Einführung in SCILAB

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1 Rechenübung zu Grundlagen der elektronischen Messtechnik (MT I) Einführung in SCILAB Prof. Dr-Ing. Clemens Gühmann Dipl.-Ing. Sebastian Nowoisky Technische Universität Berlin Fakultät IV Elektrotechnik und Informatik Institut für Energie und Automatisierungstechnik Fachgebiet Elektronische Mess- und Diagnosetchnik 1

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3 Was ist SCILAB? aktuelle Version (im Praktikum genutzt) beta 3 Tool für numerische Berechnungen Numerischer und grafischer Taschenrechner Basiert auf einem Interpreter Toolboxen erweitern die Grundfunktionalität Die grundlegende Datenstruktur von Scilab ist die Matrix 3

4 Die Benutzerschnittstelle: 4

5 Interaktive Eingabe von Kommandos Eingabe der Kommandos hinter dem Promt --> Starten der Berechnung mit Return Ausgabe des Ergebnisses erfolgt in der nächsten Zeile Unterdrücken der Ausgabe mit Semikolon ; Zuweisung von Ergebnissen zu Variablen mit = --> ans = 3. --> --> 1 + 2; --> --> a = a = 3. --> 5

6 Variablen Scilab benötigt keine Typendeklaration der Variable Der Typ einer Variable wird automatisch bei der Zuweisung festgelegt Scilab kann nur mit Variablen rechnen, die einen numerischen Wert repräsentieren Es wird zwischen Groß- und Kleinschreibung unterschieden Variablen müssen immer mit einem Buchstaben beginnen --> a = 1; b = 2; --> c = a + b c = 3. --> --> a = 1; --> a + b!--error 4 undefined variable : b --> 6

7 Aufruf von Funktionen Funktionen sind Makros, die Eingabeparameter verarbeiten und einen Wert zurückliefern Scilab verfügt über eine Vielzahl an eingebauten Funktionen Das Schreiben eigener Funktionen wird bei Scilab Programmierung genannt --> sqrt(4) ans = 2. Beispiel: Wurzelfunktion 7

8 Hilfreiches Kommentare werden mit einem führendem // eingeleitet Das Kommando help startet die Hilfe, in der genaue Beschreibungen der eingebauten Funktionen zu finden sind Mit den Pfeiltasten können vorangegangene Kommandos reaktiviert werden mit pwd kann der aktuelle Pfad angezeigt werden mit chdir kann der Pfad gewechselt werden mit who können alle bekannten Variablen angezeigt werden clear löschte alle selbstdefinierten Variablen 8

9 Konstanten Konstanten beginnen mit einem führenden %-Zeichen. Beispiele: %pi %e Die Eulersche Zahl %i imaginäre Zahl: sqrt(-1) 9

10 Komplexe Zahlen --> z = *%i z = i --> abs(z) ans = > sqrt(real(z)^2 + imag(z)^2) ans =

11 Matrizen Der grundlegende Datentyp von Scilab ist die Matrix Matrizen können durch direktes Eingeben, aber auch durch den Aufruf spezieller Funktionen oder durch Einlesen von Dateien erzeugt werden Elemente einer Zeile werden durch Leerzeichen oder Komma getrennt Alle Elemente werden mit eckigen Klammern umschlossen Das Ende einer Zeile wird mit Semikolon gekennzeichnet 11

12 Direkte Eingabe einer Matrix / Element-Zugriff --> A = [1, 2, 3; 1.1, 1.2, 1.3] A = > A(1,2) // Zugriff auf das zweite Element der ersten Zeile ans = 2. --> A(1,:) // Zugriff auf die gesamte erste Zeile ans =

13 Löschen von Elementen einer Matrix --> A = [1, 2; 3, 4] A = > A(1,:) = [ ] // Löschen der ersten Zeile A =

14 Verkettung von Elementen einer Matrix --> A = [A, A] // Verkettung A = >A=[A;A] A =

15 Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung von Matrizen --> z = [2 : 3 : 15] // Syntax: [<Anfangswert> : <Inkrement> : <Endwert>] z = >z=linspace(2,14,5) // Syntax: [<Anfangswert>, < Endwert >,<Stützstellen>] z =

16 Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung von Matrizen --> z = zeros(2,2) // Matrix der Dimension 2x2. Alle Elemente 0 z = > z = ones(2,2) // Matrix der Dimension 2x2. Alle Elemente 1 z = > z = eye(2,2) // Einheitsmatrix der Dimension 2x2. z =

17 Rechnen mit Matrizen Mit Matrizen kann wie gewohnt gerechnet werden Beispiele: Summe zweier Matrizen: Matrixprodukt: Transponieren einer Matrix oder eines Vektors: A + B A * B A' 17

