apostila matlab (baleeiro)

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIS & UNIVERSIDADE CATLICA DE GOIS ESCOLA DE ENGENHARIA ELTRICA E DE COMPUTAO

    INTRODUO AO PROGRAMA "MATLAB" COM APLICAES

    Material elaborado por:

    Prof. Dr. Antnio Csar Baleeiro Alves (UCG/UFG) Prof. Dr. Enes Gonalves Marra (UFG) Prof. Dr. Jos Wilson Lima Nerys (UFG)

    Goinia GO 2007

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    SUMRIO

    1 INTRODUO 5

    2 UTILIZANDO O MATLAB 9

    2.1 INICIAR O PROGRAMA 9 2.2 PASTA DE TRABALHO 10 2.3 TELA DA LINHA DE COMANDO DO MATLAB 11 2.4 CRIAO DE ARQUIVOS NO MATLAB 11 2.5 LIMITAES DO MATLAB 13

    3 OPERADORES, CONSTANTES E CARACTERES ESPECIAIS 14

    3.1 OPERADORES ARITMTICOS 14 3.2 CARACTERES ESPECIAIS 16 3.3 OPERADORES LGICOS 18 3.4 OPERADORES RELACIONAIS 19 3.5 CONSTANTES OU VARIVEIS 19 3.5.1 INF 20 3.5.2 NAN 20 3.5.3 IEEE 20 3.6 RECURSOS DE APOIO DA TELA DE COMANDO DO MATLAB 20 3.6.1 MENU FILE 20 3.6.2 MENU EDIT 21

    4 COMANDOS DE PROPSITO GERAL 22

    4.1 COMANDOS DE INFORMAO 22 4.2 COMANDOS DE OPERAO COM A MEMRIA DA REA DE TRABALHO (WORKSPACE) 23 4.3 COMANDOS DE OPERAO COM FUNES E COMANDOS 24 4.4 COMANDOS DE OPERAO COM O CAMINHO DE DIRETRIOS 25 4.5 COMANDOS DE OPERAO COM A JANELA DE COMANDO 26 4.6 COMANDOS DE OPERAO COM O SISTEMA OPERACIONAL 27

    5 COMANDOS BSICOS PARA MANIPULAO DE MATRIZES 29

    6 FUNES MATEMTICAS ELEMENTARES 32

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    7 COMANDOS DE CONTROLE GRFICO 36

    7.1 GRFICOS BIDIMENSIONAIS 36 7.2 GRFICOS TRIDIMENSIONAIS 38

    8 OUTROS COMANDOS 39

    8.1 FUNES LGICAS 39 8.2 FUNES DE CONTROLE DE FLUXO DE PROGRAMAO 40 8.3 FUNES DE CONTROLE DE BAIXO NVEL 44 8.4 FUNES ESPECIALIZADAS: MATEMTICAS, MATRICIAIS, LGEBRA LINEAR 45 8.5 FUNES DE INTEGRAO, INTERPOLAO E TRATAMENTO DE DADOS 45 8.6 FUNES DE CONTROLE DE CORES, IMAGENS E CARACTERES 45

    9 PROGRAMANDO EM ARQUIVOS .M 46

    9.1 EXEMPLOS DE APLICAO DE PROGRAMA '.M' 46

    10 MATEMTICA SIMBLICA 51

    10.1 USO DA MATEMTICA SIMBLICA 56 10.2 GRFICOS EM DUAS DIMENSES 57 10.3 GRFICOS EM TRS DIMENSES 58

    11 SIMULINK 60

    12 EXERCCIOS RESOLVIDOS 69

    13 EXERCCIOS PROPOSTOS 78

    14 BIBLIOGRAFIA 81

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    1 INTRODUO

    O MATLAB (abreviatura de Matrix Laboratory) um programa para desenvolvimento e implementao de algoritmos numricos ou simblicos que oferece ao usurio um ambiente interativo de programao para estudo e pesquisa nas diversas reas das cincias exatas.

