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Tutorial de MATLAB




Enviado por Pablo Turmero



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    1 LEAN CON DETENIMIENTO LOS PÁRRAFOS SIGUIENTES Y NO
    INTENTE INTRODUCIR DATOS HASTA QUE SE LE INDIQUE: Matlab es una
    herramienta poderosa usada por ingenieros y científicos de
    todo el mundo para resolver diversos problemas que requieren
    cálculos complejos bajo una secuencia de instrucciones y
    respaldado por una compañía de software
    Profesional: The Math Works Inc. La parte de este taller esta
    orientado para que el estudiante tenga capacidad de graficar
    señales. Su contenido se enumera a continuación:
    1.- Matrices y operadores. 2.- Funciones y comandos propios de
    Matlab. 3.-Graficación de señales.

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    Sobre las pantallas que aparecen al abrir el programa: Al abrir
    MATLAB normalmente aparecen tres pantallas (versión 6.0 en
    adelante) : 1.- La primera de la izquierda (launch pad) en donde
    se localizan todos los directorios y demos. 2.- La segunda abajo
    a la izquierda (command history) en la parte inferior donde se
    genera un histórico de los comandos y variables que se
    usan. 3.- La tercera de la derecha (command window) se considera
    la pantalla principal y es precisamente donde se declaran las
    variables y comandos de un programa en la cual se ubica el
    símbolo ‘»’. Ver Fig.1. 2

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    3 Fig. No. 1 Pantallas de MATLAB versión 6.0

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    4 EL INDICADOR : El símbolo “??” en la
    pantalla principal ( command window) nos indica que MATLAB esta
    esperando que introduzcamos un comando o una variable. Para salir
    de MATLAB cuando sea pertinente use los comandos quit o exit.
    ESCALAR, VECTOR Y MATRIZ: A = 2.5 Un sólo dato se denomina
    escalar. B = ?2.5, 6.4 ? Si una matriz tiene una sola fila o una
    sola columna, la llamamos vector; para ser más claros
    llamamos vector fila o vector columna. Matriz : -2 0 3 El
    tamaño de una matriz se especifica por el número de
    filas y C = 3 -4 5 de columnas; así, C es una matriz de 3
    x 3. Un dato de una 0 0 2 matriz se puede identificar por los
    subíndices; así C23 representa el dato 5 de la
    matriz C, si una matriz contiene m filas y n columnas, entonces
    contiene un total de m x n valores; así, C es una matriz
    de tamaño 3 x 3.

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    5 ESTILO Matlab es sensible a la diferencia entre
    mayúsculas y minúsculas, así que los nombres
    “Espacio, ESPACIO y espacio” representan tres
    variables distintas. Matlab tiene la posibilidad de manejar
    números reales (ejem. 12.7× 10-2 se escribe 12.7 e-2
    ) el número complejo de parte real 5 y parte imaginaria 2
    se representa en matlab 5+2*i o como 5+j*2, las letras i y j se
    preasignan ambas en matlab para ser Iguales a v-1. otras
    constantes son pi para ?. DEFINICIÓN DE UNA MATRIZ La
    forma más sencilla de definir una matriz es usar una lista
    de números, como : A = [4.5] B = [1.6, 3.1] C = [-2,0,3;
    3,-4,5; 0,0,2]

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    6 PUNTOS SUSPENSIVOS Si hay demasiados números en una fila
    de una matriz para que quepan en una línea, podemos
    continuar la instrucción en la siguiente línea,
    pero se requiere una coma y tres puntos al final de la
    línea para indicar que la fila debe continuar. Ejemplo: H
    = [-2,0,-3,4,-3,-4,5,0,0,2,1,1,1,3,4,-0.2] que se puede escribir
    como: H = [-2,0,-3,4,-3,-4,… 5,0,0,2,1,1,1,3,4,-0.2] MATLAB
    también nos permite definir una matriz que ya se
    definió: Ejemplo: B =[1.5, 4.1] D = [-3, B] este comando
    equivale a D = [-3,1.5,4.1]

