برنامه نرم افزاری( مطلب) matlab

مطلب ( MATLAB ) یک برنامه نرم افزاری قوی جهت دانشجویان و محققین رشته های ریاضی و مهندسی است که اولین نگارش های آن در دانشگاه نیومکزیکو و استانفورد در سال های ۱۹۷۰ در جهت حل مسایل تئوری متریس ها و جبر خطی و آنالیزهای عددی بوجود آمد . در آن زمان قصد اصلی ، توسعه بسته های نزم افزاری LINPACK ، EI SPACK ( که زیر ؟؟؟های فرترن برای عملیات ماتریسی بوند ) بود و هدف آن بود که دانشجویان بدون نوشتن برنامه های فرترن قادر به استفاده از آن باشند . به تدریج و با افزودن امکانات و ابزارهای مختلف مطلب به نرم افزاری تبدیل شد که جای نرم افزارهای متعدد دیگری را نیز که به همین منظورها بوجود آمده بودند گرفت و امروزه صدها هزار کاربر دانشگاهی ، آکادمیک ، صنعتی و …. در زمینه های بسیار متنوع مهندسی ، علوم و کاربردها ( نظیر ریاضیات پیشرفته ، جبر خطی ، کنترل ، مهندسی سیستم و ….. ) با مطلب به عنوان یکی از اولین محیط های محاسباتی و تکنیکی که قادر به حل مسایل آن ها است آشنا می شوند . علی رغم قدرت و جامعیت بالای مطلب که آن را به یک زبان برنامه نویسی مناسب برای نوشتن برنامه های حاوی مبانی پیشرفته ریاضی درآورده است ، شاید مشکل بودن کار با ان در ویرایش های نگارش شده تحت Dos ، یکی از نقاط ضعف آن به شمار می رفت . با ارائه ویرایش ۴  ، ۵٫۳ ، ۶ ، ۶٫۵ ، بهره گیری از امکانات و قابلیت های این محیط ، این نقطه ضعف نیز رفع شده و مطلب به یک نرم افزار قوی و درعین حال آسان برای استفاده کننده « یا اصطلاحاً User –  friendly  تبدیل شده است. به گونه ای که دانشجویان و دانش آموزان نیز اکنون می توانند از قدرت محاسباتی عددی آنالیزداده و به تصویر کشیدن آن به در دروس دوره دبیرستان خود استفاده کنند. ویرایش دانشجویی مطلب الگوریتم های ریاضی را به شکلی که قادر به استفاده از آن ها در گستره وسیعی از تعلیم و آموزش دورسی نظیر پردازش سیگنال دیجیتال ، تئوری کنترل ، جبر خطی ، سیگنال ها و سیستم ها ، روش های محاسباتی عددی باشند در می آورد و به این ترتیب این نرم افزار به تنهایی ، یا آمیخته بادروس دیگر می تواند محیطی را فراهم آورد که مطالب ثقیل و سنگین تئوری ریاضی با نشان دادن جنبه های علمی و کاربردهای آن شیرین تر و قابل فهم تر باشد .
لازم به ذکر است به جهت پرهیز از زیاد شدن حجم مطالب جهت ارائه ، اولیه مقاله به معرفی محیط اصلی مطلب به صورت اجمالی و دو جعبه ابزار مهم آن ( کنترل و Simulink ) بسنده ؟؟؟ شده است .

محیط نرم افزار مطلب : ( Matlab Enviroment )
با اجرای مطلب یک یا چند پنجره روی صفحه تصویر ظاهر می شود یکی از این پنجره ها پنجره Command  یا دستورات می باشد . این پنجره دستورات را برای پردازش به نرم افزار Matlab ارسال می کند .
در پنجره دستور مطلب ، باوارد کردن هر دستور و یا تولید هر متغیر نتیجه دستورات و متغیرها در حافظه ذخیره شده و فضای کاری مطلب را تشکیل می دهند و در هر زمان با صدا کردن نام آن متغیر می توان مقدار آن را مشاهده کرد .
اولین منو در پنجره Command  ، منوی مربوط به File  است . در این منو نیز مثل سایر نرم افزارها گزینه های مختلفی وجود دارد . به ترتیب به تشریح تک تک این موارد می پردازیم :
New : گزینه New اولین گزینه در منوی آبشاری File است که از گزینه New می توان به M –File ، Fegure ، Model ، GUI دسترسی پیدا کرد .