    Esse sistema comporta os recursos de linguagem procedural de programao assemelhados aos do FORTRAN, ANSI C e do Pascal, alm de capacidade grfica e a possibilidade de operar com instrues simblicas. Um dos aspectos mais poderosos o fato da linguagem MATLAB permitir construir suas prprias ferramentas reutilizveis. Isto feito atravs da escrita de suas prprias funes e programas especiais conhecidos como arquivos .m.

    A primeira verso do MATLAB foi escrita nas Universidades do Novo Mxico e Stanford, na dcada de 1970, e destinava-se a cursos de teoria matricial, lgebra linear e anlise numrica. Os pacotes para manipulao de sub-rotinas em FORTRAN, denominados LINPACK e EISPACK, foram os precursores do MATLAB. O MATLAB tem evoludo continuamente, com a contribuio e sugestes de inmeros usurios. No meio universitrio, o MATLAB tornou-se quase que uma ferramenta padro em cursos introdutrios e avanados de lgebra Aplicada, Processamento de Sinais, Sistemas de Controle, Estatstica e inmeras outras reas do conhecimento. O MATLAB contempla ainda uma grande famlia de aplicaes especficas, as quais so denominadas Toolboxes (caixas de ferramentas), como ilustrado na Fig. 1.1. Estes Toolboxes so conjuntos abrangentes de funes MATLAB cujo objetivo resolver problemas de reas especficas, tais como: Processamento de Sinais, Projeto de Sistemas de Controle, Simulao Dinmica de Sistemas, Identificao de Sistemas, Redes Neuronais, Lgica Fuzzy (nebulosa ou difusa), Otimizao de Sistemas, Wavelets, Clculo Simblico, e outras reas. Os usos tpicos incluem:

    Clculos matemticos; Desenvolvimento de algoritmos; Modelagem, simulao e confeco de prottipos; Anlise, explorao e visualizao de dados; Grficos cientficos e de engenharia;

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    Desenvolvimento de aplicaes, incluindo a elaborao de interfaces grficas com o usurio

    Fig. 1.1: Diagrama de Blocos do MATLAB

    A Fig. 1.1 ilustra alguns componentes do sistema MATLAB. Cabe ressaltar, entretanto, que vrios Toolboxes esto disponveis e a cada nova verso do MATLAB novos Toolboxes so adicionados, incluindo as contribuies de usurios espalhados pelo mundo. O SIMULINK um acessrio que possui bibliotecas adicionais de blocos para aplicaes especiais como comunicaes e simulaes de circuitos eltricos e eletrnicos. O MATLAB disponibilizado para praticamente todos os sistemas operacionais atualmente em uso: Macintosh, Windows 95 e NT, Linux, UNIX da Sun, IBM e Open VMS.

    A empresa MathWorks quem negocia/distribui o MATLAB. Seus endereos so:

    Internet: http://www.mathworks.com Telefone (ligao para os EUA): 00-1-508-647-7000

    Toolbox

    Toolbox

    SIMULINK

    Biblioteca numrica

    Linguagem de programao

    Depurador Editor de textos

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    Para um contato com vistas ao uso do programa na rea educacional, tente o endereo:

    A necessidade de utilizar um sistema de computao numrica, e a familiarizao com os comandos e as funes do MATLAB vo gradualmente aumentando o potencial de quem programa em MATLAB. No entanto, a bibliografia existente pode ser de grande auxlio. Parte desta bibliografia editada pela The MathWorks, como por exemplo:

    MATLAB Users Guide (Guia do usurio do MATLAB); MATLAB Reference Guide (Guia de referncia do MATLAB); External Interface Guide (Guia de comunicao externa); Installation Guide (Guia de Instalao); SIMULINK Users Guide (Guia do usurio do SIMULINK); Online Help (Sistema de auxlio do programa MATLAB).

    Inmeras outras referncias podem ser encontradas para o MATLAB, para isto basta procurar nas diversas editoras disponveis no mercado. Algumas destas referncias (em portugus) para a rea de controle podem ser:

    Katsuhiko Ogata, Soluo de Problemas de Engenharia de Controle com MATLAB. Prentice-Hall do Brasil, Rio de Janeiro, 1997, 330p.