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    7 También podemos modificar los valores de una matriz o
    agregar valores adicionales usando una referencia a un lugar
    específico. Por ejemplo: D(3) = 6 ; Cambia el tercer valor
    de la matriz D del valor 4.1 por 6, para quedar como: D =
    [-3,1.5,6] Así también logramos extender una matriz
    definiendo nuevos elementos. Si ejecutamos el siguiente comando
    D(4) = 2.5 ; La matriz D tendrá cuatro valores en lugar de
    tres, así D se verá como D = [-3, 1.5, 6, 2.5]; El
    punto y coma ; termina la instrucción y oculta la
    exhibición del resultado de la operación. Teclee D
    = [-3, 1.5, 6, 2.5] ahora Teclee D = [-3, 1.5, 6, 2.5];

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    8 AHORA SI EMPIECE A TECLEAR DATOS Y COMANDOS DE LOS SIGUIENTES
    EJERCICIOS SÓLO TECLEA LOS VECTORES NO ESCRIBAS EL
    COMENTARIO % El punto y coma ; termina la instrucción y
    oculta la exhibición del resultado de la operación.
    Teclee D = [-3, 1.5, 6, 2.5] ahora Teclee D = [-3, 1.5, 6, 2. B =
    [ 2; 4; 6; 10] % DEFINE UN VECTOR COLUMNA. C = [ 5, 3, 5 ; 6, 2,
    –3 ] % DEFINE UNA MATRIZ 2 x 3. E = [ 3, 5, 10, 0; 0, 0 ,
    … 0, 3; 3, 9, 9, 8 ] % COMA Y TRES PUNTOS PARA CONTINUAR UNA
    LINEA. T = [ 4, 24, 9 ] Q = [ T, 0, T ] % INTERCALA UN VALOR DE
    CERO ENTRE DOS VECTORES. V = [ C ( 2, 1); B ] % DE LA MATRIZ C
    SELECCIONA EL VALOR (m, n) Y LO AGREGA AL VECTOR B. A (2, 1) = –
    3 % CREA UNA MATRIZ LLAMADA A Y LE ASIGNA EL VALOR DE –3 EN
    (m, n)

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    9 Lee los siguientes comentarios y prueba su validez: El operador
    de dos puntos es útil para generar matrices nuevas; Si se
    usa un signo de dos puntos para separar dos enteros, el operador
    de dos puntos generara todos los enteros entre los dos enteros
    especificados. tecleé: n = 1 : 10 % Este operador es
    especialmente útil para generar los índices de
    tiempo de una señal de tiempo discreto. También se
    usan los signos de dos puntos para separar tres números,
    el operador de dos puntos generará valores entre el primer
    número y el tercero, usando el segundo número como
    incremento: tecleé: t = 0.0:0.5:6.0 % este operador es
    especialmente útil para generar los índices de
    tiempo continuo o un dominio de una función
    analógica. El incremento también puede ser negativo
    tecleé: r = 15:-1:0

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    10 EN LO SUSECIVO TRATE EN CADA EJEMPLO DONDE LO CREA ADECUADO DE
    PROBAR LA AUTENTICIDAD DE LOS COMANDOS Funciones especiales para
    generar matrices nuevas. La función size devuelve dos
    argumentos escalares que representan el número de filas y
    el número de columnas, podemos usar size para generar una
    matriz de ceros que tenga el mismo tamaño que la otra
    matriz ejemplo: Tecleé W = [ 4, 3, 2; 4, 6, 3 ]; F=
    zeros(size ( W ) ) La función ones genera una matriz que
    solo contiene unos. Tecleé C= [1, 2, 3; 4, 2, 5]; D =
    ones(size(C)) Algunas ocaciónes es necesario conocer que
    variables se hallan definidas y que valores tienen almcenados el
    comando who lleva a cabo esta acción: Tecleé who Si
    desea dejar una variable sin definición (sacarla de la
    lista ) se utiliza el comando: clear.

