Приложение 2. Знакомство с пакетами расширения системыMatlab

Для решения специализированных задач разработаны пакеты расширений системы MATLABс дополнительными функциями. Такие пакеты называютсяToolBoxes. При установке системыMATLABпользователь может выборочно загрузить нужные ему пакеты. Например, пакетSymbolic Math ToolBox добавляет к системе возможностьсимвольных вычислений(Глава 7), пакетPartial Differentional Equation ToolBox(PDE ToolBox) создан дляисследования задач математической физики(см. приложение 1).

Если пакет расширения установлен, он становится компонентой расширенной системыMATLAB, а раздел с одноименным оглавлением включается в список вкладкиContentsпанелиHelp Navigator(рис. П.9). Командаver, выполняемая из командной строки, выводит название, номер версии и дату создания всех установленныхToolBox.

Перечень пакетов расширений версии MATLAB6.5 содежит десятки наименований. По большинству таких расширений опубликованы отдельные книги, а объем документации по ним составляет сотни мегабайт. ВMATLAB7 расширены возможности многихToolBoxпо сравнению с версией 6.5.

Ниже дан краткий обзор основных возможностей некоторых ToolBox.

Simulink(моделирование нелинейных систем)

Система имитационного моделирования Simulink– самое популярное расширениеMATLAB. Кнопка его вызова вынесена на панель инструментов главного окна рабочей среды (перед кнопкой?), т.к.MATLABсодержитSimulinkв своем составе. ПакетSimulinkпредназначен дляматематического моделированиялинейных и нелинейных динамических систем и устройств, представленных своей функциональной блок - схемой, именуемоймоделью.

Simulinkимеет обширнуюбиблиотекублочных компонентов,редактор блок - схеми по существу является средствомвизуального программирования. С помощью мыши пользователь переносит нужные компоненты на рабочий стол системы и соединяет линиями входы и выходы блоков. Таким образом создается блок - схема системы или устройства. В состав моделей могут включаться источники сигналов различного вида, преобразователи с разнообразными формами передаточных характеристик, интегрирующие и дифференцирующие блоки, виртуальные регистрирующие приборы, графические средства анимации. Двойной щелчок мышью на блоке модели выводит окно со списком его параметров, которые пользователь может менять. Запуск имитации обеспечивает математическое моделирование построенной модели с наглядным визуальным представлением результатов.

На всех этапах работы, особенно при подготовке моделей схем, пользователь практически не имеет дела с обычным программированием. Программа автоматически генерируется в процессе ввода выбранных блоков компонентов, их соединений и задания параметров компонентов.

Некоторые продукты семействаSimulink:

SimMechanics– моделирование физических систем в средеSimulink;

SimPowerSystems– моделирование электротехнических устройств и систем вSimulink;

Communications Blockset– набор блоков для разработки и моделирования физического уровня телекоммуникационных систем и их компонентов вSimulink;

Signal Processing Blockset– набор блоков для моделирования вSimulinkпоточных данных и многоскоростных систем, применяемых в телекоммуникациях, цифровых системах управления, радио- и гидролокации и других прикладных областях, требующих больших объемов вычислений.

Optimization ToolBox(решение оптимизационных задач)

Пакет Optimization ToolBoxпредназначен для решения основных линейных и нелинейных задач оптимизации, причем для задач большой размерности предусмотрены эффективные специальные методы. Класс задач, поддеживаемый даннымToolBox, включает:

□ решение нелинейных уравнений;

□ линейное и квадратичное программирование;

□ безусловная оптимизация нелинейных функций;

□ условная минимизация нелинейных функций при наличии нелинейных ограничений;

□ подбор параметров;

□ минимаксные задачи.

Statistics ToolBox(статистические вычисления)

Функции и приложения Statistics ToolBoxрасширяют возможности системы в области реализации статистических вычислений и статистической обработки данных. Класс задач, поддеживаемый даннымToolBox, включает:

□ исследование линейных моделей;

□ распределения вероятностей;

□ параметричесое оценивание;

□ проверка гипотез;

□ множественная регрессия;

□ планирование эксперимента;

□ статистические графики;

□ графический интерфейс пользователя.

Signal Processing ToolBox(цифровая обработка сигналов)

Основные возможности пакета:

□ генерация, импорт и экспорт сигналов;

□ проектирование, анализ и реализация цифровых и аналоговых фильтров;

□ спектральный анализ и статистическая обработка сигналов;

□ быстрое преобразование Фурье, дискретное косинусное и другие преобразования, применяемые для анализа, кодирования и фильтрации;

□ моделирование линейных систем.

В состав пакета входит несколько приложений с графическим интерфейсом, предназначенных для облегчения доступа к функциям ToolBox.

Control System ToolBox(исследование систем управления)

Пакет Control System ToolBoxсодержит специализированные инструменты для разработки и анализа контроллеров систем управления и динамических систем с обратной связью. В пакете реализованы:

□ полный набор средств для анализа систем;

□ временные характеристики: передаточная и переходная функции, реакция на призвольное воздействие;

□ частотные характеристики: диаграммы Боде, Николса, Найквиста и др.;

□ характеристики моделей: управляемость, наблюдаемость, понижение порядка моделей;

□ поддежка систем с запаздыванием.

Communications ToolBox(исследование телекоммуникационных систем):

□ генерация случайных сигналов;

□ анализ ошибок, включая визуальные диаграммы и графики в трехмерном пространстве;

□ кодирование сигнала, поступающего с источника сообщений, включая квантование, дифференциальную импульсно - кодовую модуляцию и компандер;

□ помехоустойчивое кодирование, включая свертку и линейно - блочное кодирование;

□ аналоговая и цифровая модуляция / демодуляция;

□ фильтрация данных с использованием специальных фильтров;

□ вычисления в полях Галуа.

Image Processing Toolbox

Пакет предоставляет пользователю широкие возможности в области цифровой обработки и анализа изображений. Основные направления в этой области, которые реализованы в пакете, заключаются в следующем:

□ фильтрация с использованием ряда алгоритмов изображений, позволяющая улучшить качество изображения и уменьшить негативное влияние шумов;

□ обработка выделенных участков изображения с целью коррекции или улучшения качества восприятия;

□ анализ свойств изображений и получение их статистических характеристик;

□ цветоаые преобразования, в том числе, связанные с изменением палитры;

□ импорт, обработка и экспорт изображений, представленных в файлах с различными форматами.