UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
SILABO 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
MATLAB & Simulink para Ciencia e Ingeniería Miguel Ataurima Arellano mataurimaa@uni.pe
I. Requisitos • Conocimientos de Cálculo Superior • Conocimientos de Programación en algún Lenguaje de Programación (deseable). • Conocimientos Básicos de Sistemas de Control y Procesamiento de Señales (deseable).
II. Sumilla Elementos del lenguaje MATLAB. Representación gráfica y visualización de datos. Diseño e implementación de Algoritmos Numéricos. Estructuras de datos avanzadas e Introducción a la Programación Orientada a Objetos. Introducción al modelamiento de Sistemas Dinámicos con Simulink. Procesamiento de Señales y Sistemas. Diseño de Filtros Análogos y Filtros Digitales. Introducción a GUIDE
III. Objetivos Capacitar al participante en la comprensión, aplicación, adaptación y creación de herramientas computacionales para la solución de sistemas de alta complejidad de cálculo en el diseño de sistemas de control y en el procesamiento de señales analógas y digitales, que requieran ser enfrentadas desde la matemática, estadística y programación a través del lenguaje de alto nivel MATLAB.
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MATLAB & SIMULINK para Ciencia e Ingeniería
IV. Metodología El curso será desarrollado en sesiones teórico prácticas en aula de cómputo, donde el participante aprenderá a crear programas en el lenguaje de programación MATLAB, diseñar e implementar sus propios algoritmos y otros descritos en documentos de trabajo haciendo uso de componentes de software de MATLAB (toolboxes) y otros desarrollados por terceros, para lo cual se diseñaran algoritmos y codificarán programas MATLAB y modelos SIMULINK a partir de papers IEEE.
V. Contenido del curso 1. Elementos del lenguaje MATLAB El Sistema MATLAB. El escritorio MATLAB. Principales herramientas gráfias. Las matrices. Las variables. El workspace y sus comandos básicos de gestión. Los tipos de dato (clases). Palabras reservadas. Comandos especiales. Las funciones internas MATLAB. Las expresiones y operadores. La indexación de matrices. Manipulación de Datos: importación y exportación de datos. Generación de sentencias LATEX a partir de variables MATLAB. El Lenguaje de Programación MATLAB. Uso del MATLAB Editor/Debugger. Los archivos M. Partes básicas de los archivos M. Creación de subrutinas: los scripts. Llamada a archivos M. Gestión de variables mediante scripts. Los archivos M del tipo función. Partes de una función. El workspace de una función. Llamada de una función. Paso de argumentos a funciones. Paso de datos entre funciones. Otros tipos de función: funciones anónimas, funciones anidadas, subfunciones y funciones sobrecargadas. Las Funciones Internas de MATLAB. Reglas de precedencia entre funciones. Visibilidad y alcance de una variable.
2. Representación gráfica y visualización de datos Anatomía de las Gráficas en MATLAB. Los objetos gráficos. Las graficas bidimensionales. Principales funciones de graficación bidimensional (líneas, barra, área, direccional, radial, dispersa). Herramientas para la exploración gráfica bidimensional. Las graficas tridimensionales. Principales funciones de graficación tridimensional (línea, superficie, malla y barra, área y objetos constructivos). Herramientas para la exploración gráfica tridimensional. Creación de gráficos especializados. Inclusión de sentencias LATEX en gráficos MATLAB. Exportación de gráficas MATLAB.
3. Diseño e implementación de Algoritmos Numéricos Los algoritmos. Técnicas para el diseño de algoritmos estructurados. El Teorema de Corrado Böhm y Giuseppe Jacopini. Implementación de Algoritmos en MATLAB. Las Sentencias de Control Selectivas. Las Sentencias de control. Las sentencias selectivas. Las sentencias iterativas. Las sentencias de control de errores. La sentencia de terminación. Recursividad. Técnicas de Depuración. Principales algoritmos numéricos. Solución de ecuaciones no lineales. Solución de sistemas lineales. Interpolación y aproximación polinomial. Derivación e Integración. Numérica. Ecuaciones Diferenciales ordinarias. Ecuaciones Diferenciales Parciales. Valores y Vectores Propios. Optimización Numérica.