M -File  – : اگر تعداد دستورات کم باشد در خط فرمان Command قابل تایپ هستند ولی اگر تعداد دستورات زیاد باشد این کار ، امری مشکل خواهد بود برای این منظور مطلب یک امکان را فراهم می آورد که دستورات مورد نیاز را در یک فایل متنی ذخیره کنیم این پنجره M-  File  نامیده می شود .
Figvre : با این پنجره می توانید نتیجه و اجرای برنامه خودتان در این پنجره ببینید ، پنجره Figure  معمولاً بعد از فشار دادن کلید Enter بعد از تایپ هر دستور صفحه باز خواهد شد .
Model : گزینه Model پنجره Model  را برای ما باز می کند . این پنجره در ایجاد یک File  جدید در محیط Simulink استفاده می شود و یک سیستم را به راحتی می توان در این بخش قسمت بندی کرد .
GUI : چهارمین گزینه در دستور New است . این محیط یک رابط گرافیکی قوی و مورد نیاز را برای تغییر دایرکتوری ها و فایل های مطلب ارائه می دهد .
دومین گزینه در منوی فایل گزینه Open است . با فشاردادن این دکمه می توانید به کلیه فایل های مطلب موجود روی دیسک سخت دسترسی پیدا کرده و آن ها را در محیط نرم افزار Matlab باز کرد .
سومین گزینه گزینه مربوط به Close Command  است که با فشار دادن آن پنجره دستور بسته خواهد شد .
گزینه  Imort data : با فشار دادن این گزینه پنجره Import  روی صفحه ظاهر می شود. بوسیله این پنجره می توان فایل های مختلف از نقاط مختلف دیسک سخت خود را اگر نرم افزار مطلب پشتیبانی کند داخل این نرم افزار باز کرد .
گزینه بعدی در منوی فایل : Save Workspace  است که بوسیله آن خطوط دستورات و نیز متغیرهای موجود در محیط مطلب را می توان ذخیره و در مواقع لزوم ، احضار و بازیابی کرد . ذخیره کردن متغیرها باعث پاک شدن و حذف آن ها نمی شود .
گزینه بعدی گزینه Set path  است . از طریق پنجره Set path  می توان Foler  خاصی را به شاخه اصلی مطلب یا زیر شاخه های آن اضافه و یا ازآن حذف کرد .
گزینه بعدی preferences  است که از طریق آن می توان تنظیمات مختلف را برای صفحه Command خود در نظر گرفت .
سه گزینه بعدی : Page setup  ، print و print selection است که تنظیمات مختلف مربوط به print را انجام می دهند .
آخرین گزینه در منوی آبشاری فایل ، گزینه Exit Matlab است که ما را از نرم افزار خارج می کند .
دومین منوی که بررسی می شود منوی Edit است . این منو همانطور که از نامش پیداست کارهای مربوط به ویرایش متن مثل copy  ، paste  ، redo  ، Undo  ، Selectall ، Delete  ، Find را انجام می دهد .
اما آنچه در این منو باید به آن اشاره کرد سه گزینه آخر آن است . اولین گزینه Clear Command window است که پنجره دستورات را در صورت پر بودن پاک می کند . Clear Command history که پنجره مربوط به گزارشات قبلی یا تاریخچه قبلی را پاک می کند و Clear Workspace که محیط کاری را پاک می کند .
سومین منویی که بررسی می شود منوی View است که اولین گزینه آن desktop layout است . از طریق این گزینه می توان به گزینه های بعدی دسترسی پیدا کرد در زیر در مورد آن ها بحث می کنیم :
Default  – : که پنجره پیش فرض مطلب را که شامل ۳ پنجره Command ، History  و Workspace است را باز می کند .
Command Window Only – که پنجره دستورات را فقط بازی کند .
Simple  – : که به سادگی دو پنجره Command  و Command Window را در دسترس قرار می دهد
Short History  – : که با فشار دادن آن سه پنجره اساسی یا Command Window  ، Command History ، Current window روی صفحه باز خواهد
شد .
 tall History  -: همین پنجره را به شکل گرافیکی متفاوتی نشان می دهد .
Feve panel که ۵ تا panel  مهم را روی صفحه باز می کند .
دومین گزینه در منوی آبشاری View منوی Command Window Unlock   است که با فشاردادن آن فقط پنجره Command روی صفحه قفل می شود امکان دسترسی به سایر پنجره ها را نداریم .