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    11 Operaciones con escalares , vectores y matrices: Los
    operadores matemáticos incorporados que se utilizan con
    frecuencia en matlab son:

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    Tecleé el enunciado de asignación siguiente; a=3;
    b=[2,6,4]; c=[4,10, 2]; los vectores y matrices pueden
    multiplicarse por un escalar: tecleé: a*b ans es el nombre
    dado a un resultado cuando el usuario no le asigna un nombre. Un
    escalar puede sumarse a un vector o matriz: tecleé: a+c La
    suma de un escalar a un vector o matriz sólo añade
    el escalar a cada elemento del vector o matriz la resta se define
    de manera similar: tecleé: a-b 12

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    13 Los vectores y matrices se suman (o restan) como lo hacemos en
    matemáticas, esto es, los dos vectores o matrices deben
    tener la misma forma para sumarse o restarse a menos que uno de
    ellos sea un matriz de 1*1, un escalar, como lo vimos antes :
    tecleé: b+c c-b Los vectores y las matrices se multiplican
    de acuerdo a las reglas del álgebra: tecleé: b*c
    Este resultado ilustra un error común en Matlab. Las
    matrices deben ser conmensurables para ser multiplicadas
    utilizando el operador *. La premultiplicación de un
    vector renglón de 1 por 3 como c por un vector
    renglón de 1 por 3 como b no esta definida. Sin embargo si
    c se transpusiera a un vector columna 3 por 1, se
    definiría la multiplicación. La
    transposición se efectúa con el operador ‘.
    tecleé: c’ b*c’

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    14 Operaciones elemento por elemento: A menudo es muy útil
    multiplicar dos vectores o matrices de la misma forma, elemento
    por elemento en vez de utilizar las reglas usuales de la
    multiplicación de matrices. Ese tipo de
    multiplicación se denomina multiplicación del
    arreglo en Matlab y se lleva a cabo utilizando el operador .* Las
    operaciones elemento por elemento, u operaciones de arreglos, no
    sólo se aplican a operaciones entre dos matrices del mismo
    tamaño, si no también a operaciones entre un
    escalar y un no escalar. Así pruebe las instrucciones de
    cada uno de los siguientes juegos: tecleé: A = [ 4, 3, 2,
    4, 6 ]; C = 3.*A G = A./5 Las vectores resultantes C y G
    tendrán el mismo tamaño que A.

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    15 A fin de ilustrar las operaciones de arreglos para vectores,
    considere los dos siguientes vectores fila: Tecleé: B = [
    -6, 3, -2, 4, 6 ]; Calculemos el producto de arreglos de A y B
    usando las siguientes instrucciones: Tecleé: L = A.*B El
    comando de división de arreglos, Tecleé: F=A./B
    Asimismo la exponenciación de arreglos también es
    una operación elemento por elemento ejemplos;
    Tecleé: Z = A.^2 M = A.^B También podemos usar una
    base escalar con un exponente vector como; P= 3.^A

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    16 Los ejemplos anteriores utilizaron vectores, pero las mismas
    reglas se aplican a matrices con filas y columnas, como lo
    podrás constatar declarando la matriz ‘d’
    ejecutando las operaciones indicadas: d= [ 1:6; -1:-1:-6 ];
    f=d.*6 w=d.^2 GRAFICA X vs. Y: Gráficas x vs. y sencillas.
    Suponga que queremos graficar los siguientes datos recabados de
    un experimento con un modelo de coche de control remoto. El
    experimento se repite 10 veces, midiendo la distancia que un
    móvil recorre en cada ensayo. (x) “Ensayo” (y)
    “Distancia” 1 58.5 2 63.8 3 64.2 4 67.3 5 71.5 6 88.3
    7 90.1 8 90.6 9 89.5 10 90.4

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    17 Pruebe generar esta gráfica: creando un vector llamado
    x con los datos de la columna “Ensayo”, y un vector
    llamado y con los datos de la columna “Distancia” y
    en seguida teclee : plot (x, y), grid y de enter Se genera
    automáticamente la gráfica. “La buena
    práctica de ingeniería exige la inclusión de
    unidades y un titulo” Por lo tanto en el código
    anterior incluya los siguientes comandos: plot(x,y), title
    (‘Gráfica de experimento’), xlabel (
    ‘Ensayo’), ylabel (‘Distancia’), grid Si
    se agrega un tercer argumento en el comando plot éste
    controla el color y el estilo de la gráfica. Es una cadena
    la que determina el color de la línea, estilo de la misma
    y los símbolos (si los hay ) utilizado para los puntos de
    marca, por tanto intente dar elegancia a su grafica anterior
    agregando al comando plot: plot (x,y,’ro’),
    grid

