Einführung in MATLAB

Abb. 1: MATrix LABoratory (MATLAB^®)

Autor:

Prof. Dr.-Ing. Schneider

Einleitung

Fragestellungen, Begriffe und Voraussetzungen  

Fragestellungen
MATLAB^® von der Firma MathWorks^® ist ein multifunktionelles wissenschaftliches Simulationswerkzeug, mit denen z. B. Messdaten gelesen, analysiert, verarbeitet und visualisiert werden können. Mechatroniker*innen werden mit MATLAB simulieren, Daten auswerten und sogar in Echtzeit mechatronische Systeme regeln. Fragestellung dieser Lektion sind die Programmstrukturen von MATLAB^®. Die Fragestellung dieses Selbstlernkurses ist wie man mit MATLAB^® umgeht.

Eingeführte Begriffe und Konzepte

• MATLAB^® kann hervorragend mit Feldern (Vektoren/Matrizen) arbeiten. Sie Zugriffe auf die Feldeinträge sind äußerst simpel. Dies gilt auch für die Matrizenrechnung.
• Verzweigungen und Schleifen sind grundlegenden Programmstrukturen der Informatik.
• Funtionen bieten die Möglichkeit Programmteile, die häufiger ausgeführt werden zu kapseln. Es Möglichkeit zum Debuggen lassen sich über das Command Window ein und Ausgaben machen.
• Daten können leicht in individuellen Grafiken angezeigt werden. Diese können umfassend beschriftet werden. Der Datentyp struct und Klassen ermöglichen die Erzeugung komplexere Daten- und Funktionsstrukturen.
• Dateien können ebenfalls als Ein- und Ausgabe dienen. Gezeigt wird der Umgang mit ASCII und Binördateien. Die Erzeugung von Strings ist ein wesentlicher Bestandteil.
• Komplexe Programme können in Funktionen modularisiert werden. Die MATLAB^®-Hilfe gibt wichtige Hinweise zum Aufruf von Funktionen.
• Daten können importiert und in Diagrammen visualisiert werden. Die Grundlagen der Programmierung mit Verweigungen und Schleifen wird vertieft.

Vorausgesetzte Kenntnisse aus vorangegangenen Kapiteln
Grundlagen der Vektoralgebra

Lernziele  

Nach Durchführung dieses Selbstlernkurses

• können Sie mit der MATLAB-Oberfläche umgehen.
• können Sie Informationen im Command Window ausgeben.
• können Sie Programme schreiben und speichern.
• können Sie mit Matrizen rechnen und auf deren Inhalt gezielt zugreifen.
• können Sie Daten laden, speichern und anzeigen.
• kennen Sie die Programmiergrundelemente: Verzeigung und Schleifen und können diese in MATLAB^® anwenden.
• können Sie komplexe Programmteile in einer Funktion auslagern.
• können Sie mit der MATLAB^®-Hilfe umgehen.
• können Sie Strukturen anlegen und auf deren Inhalte zugreifen.
• können Sie mit Character-Arrays umgehen.

Für den Einstieg in MATLAB^® bieten sich die folgenden Möglichkeiten an:

• Einstieg über das HSHL-Wiki
• Einstieg über MathWorks Kurse
• Einstieg über de.linkedin.com
• Einsteig über ein Fachbuch

MATLAB-Syntax in a nutshell

Hier finden Sie eine Übersicht der wichtigsten MATLAB-Befehle.

Einstieg über das HSHL-Wiki

Diese Einstiegsmöglichkeit entsteht derzeit. Anregungen, Fragen und Feedback ist erwünscht.

#	Thema	Inhalte	Lernzielkontrolle
1	Einführung	Oberfläche Vektoren und Matrizen Skript erstellen Initialisierung	Einführung
2	Graphische Darstellung	2D-Grafik Grafik-Handles Laden und Speichern von Variablen 3D-Grafik
3	Programmstrukturen	Verzweigungen Schleifen Funktionen Debugging Ein- und Ausgaben varargs-Mechanismus
4	Nachhaltige Programmierung	Kommentare Programmierrichtlinien MATLAB®-Hilfe
5	Daten & Dateizugriff	Textdateien einlesen Textdateien schreiben .mat-Datei speichern & laden Cell-Array
6	Datenstrukturen	Datentypen Matrizen Matrix-Operatoren Cell-Array
8	Strukturen und Klassen	struct Objektorientierte Programmierung (OOP)
9	Grafische Benutzeroberfläche (GUI)	Live-Skript (.mlx) App-Designer
10	Einführung in Simulink
11	Symbolische Mathematik	Plotten von symbolischen Funktionen
12	Einführung in die Bildverarbeitung	Bilder einlesen und anzeigen Videoverarbeitung Bildverbesserung durch Filter Segmentierung Morphologische Operationen

Einstieg über MathWorks Kurse

Ein einfachen Weg für den Einstieg in die MATLAB-Toolwelt bieten die kostenlosen Self-Pace Kurse.

• MATLAB Onramp
• MATLAB Fundamentals
• Kursübersicht MATLAB and Simulink Training

Einstieg über de.linkedin.com

Kostenlos sind für HSHL Studierende ebenfalls die E-Learning Kurse bei Linked:in.

• MATLAB Grundkurs

Einsteig über ein Fachbuch

Erarbeiten Sie sich anhand des Buches

Stein, U.: Programmieren mit MATLAB : Programmiersprache, grafische Benutzeroberflächen, Anwendungen. München : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 6. Auflage 2017. HSHL-eBook

die Informatikgrundlagen zu Programmstrukturen in Kapitel 2.

Lernzielkontrolle 

Üben Sie Ihre Kenntnisse praktisch mit den nachfolgenden Aufgaben.

1. Funktionen
2. Ein- und Ausgaben
3. Verzweigungen
4. Schleifen
5. Felder
6. Grafik
7. Strukturen
8. Dateien
9. Strings

Musterlösungen 

Die Lösungen finden Sie hier.

Weiterführende Links

• MATLAB Academy - kostenlose Video-Tutorials
• Matlab Cookbook
• Matlab Training Services
• Matlab Maker Zone
• "Applied Autonomous Robots I" Courseware
• MATLAB Grader
• Programmierrichtlinien für Matlab

Literatur

• Benker, H.: Ingenieurmathematik kompakt – Problemlösungen mit MATLAB. Heidelberg: Springer eBook 2010. ISBN 978-3-642-05453-2
• Stein, U: Programmieren mit MATLAB. Leipzig, Hanser Verlag 2017. ISBN 978-3-446-45583-2
• Sigmon, K; u.A.: MATLAB Primer. PDF
• Teschl. S.: MATLAB - Eine Einführung. DOC
• Pietruszka, W. D.; Glöckner, M.: MATLAB® und Simulink® in der Ingenieurpraxis. Wiesbaden: Springer Verlag, 5. Auflage 2021. ISBN 978-3-658-29740-4

BSD-Lizenz

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