آموزش متلب – از کد نویسی تا شبیه سازی سیمولینک نرم افزار Matlab

متلب یکی از مهم ترین نرم افزارهای رشته های مهندسی به خصوص مهندسی برق به شمار می آید که در سال 1970 توسط کلیو مولر (Cleve Moler) و با کمک دانشجویانش نوشته شده است. یک مهندس برق و یا سایر مهندسانی که با انواع محاسبات سر و کار دارند، باید بسته به سطح نیاز خود، دانش کافی از نرم افزار متلب را داشته باشند. بهتر است قبل از ورود به محیط آموزش متلب، اطلاعات کافی را راجع به نرم افزار متلب بدست آوریم.

نرم افزار متلب چیست و چه کاربردی دارد؟

متلب (Matlab) برگرفته از واژه انگلیسی Matrix Laboratory به معنای آزمایشگاه ماتریسی است. به این معنا که تمامی محاسبات انجام شده در این نرم افزار با استفاده از روش ماتریسی صورت میگیرد و این باعث افزایش سرعت و بهبود عملکرد نرم افزار خواهد شد. در حالت کلی، متلب را می توان یک نرم افزار پیشرفته در نظر گرفت که با استفاده از کدنویسی و یا شبیه سازی، قابلیت محاسبه هر مسئله ای را دارا خواهد بود. برای مثال با استفاده از این نرم افزار می توان، تمامی مسائل مربوط به محاسبات عددی که می بایست در طول آن از تکرارهای بسیار زیاد جهت همگرایی و رسیدن به نتیجه پایانی استفاده شود، بهره برد.

کاربردهای متلب به اینجا ختم نخواهد شد، زیرا این نرم افزار علاوه بر دارا بودن محیط کد نویسی، از محیط های شبیه سازی نیز بهره می برد. به طور کلی هر نیازی را که یک مهندس برق به آن نیاز داشته باشد، در این نرم افزار می توان یافت و همین موضوع باعث می شود تا یادگیری متلب برای یک مهندس برق، امری بسیار ضروری جهت پیشبرد فرایند آموزشی و کاری در حوزه تحصیلی باشد. برای یادگیری کامل نرم افزار متلب از سطح مبتدی تا پیشرفته، فرادرس به عنوان یک دانشگاه آنلاین بزرگ و با بهره گیری از برترین اساتید، کلاس های آموزش متلب را برای شما تدارک دیده است که می توانید از لینک زیر به آنها وارد شوید:

مجموعه آموزش نرم افزار متلب (MATLAB) - کلیک کنید

سیستم متلب به صورت کلی به بخش های مختلفی تقسیم می شود:

1. زبان متلب

متلب یک زبان سطح بالای برنامه نویسی است که به صورت ماتریس-آرایه ای است. این زبان از ویژگی های برنامه نویسی شی گرا استفاده می کند و به واسطه آن می توان انواع و اقسام کد نویسی ها را برای دستیابی به نتیجه نهایی انجام داد.

2. رابط کاربری و محیط متلب

رابط کاربری متلب، بسیار دوستانه و در عین حال کاملا جامع است. از آنجایی که ممکن است میزان کدنویسی و شبیه سازی درون نرم افزار متلب بسیار پیچیده شود، در نتیجه رابط کاربری آن باید به صورتی باشد که باعث پیچیده تر و گمراه شدن مخاطب نشود. در خصوص محیط متلب در ادامه به تفضیل توضیح داده خواهد شد.

3. کتابخانه متلب

تمامی توابع بسیار مهم ریاضی در متلب به صورت کامل حضور دارد. برخی از توابع را اگرچه می توان به شکل دیگری درون نرم افزار تعریف کرد، اما حضور آنها در کتابخانه متلب باعث کاهش میزان کدنویسی و افزایش سرعت نرم افزار می شود.

4. سیستم گرافیکی متلب

این بخش شامل دستورات سطح بالا است. با استفاده از آنها می توان داده ها را به صورت دو بعدی و سه بعدی ترسیم کرد و قابلیت تجسم انیمیشن و پردازش تصویر را نیز دارا است.