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    18 LISTA DE CARACTERES COLOR MARCADOR ESTILO DE LINEA y amarillo
    . punto – continua m magenta o circulo : punteada c cyan x marca
    x -. guión-punto r rojo + más — guionada g verde *
    asterisco b azul s cuadrado w blanco d diamante k negro v
    triangulo(hacia abajo) ^ triangulo (hacia arriba)

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    19 Los archivos .m o archivos .M Este tipo de archivo es de lo
    más importe que se puede generar por el usuario en MATLAB,
    es un archivo que ejecuta las instrucciones programadas en
    él, y que pueden convertirse en un comando de matlab.
    Ahora tu crearas un archivo .m Desde la ventana de matlab
    selecciona new, M-file Aparecerá un blok de notas dentro
    de él, declara las siguientes variables: Tecleé: t
    =[0:0.001:2]; % Este vector se puede también generar con:
    linspace(0,0.001,2). m = 2; y = m .*t; plot(t, y, 'r',
    ‘linewidth’,4),grid %´linewidth´, 4 : te
    da el grueso de la linea. Después guarda este
    código en el mismo blok de notas en la parte superior (
    file save en el drive e: pendiente.m si es memoria USB) con el
    nombre pendiente.m, esté nombre de archivo se convierte en
    un comando de Matlab con el nombre pendiente. Ejecútalo en
    la pantalla de comandos llamándolo sólo con su
    nombre “pendiente” sin la extensión.m (antes
    de llamarlo recuerda cambiarte de directorio del C: al e: con la
    instrucción cd e: si es el caso) . Este archivo .m puedes
    llevarlo a otra computadora que tenga el programa matlab y
    ejecutarlo .

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    MATLAB provee excelentes funciones para gráficas en una y
    dos dimensiones. Veamos un par de ejemplos sencillos. Suponga que
    queremos trazar la gráfica de la función
    y=t^2*e(-t.^2); Esto lo podemos lograr con las instrucciones:
    Tecleé: t=[-10:.1:10]; % La primera instrucción
    divide el intervalo [-10,10]en subintervalos de largo 0.1 y=t .^2
    .*exp(-t.^2); % Esta línea evalúa la función
    en los puntos. plot(t,y,'linewidth',4),grid % Grafica la
    función. 20

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    Supongamos ahora que queremos dibujar una superficie:
    Tecleé: x=-10:0.5:10; %Las primeras dos instrucciones
    dividen los ejes de “x" y "y" en subintervalos de largo
    0.5. y=x; [X,Y]=meshgrid(x,y); %la tercera instrucción
    genera una rejilla en el conjunto [-10,10] x [-10,10] con
    cuadraditos de lados 0.5 , Z=X.^2.*exp(-Y.^2); % La cuarta
    instrucción evalúa la función en los puntos
    de la rejilla, y finalmente trazamos la superficie con surf.
    surf(X,Y,Z),title('Grafica de superficie') 21

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    22 GRAFICAS LINEALES Y LOGARÍTMICAS: La mayor parte de las
    gráficas que generamos dan por hecho que los ejes x vs. y
    se dividen en intervalos equiespaciados; estas gráficas se
    llaman gráficas lineales. Una escala logarítmica
    (de base 10) es útil cuando una variable abarca varios
    órdenes de magnitud. Los comandos MATLAB para generar
    gráficas lineales y logarítmicas de los vectores x
    y y son los siguientes plot (x,y) Genera una gráfica
    lineal con los valores de x y y. semilogx (x,y) Genera una
    gráfica de los valores de x y y usando una escala
    logarítmica para x y una escala lineal para y. semilogy
    (x,y) Genera una gráfica de los valores de x y y usando
    una escala lineal para x y una escala logarítmica para y.
    loglog (x,y) Genera una gráfica de los valores de x y y
    usando escalas logarítmicas tanto para x como para y.
    Más adelante se verá como utilizar estos comandos
    (tarea código No.2)

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    23 GRAFICAS MULTIPLES: Una forma sencilla de generar curvas
    múltiples en la misma gráfica es usar
    múltiples argumentos en un comando de graficación,
    como en Plot (x, t, y ,t) Al ejecutarse este programa, se traza
    la curva correspondiente a x versus t, y luego se traza en la
    misma grafica la curva correspondiente y versus t. Más
    adelante se verá como utilizar estos comandos ( tarea
    código 3). Tarea: Comenta (con %) los comandos en los
    siguientes tres códigos, usa archivos .M, imprime tus
    graficas y preséntalos al maestro del curso son parte de
    la evaluación del mismo.