در این منو ، گزینه های دیگری مثل Command Window ، Command History ، Command Directory ، Workspace ، Launch pad ، profiler ، Help وجود دارند که امکانات مختلفی را مثل آنچه قبلاً در مورد آن صحبت کردیم در اختیار کاربر قرار می دهد .
 سومین منوی آبشاری منوی Web است . این منو امکانات مختلف product  ها و محصولات مختلف نرم افزار مطلب را که هم اکنون روی سایت این نرم افزار ( Math works ) قرار دارد را برای ما فراهم آورده است به صورت Online  می توان از آن ها استفاده کرد .
منوی بعدی منوی Window است که تنها گزینه آن Close all  نام دارد با فشاردادن این گزینه مقام پنجره های موجود روی صفحه بسته خواهد شد .
آخرین منو در پنجره Command منوی Help است که یک Help آموزشی بسیار قوی را در اختیار ما قرار می دهد . از طریق این Help می توان به شکل online  از امکانات کمکی سایت مطلب بهره برد .
یکی از قدرت مندترین قسمتهای مطلب منوی Start است که در گوشه سمت چپ پنجره ظاهر می شود . این منو شامل Demo  های مختلف ؟؟؟جالب در مورد سیستم های مختلف است که در ادامه در مورد چند Demo آن بحث خواهیم کرد .
کنترل
دومین مبحثی که در مورد آن صحبت می کنیم جعبه ابزار کاربردی کنترل
است . این جعبه ابزار مجموعه ای از توابع را برای مدل کردن ، آنالیز و طراحی سیستم های کنترل خودکار را شامل می شود . این زمینه های کاربردی فقط به مجموعه های صنعتی با سطح بالای تکنیک ؟؟؟ محدود نمی شود ، بلکه در مواردی مثل ماشین لباسشویی ، دوربین ، دربهای اتومبیل و …. نیز مورد استفاده است بخشی از زمینه های متداول کنترل در سرور موتورها ، کنترل حرکات ، سیستم های کنترل ، فضا نوردی ، شیمی  تجهیزات جانبی کامپیوتر و کنترل فرایند ، کاربرد دارد .
ما در این قسمت پاسخ به سیستم های مختلف به ورودی های مختلف را بررسی می کنیم:
Step response ( پاسخ پله )
Impulse Response ( پاسخ ضربه )
Ramp Response ( پاسخ Ramp )
Rlocus ( مکان هندسی ریشه ها )
Bode Diagram ( دیاگرام بود )
Nyquist ( نایکوئیست )
پاسخ پله
اولین موردی که بررسی می شود ، پاسخ پله یک سیستم است . سیستم مورد نظر ما   است در این حالت ضرایب صورت و مخرج را به شکل ماتریسی بیان می کنیم با تایپ Step (c,r)  و فشاردادن کلید Enter خروجی که پاسخ پله است روی صفحه نمایش داده می شود .
پاسخ ضربه :
دومین مورد پاسخ ضربه است . که برای سیستم   بررسی می شود . همانطور که مشخص است باز باید صورت و مخرج را ماتریس هایی بیان می کنیم این بار هم با تایپ (c,r) Impulse پاسخ ضربه روی صفحه نمایش داده می شود .
پاسخ Ramp  :
سومین مورد در منوی کنترل ، پاسخ Ramp است پاسخ Ramp با تابع کتاب خانه ای مشخصی در کنترل بیان نشده است فقط از ضرب   در تابع انتقال می توانیم یک G(x) جدید ایجاد کنیم و با تایپ Step خروجی Ramp بگیریم .
مکان هندسی ریشه ها :
چهارمین مورد مکان هندسی ریشه است که دوباره با تابع کتابخانه ای Rlucus قابل دسترسی است برای مثال سیستم نمونه ها زیر را در نظر بگیرید مثل سایر نمونه ها صورت و مخرج را برای این سیستم به صورت ماتریسی نوشته و با تایپ rlocus (c,r) می توانید مکان هندسی ریشه ها را ببینید .
 

نایکوئیست :
پاسخ سیستمی را که بررسی می کنیم نایکوئیست است . برای این سیستم هم در مطلب تابع کتابخانه ای تعبیه شده است صورت و مخرج تابع   را به صورت ماتریسی نوشته و با تایپ Nyquist(c,r) خروجی روی صفحه نمایش مشخص می شود .