EXPOSITOR: Miguel Ataurima Arellano
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mataurimaa@uni.pe
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4. Estructuras de datos avanzadas e Introducción a la POO Las matrices sparce. Los arreglos multidimensionales. Los arreglos del tipo celda. Los arreglos del tipo estructura. Otros contenedores de datos. Gestión de memoria. La Programación Orientada a Objetos en MATLAB. Conceptos de la Programación Orientada a Objetos: Abstracción, Encapsulamiento, Modularidad, Principio de ocultación, Polimorfismo, Herencia y Recolección. Definición y Organización de las Clases. Las clases Built-In, de Valor y Handle. Propiedades y métodos de una clase. Herencia y Jerarquía de Clases. Enumeraciones. La clase Metadata. Especialización de la conducta de objetos.
5. Introducción al modelamiento de Sistemas Dinámicos con Simulink Los Sistemas Dinámicos. Criterios para el Modelamiento y Simulación de Sistemas Dinámicos Continuos y Discretos con Simulink. La Biblioteca de Bloques Simulink. Creación de Modelos Simulink: Anatomía de los Bloques. Trabajo con parámetros de Bloque, Trabajo con las Bibliotecas de Bloques y el uso de Funciones CallBack. Resolución de Ecuaciones Diferenciales con Simulink. Simplificación de Sistemas Simulink. Creación de Subsistemas. Exportación e Importación de Datos desde Matlab. Creación de Bloques Personalizados. Interación con MATLAB. Transferencia de variables entre Simulink y MATLAB. Iteración de Simulaciones Simulink en MATLAB. Transferencia de variables a través de las variables globales. Tratamiento de Curvas Características.
6. Procesamiento de Señales Simulación de Sistemas Lineales. Los bloques Función de Transferencia y Espacio de Estados. Los Bucles Algebraicos. Análisis de Circuitos. Respuesta al Impulso y Convolución. La Transformada de Fourier. Sistemas en Tiempo Discreto y la Transformada Z. La Función de Transferencia en Tiempo Discreto. Los algoritmos DFT y FFT.
7. Diseño de Filtros Análogos y Filtros Digitales Diseño de Filtros Analógicos Básicos. Los prototipos Básicos de Filtro Analógico Paso Bajo: Butterworth, Chebyshev Tipo I, Chebyshev tipo II y el Elíptico. Diseño de Filtro Paso Alto, Pasa Banda y Eliminador de Banda. Diseño de Filtros Digitales. Las realizaciones en la forma directa I, II y en paralelo. Sistemas Híbridos (componentes Contínuos y Discretos) Simulación de MonteCarlo. El Filtro de Kalman en Tiempo Contínuo y en Tiempo Discreto.
8. Introducción a GUIDE La Interfaz Gráfica de Usuario. Las GUIs en MATLAB. Creación de GUIs con MATLAB. Creación de una aplicación GUI con GUIDE. Estructura de una aplicación GUIDE. El GUIDE Layout Editor. Las Propiedades de los Componentes. Estructura del archivo M de una GUI. Estilo de Programación en GUIDE. Los Callbacks. Los Componentes Edit Text, Static Text, Panel y Push Button. Resumen de pasos para la creación de una GUI con GUIDE. Proyectos de Aplicación.
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VI. Sistema de Evaluación • Evaluación Continua (asistencia) : 50% • Examen Final : 50%
VII. Material del Curso Durante el desarrollo del curso cada participante contará con: • Manual impreso. • Softwares y materiales de respaldo.
EXPOSITOR: Miguel Ataurima Arellano
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