آشنایی با محیط متلب

زمانی که متلب را باز می کنید، با تعداد زیادی پنجره مختلف مواجه خواهید شد که آشنایی با آنها باعث راحت تر شدن کار با متلب خواهد شد. در نتیجه پنجره های مختلف متلب را باید به صورت کامل شناخت. این پنجره ها یا محیط ها را در ادامه با هم بررسی می کنیم.

1. محیط کد نویسی (M فایل)

محیط متلب در حالت کلی به صورت یک صفحه کاملا سفید نمایش داده می شود که درون آن می بایست با معرفی یک فایل، که در متلب با نام M فایل شناخته می شود، کار را آغاز کرد. این نرم افزار از تمامی دستورات ریاضی، الگوریتم های محاسباتی و توابع موجود در ریاضیات بهره می برد. تمامی دستورات ریاضی نظیر توابع مثلثاتی، معکوس مثلثاتی، ماتریسی، توابع ساده ریاضی و... را پشتیبانی می کند.

2. پنجره Command Window در متلب

محیط متلب اما، تنها به M فایل ها محدود نمی شود، یک بخش بسیار مهم دیگر متلب قسمت Command Window است که وظیفه آن برقراری ارتباط بین کد نوشته شده با کاربر است. همانطور که از معنی این کلمه مشخص است، تمامی فرمان ها و دستورات کاربر در این بخش وارد می شود. به عنوان مثال در صورتی که در طول کد نویسی متغیری را تعریف کرده باشید، از این بخش می توانید آنرا مقدار دهی کنید. همچنین تمامی خطاهای موجود در کد نوشته شده در این بخش به همراه آدرس به نمایش در می آید که می توان آنها را شناسایی و برطرف کرد.

3. بخش Command History

بخش Command History به شما اجازه می دهد تا تاریخچه اعدادی را که قبلا به متغیرها نسبت دادید مشاهده کنید. استفاده از این بخش در حالاتی که می خواهیم نتایج را با یکدیگر بررسی کنیم مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این می توان مشاهده کرد که آیا اعدادی که در ذهن دارید را قبلا استفاده کرده اید یا خیر؟ به صورت کلی لازم به ذکر است که این بخش یک حافظه درونِ نرم افزار متلب است، که سابقه اعداد وارد شده را در خود ذخیره می کند و حتی با بستن نرم افزار نیز، این حافظه پاک نخواهد شد و باقی می ماند.

4. پنجره Workspace در متلب

بخش Workspace، یکی از مهمترین پنجره های درون محیط سیمولینک است. در این بخش تمام متغیرهایی که در طول کد زنی معرفی شده است، قابل مشاهده است. کاربرد ورک اسپیس در مصارف عادی، مشابه بخش Command Window است. در این بخش می توان متغیرها را تغییر داد. اما در نظر داشته باشید که در صورتیکه مسئله مورد نظر به قدری بزرگ باشد که نتوان اعداد را به صورت پیاپی و منظم در Command Window قرار داد، آنرا در بخش Workspace به راحتی می توان وارد کرد. در این بخش می توان با تعریف ماتریس های بزرگ اقدام به حل محاسبات بسیار سنگین و بزرگ نمود. برای یادگیری برنامه نویسی های کاربردی در نرم افزار متلب می توانید از آموزش جامع فرادرس در این زمینه استفاده کنید که توسط دکتر کلامی هریس تدریس شده است:

آموزش کامل برنامه نویسی کاربردی متلب - از مقدماتی تا پیشرفته - کلیک کنید

5. پنجره Current Folder و Details

این بخش، محلی را نشان می دهد که فایل های متلب درون آن قرار گرفته اند. در صورتی که مجموعه ای از فایل های نوشته شده را ذخیره کنید، تمامی این فایل ها برای شما نشان داده خواهد شد و می توان با انتخاب فایل از این بخش، نسبت به ویرایش و یا اضافه کردن کد یا متغیر استفاده کرد. با انتخاب هر فایل در بخش Current Folder، لیستی از متغیرها و جزئیاتی که در آن وجود دارد را نشان می دهد تا بتوان به سادگی فایل مد نظر را انتخاب کرد و تغییرات مربوطه را در آن اعمال کرد.