18 Elementweise Operationen Beispiele: Elementweise multiplizieren: Elementweise dividieren: Elementweise quadrieren: A.* B A./ B A.^2 -->A.^2 ans = Bsp. Elementweise Quadrieren 18

19 Datei-Ein- und Ausgabe Der Workspace (Menge aller Variablen) kann mit der Funktion save in eine Datei gesichert werden: save('filename'); Mit load kann ein Workspace wieder geladen werden Es wird auch Textformat unterstützt (read, write) Es lassen sich auch Variablen selektiv speichern: save('filename',x,y, ) Es gibt weitere Spezialfunktionen, wie z.b. für - Audiodateien: wavread, wavwrite 19

20 Programmierung eigener Funktionen (SciNotes) Komplexere Probleme können durch das Schreiben eigener Funktionen in kleinere handliche Bereiche unterteilt werden Funktionen können wiederverwendet werden und sind durch ihre Schnittstelle nach außen vollständig definiert. Details der Implementierung interessieren auf Benutzerebene nicht. Benutzerdefinierte Funktionen können wiederum benutzerdefinierte Funktionen aufrufen. Dadurch entsteht eine baumähnliche Struktur. Eine solche Struktur ist ein Programm. Es ist immer sinnvoll, vor dem Schreiben der eigentlichen Funktionen, genau über deren Interface und Anordnung in der Gesamtstruktur des Programms nachzudenken. 20

21 Programmierung eigener Funktionen SciNotes: Konsole -> Applications -> SciNotes Es können mehrere Funktionen in einer Datei stehen Vor Verwendung der Funktionen müssen die Dateien geladen werden Achtung: Namensgleichheiten vermeiden! 21

22 Programmflußkontrolle - Verzweigungen Abfragen mit if, (else, elseif), end if (A > B) MachDieses(); elseif (A == B) MachJenes(); else error('fehler'); end Fallunterscheidungen mit switch, case, end 22

23 Programmflußkontrolle Schleifen Einen Anweisungsteil n-mal wiederholen for (i=1:n) end MachWas(); Einen Anweisungsteil so lange ausführen, bis eine Bedingung nicht mehr erfüllt ist while (x == 0) end MachWas(); Eine Schleife kann auch mit break verlassen werden 23

24 Syntax: [Rückgabewert1, Rückgabewert2,...] = function (argument1, argument2,...) Dateiname: si.sci // si-funktion: sin(x)/x wenn x!= 0 ansonsten 1 function [ y ]= si(x) if (x == 0) y = 1; else y = sin(x)/x; end endfunction Eigentlicher Code Kommentare nicht vergessen!!!. 24

25 Weiteres zu Funktionen Innerhalb einer Funktion angelegte Variablen sind lokal, d.h. nach außen hin nicht bekannt Kommentieren Sie reichlich! Laden mit exec. Beispiel:exec( c:\temp\si.sci ); Der eingebaute Editor (SciNotes) erleichtert die Arbeit. 25

26 Graphische Darstellung Eindimensionale Funktionsverläufe können mit plot dargestellt werden Beispiel 1 x=linspace(-6*%pi,6*%pi,500) for k=1:length(x) end y(k)=si(x(k)); plot(x,y,'linewidth',2); xgrid(1); title("si-funktion", 'fontsize', 4); xlabel("x", 'fontsize', 4); ylabel("si(x)", 'fontsize', 4); 26

27 Beispiel 2 --> x = [0:0.3:2*%pi]; --> y = sin(x); --> bar(x,y); 27

28 Beispiel 3 --> t=[0:0.1:2*%pi]'; --> z=sin(t)*cos(t'); --> plot3d(t,t,z) 28

29 Xcos Programmpaket zur graphischen Modellierung und Simulation dynamischer Systeme Xcos: Konsole -> Applications -> Xcos 29

30 Beispiel Xcos 30

31 From Workspace Block benötigt Strukturen zur Verarbeitung in Xcos t = 0:0.001:2; omega1 = 1*2*%pi; u1 = sin(omega1*t); V.time = t'; V.values =u1'; To Workspace Daten aus Xcos werden als Strukturen im workspace gespeichert 31

32 Bezugsquelle und Dokumentation 32

33 Sprechstunden: Wer Wann Wo Kontakt Nicolas Erd Mi. 13:00-14:00 EN Mahmoud Felk Mo. 10:00-11:00 EN Lukas Hardeweg Mo. 14:00-15:00 EN Juri Steblau Di. 16:00-17:00 EN Mounir Bellouch Mi. 12:00-13:00 EN Stefan Cirol Do. 12:00-13:00 EN Jörg Jungblut EN Denis Nikolic Mi. 18:00-19:00 EN 446/7 Danny Volkmann Mi. 13:15-14:15 EN 33

34 Viel Spaß mit Scilab! 34