνα είναι ένα στιγμιότυπο οθόνης του υπολογιστικού φύλλου excel που θα χρησιμοποιηθεί. Πρόκειται για τα ίδια ακριβώς σημεία δεδομένων που δημιουργήθηκαν στο matlab στα προηγούμενα βήματα, μόλις έγιναν στο excel. Για να ξεκινήσουμε, μπορούμε να διαγράψουμε τον κώδικα που δημιουργεί το διάνυσμα ώρας και τον κώδικα για τη συνάρτηση μας από τα προηγούμενα βήματα. Ο κωδικός σας θα πρέπει τώρα να μοιάζει με τη δεύτερη εικόνα. Εισαγάγετε τον κωδικό όπως φαίνεται στο πάνω κόκκινο πλαίσιο της τρίτης εικόνας. Αυτός είναι ο κώδικας για την ανάγνωση του αρχείου excel. Το "Α" αναφέρεται σε έναν πίνακα που θα περιλαμβάνει όλους τους αριθμούς στο υπολογιστικό φύλλο και το "Β" περιλαμβάνει όλο το κείμενο από το υπολογιστικό φύλλο. Οι μεταβλητές t και y τραβιούνται από την πρώτη και τη δεύτερη στήλη όπως φαίνεται στον κώδικα. [A, B] = xlsread ('excelexample.xlsx'); t = A (:, 1) · y = A (:, 2); Ο κωδικός σχήματος μπορεί επίσης να τροποποιηθεί όπως φαίνεται στο κάτω κόκκινο πλαίσιο στην τρίτη εικόνα. Αυτό θα βγάλει στην πραγματικότητα τον τίτλο του γραφήματος και τις ετικέτες άξονα από το υπολογιστικό φύλλο και θα τις τοποθετήσει στο γράφημα σας. Xlabel (B (2)) ylabel (B (3)) Title (B (1)) Το τελευταίο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να εκτελέσετε το πρόγραμμα πάλι και θα δείτε το ίδιο σχήμα να εμφανίζεται όπως φαίνεται στην τελική εικόνα.

Βήμα 6: Δημιουργία Specgram

Σε αυτό το βήμα θα χρησιμοποιήσουμε το matlab για να δημιουργήσουμε ένα specgram διαβάζοντας ένα αρχείο ήχου wav. Ένα specgram μερικές φορές ονομάζεται "γράφημα 2.5D", επειδή χρησιμοποιεί ένα γράφημα δύο διαστάσεων, με την προσθήκη χρώματος για να δείξει το πλάτος. Το χρώμα παρέχει περισσότερες λεπτομέρειες από ένα απλό 2D γράφημα, αλλά όχι τη λεπτομέρεια ενός τρισδιάστατου γραφήματος, εξ ου και ο όρος "2.5D." Η συνάρτηση specgram του matlab παίρνει ένα σύνολο σημείων δεδομένων από το αρχείο wav και εκτελεί μετατροπή Fourier στο σημεία για τον προσδιορισμό των συχνοτήτων που υπάρχουν στο σήμα. Για αυτό το διδακτικό, δεν είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πώς λειτουργεί ένας μετασχηματισμός Fourier, απλώς να γνωρίζετε ότι το συγκεκριμένο πρόγραμμα θα σχεδιάσει τις συχνότητες που υπάρχουν και πόσο ισχυρές είναι σε σχέση με το χρόνο. Η συνάρτηση απεικονίζει το χρόνο στον άξονα Χ και τη συχνότητα στον άξονα Υ. Η ισχύς κάθε συχνότητας εμφανίζεται με χρώμα. Σε αυτή την περίπτωση, το αρχείο wav είναι μια ηχογράφηση ενός κομματιού μετάλλου που χτυπιέται και στη συνέχεια οι δονήσεις του μετάλλου καταγράφονται ως ήχος. Χρησιμοποιώντας το specgram, μπορούμε εύκολα να προσδιορίσουμε τη συντονισμένη συχνότητα του κομματιού μετάλλου, γιατί αυτή θα είναι η συχνότητα που επιμένει περισσότερο με τον καιρό. Για να εκτελέσετε αυτήν την εργασία, πρώτα ζητήστε από το matlab να διαβάσει το αρχείο wav χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο κώδικα: [x, fs] = wavread ('flex4.wav'); Σε αυτή την περίπτωση, το flex4.wav είναι ο τίτλος του αρχείου μας wav, η μεταβλητή x είναι τα σημεία δεδομένων στο αρχείο και το fs αναφέρεται στη συχνότητα δειγματοληψίας. Για να εκτελέσετε το πρόγραμμα, απλά πληκτρολογήστε τον ακόλουθο κώδικα: specgram [x (:. 1), 256, fs]; Το 256 αντιστοιχεί στη συχνότητα στην οποία εκτελείται το FFT κατά την ανάλυση των δεδομένων. Το Matlab βασικά κόβει το αρχείο ήχου σε κομμάτια και παίρνει ένα FFT σε κάθε κομμάτι. Το 256 δείχνει πόσο μεγάλο πρέπει να είναι κάθε κομμάτι. Οι λεπτομέρειες αυτού δεν είναι σημαντικές και το 256 είναι μια ασφαλής τιμή για χρήση για τις περισσότερες εφαρμογές. Τώρα αν εκτελέσετε τον κώδικα, θα δείτε ένα σχήμα να εμφανίζεται όπως φαίνεται στη δεύτερη εικόνα. Από αυτό είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι η συντονισμένη συχνότητα αντιστοιχεί στην κόκκινη κορυφή στην κάτω δεξιά γωνία του σχήματος. Αυτή είναι η κορυφή που επιμένει περισσότερο σε σχέση με το χρόνο.