دیاگرام بود :
پاسخ بعدی دیاگرام بود است مثل سایر موارد صورت و مخرج تابع انتقال را به شکل ماتریسی نوشته و با نوشتن bode (c,r) خروجی روی صفحه مشخص می شود خروجی شامل دو نمودار است که نمودار بالا اندازه تابع انتقال و نمودار پائین فاز بر حسب فرکانس را نمایش می دهد .
چند Demo  :
در نهایت بررسی چند Demo از منوی Start پرداختیم . این منوها به ترتیب از شاخه های زیر قابل دسترس هستند .
Start / tool boxes / Control system / Demos / .
Tvtorials / Model Aralysis
لازم به ذکر است در کلیه Demo ها با فشاردادن کلید Run This Demo  آن Demo  برای شما اجرا خواهد شد در این Demo به بررسی پاسخ مختلف به یک سیستم خاص پرداختیم .
Demo دوم : از همان شاخه Interactive Demo است که در آن RLC Grcuit  ??? قرار دارد . با فشار دادن Run this Demo پنجره RLC Circuit Response روی صفحه نمایش نشان داده می شود .
درست است آن تنظیمات مختلف نظیر topology قرار دارد که می توان مدار RLC خاص را برای آن تولید کرد و درست چپ پاسخ پله ، دیاگرام بود ، نقشه صفر و قطب و نایکوئیست را دید
Simulink : 
سومین و آخرین مطلبی را که در مورد آن صحبت می کنیم محیط Simulink است . Simulink یک بسته قوی نرم افزاری برای مدل کردن ، شبیه سازی کردن و آنالیز سیستم های پویا است این بسته نرم افزاری سیستم های خطی و غیر خطی را پشتیبانی می کند . برای مدل و شبیه سازی کردن یک سری رابط های قوی گرافیکی ( GUI ) را در اختیار کاربر قرار می دهد که تنها بوسیله Click روی موس قابل دسترس خواهند بود .
Simulink شامل کتابخانه های مختلف ، Sources ، Sinks ، اجزاء خطی و غیر خطی و Connector های مختلف است
در این قسمت موضوعاتی را که بررسی می شوند شامل :
–    شبیه سازی یک تابع
–    چند نمونه تابع خاص
–    چند Demo
با فشار دادن شمایل Simulink روی پنجره Command پنجره Simulink library browser روی صفحه ظاهر می شود .
شبیه سازی یک تابع
در قسمت اول تابع x0(+) = – 2x (+) +u (+)  را پیاده سازی کردیم . برای این منظور از منوی newmodel , File را انتخاب می کنیم . با فشاردادن پنجره Untiteld  روی صفحه ظاهر می شود ، از شاخه u Simulink ، Sources یک منبع روی صفحه می کشیم این منبع یک Signal gene rator است از gain (-2)  Math Operation را انتخاب می کنیم . از شاخه Continvous یک انتگراتور   روی صفحه می کشیم و برای دیدن خروجی Scope را از Sink انتخاب می کنیم چون یک عملیات جمع داریم پس از Math Operation ، Sum را روی صفحه می آوریم . با کشیدن این اجزا به سمت هم سیم بندی کامل می شود حالا دکمه Start را جهت دیدن Simulation فشار می دهیم .
چند نمونه تابع خاص
دومین موردی که بررسی می کنیم چند سیستم خاص است که در powerpoint به آن ها اشاره شده است .
Demo :
و در نهایت به بررسی یک Demo می پردازیم . این Demo از شاخه
Start / Simulink / feature / Bus black Demonestration
است که بازهم با انتخاب آن و فشار دادن Run This model  می توانید خروجی ؟؟؟ System خودتان را روی صفحه ببینید .
نتیجه
نسخه  6.5 مطلب یک نسخه جدید است که امکان دستیابی سریع به کدهای مطلب متغیرها ، فایل های اطلاعات ، تصاویر و راهنماها را به شکل Online تأمین می کند . در مجموع چند ابزار محاوره ای جدید ، ورود و ترمیم قسمتهای مختلف و سیستم های مختلف را تأمین و تسهیل می کند . با این نرم افزار قدرتمند می توان کارهای مختلف از جمله پردازش صدا ، صوت ، تصاویر ، سیگنال را به راحتی انجام داد . بسیاری از توابع الگوریتمیک کامپیوتری به راحتی توسط مطلب قابل ایجاد و اجرا هستند .امیدوارم که روزی بتوانید زندگی خودتان را هم با مطلب کنترل کنید .