    Katsuhiko Ogata, Projeto de Sistemas Lineares com MATLAB. Prentice-Hall do Brasil, Rio de Janeiro, 1996, 202p.

    Na internet existem diversas listas de discusso a respeito do MATLAB. Inscrever-se em uma destas lista pode ser uma boa fonte de informao a respeito do MATLAB. Na pgina da The MathWorks Inc. possvel obter informao sobre

    The MathWorks, Inc. University Sales Department

    24 Prime Park Way Natick, Massachusetts 01760-1500

    Telefone: 00-1-508-647-7000 E-mail: info@mathworks.com

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    algumas destas listas, bem como sobre o prprio MATLAB. O endereo desta pgina : http://www.mathworks.com.

    Os endereos eletrnicos a seguir podem ser tambm utilizados para saber mais sobre o MATLAB:

    Perguntas tcnicas: tech@mathworks.com Sugestes de melhoria: suggest@mathworks.com Bug (erros) do MATLAB: bugs@mathworks.com Erros nos manuais: doc@mathworks.com Registro de produto (aps a compra): register@mathoworks.com Renovao de licena: service@mathworks.com Compra, cotao e informaes comerciais: info@mathworks.com

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    2 UTILIZANDO O MATLAB

    O programa MATLAB pode ser executado em diversos sistemas operacionais, tais como: MS-DOS; Windows-95 ou superior; Unix; Linux; VAX/VMS; Solaris; X-Window System; Macintosh; e outros. Este curso est preparado para ser ministrado no sistema MS-DOS/Windows3.1x ou superior. No entanto, apenas o incio do programa e as funes de baixo nvel so afetados pelo tipo de mquina e sistema operacional utilizados.

    2.1 Iniciar o Programa

    O programa MATLAB pode ser iniciado com um duplo clique no cone do MATLAB na rea de trabalho do windows (desktop), conforme indica a Fig. 2.1.

    Fig. 2.1: cone do MATLAB.

    Outra forma de iniciar o MATLAB atravs do menu INICIAR do Windows95 ou superior. Seleciona-se: INICIAR / PROGRAMA / MATLAB. Os arquivos executveis do MATLAB esto no diretrio de instalao do MATLAB, no subdiretrio BIN. O programa MATLAB iniciado quando o arquivo MATLAB.exe, do subdiretrio BIN executado. Ao iniciar, o MATLAB invoca o arquivo MATLABrc, o qual o arquivo de configurao inicial do MATLAB. Este arquivo pode estar no subdiretrio BIN, ou no subdiretrio LOCAL, ou ainda no subdiretrio ...\TOOLBOX\LOCAL. Isto depender da verso do MATLAB utilizada, ou da forma como o programa foi instalado. Durante o processo de incio do programa, o arquivo MATLABrc estabelece o tamanho padro de figuras, configuraes, caminhos e parmetros de controle do MATLAB. Neste

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    arquivo pode-se incluir mensagens para os usurios, lembretes, ajustar configuraes, etc.

    Ao ser executado, o arquivo MATLABrc verifica se existe um arquivo denominado startup.m no caminho padro do MATLAB. Este arquivo startup.m pode ser empregado pelo usurio para configurar um caminho de sua preferncia e executar comandos de sua escolha, sempre que o programa MATLAB for iniciado. Todos os arquivos de comando do MATLAB (arquivos que contm comandos) tm extenso m. Portanto, daqui por diante as referncias aos arquivos do MATLAB sero feitas apenas pelo nome, fica implcito que a extenso sempre ser m.

    Todos os arquivos de comando do MATLAB tm extenso m

    Uma sesso do programa MATLAB pode ser terminada com o comando quit; com as teclas de atalho ctrl+q; selecionando-se a opo Exit MATLAB (Sair do MATLAB) no menu File (Arquivo); ou ainda, clicando-se no boto fechar na tela da rea de trabalho do MATLAB.

    Boto fechar do MATLAB:

    2.2 Pasta de Trabalho

    Uma boa prtica de utilizao do MATLAB manter todos os arquivos criados pelo usurio em uma p