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    24 Código No.1 v1=[0:0.001:.7979]; w1=298; q=1.6022e-19;
    n=1.5; k=1.38e-23; num1=q.*v1; den1=n*k*w1; M1=num1./den1;
    x1=1e-9.*exp(M1); v2=[0:0.0001:.6379]; w2=358; num2=q.*v2;
    en2=n*k*w2; M2=num2./den2; x2=1024e-9.*exp(M2);
    plot(v1,x1,'b',v2,x2,'r'), title('ECUACION DEL DIODO'),
    legend('TEMPERATURA 298k', 'TEMPERATURA 358k'), grid

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    25 SUBGRÁFICAS: El comando subplot permite dividir la
    ventana de gráficos en subventanas. Las posibles
    divisiones pueden ser dos subventanas o cuatro subventanas o
    incluso 8 ventanas en una hoja.. Los argumentos del comando
    subplot son tres enteros: (m, n, p). Los dígitos m y n
    especifican que la ventana de gráficos se divida en una
    retícula de m por n ventanas más pequeñas, y
    el digito p especifica la p-ésima ventana para la
    gráfica actual ( donde se ubica esta grafica) . Las
    ventanas se numeran de izquierda a derecha y de arriba abajo. Por
    ejemplo el siguiente comando Subplot(2,1,1), plot(x,y) especifica
    que la ventana de gráficos se divida en una grafica
    superior y una inferior ( dos líneas de graficas en una
    columna ) y que la grafica actual plot(x,y) se coloque en la
    ventana superior (código No.2). El siguiente juego de
    instrucciones genera cuatro graficas que ilustran la
    función del comando subplot empleando escalas lineales y
    logarítmica.

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    26 Código No. 2 t=[0:0.001:1]; f=2; w=2*pi*f;
    x=((1/2).*(1+cos(2*w.*t)));
    subplot(2,2,1),plot(t,x,'r','linewidth',2),grid,…
    subplot(2,2,2),semilogx(t,x,'b','linewidth',2),grid,…
    subplot(2,2,3),semilogy(t,x,'r','linewidth',2),grid,…
    subplot(2,2,4),loglog(t,x,'b','linewidth',2),grid Código
    No. 3 t=[-6*pi:.001:6*pi]; w1=2/3; w2=1/2; w3=1/3;
    x1=2.*sin(w1.*t); x2=3.*sin(w2.*t); x3=4.*sin(w3.*t);
    plot(t,x1,'b',t,x2,'r',t,x3,'k','linewidth',2),title('Cada
    senoide completa un numero entero de ciclos'),grid

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    Código No. 3 t=[-6*pi:.001:6*pi]; w1=2/3; w2=1/2; w3=1/3;
    x1=2.*sin(w1.*t); x2=3.*sin(w2.*t); x3=4.*sin(w3.*t);
    plot(t,x1,'b',t,x2,'r',t,x3,'k','linewidth',2),title('Cada
    senoide completa un número entero de ciclos'),grid
    27

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    Código No.4 t=0:.001:1; x=2*sin(8*pi*t);
    plot(t,x,'r','linewidth',2),grid n=0:1:15;
    y=2*sin(8*pi*(1/15)*n);
    subplot(2,1,1),plot(t,x,'r','linewidth',3),grid,subplot(2,1,2),stem(n,y,'linewidth',3),grid
    28

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    29

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    Intenta crear una grafica usando el ciclo for Teleé
    t=[-1:.005:1]; f=1; w0=2*pi*f; x=1.5*ones(size(t)); for i=1:100;
    x=x+((-1)^(i+1))*(1/i)*sin(i*w0.*t); end
    plot(t,x,'r','linewidth',2), grid 30

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    Una más t=[-2:0.001:2]; x=0.25*ones(size(t)); for m=1:2:99
    x=x+(-1)^((m-1)/2)*1/(m*pi)*exp(i*m*pi*t); end
    plot(t,x,'r','linewidth',2),grid Saca tus conclusiones  31

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