6. محیط سیمولینک - Simulink

یکی دیگر از محیط های بسیار کاربردی متلب، بخش سیمولینک است که بیشترین استفاده را برای مهندسین برق خواهد داشت. با استفاده از این بخش می توان تمامی شبیه سازی های مربوط را انجام داد و نتیجه را مشاهده کرد. یکی از نکاتی که نرم افزار متلب را بسیار قدرتمند می کند، امکان برقراری ارتباط بین محیط نوشتاری متلب و بخش سیمولینک است. به این شکل که در سیمولینک می توان با فراخوانی یک فایل نوشته شده، محدودیت های اعمالی در دنیای واقعی را به شبیه سازی اعمال کرد تا نتیجه به واقعیت نزدیکتر شود.

سیمولینک متلب، یک ابزار کاملا جامع برای انجام شبیه سازی و مدل سازی است. این بخش با دارا بودن یک کتابخانه بسیار بزرگ شامل توابع ریاضی، بلوک های رشته مهندسی به خصوص رشته مهندسی برق و همچنین دستورات منطقی، امکان شبیه سازی و مدل سازی را به کاربر خواهد داد.

مزایای نرم افزار متلب

اگر تا به اینجای مقاله آموزش متلب ما را همراهی کرده باشید، برخی از دلایل استقبال بالا از متلب را متوجه شده اید. اما این تمام ماجرا نیست! سایر مزایای نرم افزار متلب را می توان به صورت زیر معرفی کرد:

1. سهولت در استفاده

در صورتی که اطلاعات اندکی از شیوه کد نویسی بلد باشید، می توانید شروع به نوشتن برخی از مسائل به زبان متلب کنید. علاوه بر این وجود بخش Help در متلب باعث می شود تا به سرعت با برخی از فرمان ها و کدها آشنا شوید و بتوانید راه خود را پیش ببرید. همچنین انجمن و سایت متلب می تواند کاربر را در شناختن توابع و راه های کد نویسی راهنمایی کند، اما به صورت کلی با بهره گیری از آموزش های متلب، می توان به سرعت در کد نویسی و شبیه سازی پیشرفت کرد و سخت ترین مسئله ها را به سرانجام رساند.

2. وجود توابع تعریف شده

در هنگام کد نویسی در متلب، نیازی به معرفی توابع نیست و این نرم افزار از کتابخانه ای بسیار جامع در این خصوص بهره می برد. اما دانستن کدهای مربوطه می تواند سرعت کار را بسیار افزایش دهد.

3. قابلیت شخصی سازی

این نرم افزار قابلیت شخصی سازی بالایی را به همه کاربران خود ارائه می دهد. از آنجایی که تحلیل، محاسبات و شبیه سازی های بسیار سنگین، باعث طولانی شدن پروسه می شود، می توان با تغییر دقت محاسبات و رسم نمودارها، سرعت پردازش را افزایش داد.

جامعه هدف نرم افزار متلب

همانطور که اشاره شد، متلب یک نرم افزار بسیار جامع و کامل در حوزه های مهندسی و محاسباتی است. این نرم افزار به صورت عمده توسط مهندسین برق گرایش های قدرت، الکترونیک و به خصوص کنترل، هوافضا، مهندسی پزشکی، مهندسی مکانیک و رشته های مرتبط به محاسبات عددی، مورد استفاده قرار می گیرد. در نتیجه در صورتی که دانشجوی یکی از رشته های اعلام شده هستید و یا نیاز به یادگیری متلب دارید، می توانید از طریق فرادرس دوره آموزش متلب را تهیه کنید تا صفر تا صد آنرا فرا بگیرید.

دلایل استفاده از دوره های آموزش متلب

همانطور که برای پیچاندن یک پیچ نیاز به ابزار مربوط به آن را داریم، برای حل معادلات، انجام محاسبات و تحلیل اطلاعات نیز، نیاز به ابزار مربوطه است. اگرچه می توان محاسبات را به صورت دستی انجام داد، اما در صورت افزایش متغیرها و محدودیت ها و در حالت کلی گسترش پیدا کردن صورت مسئله، حل این مسائل علاوه بر آنکه امکان بروز اشتباهات متفاوت را افزایش می دهد، بسیار زمانبر و خارج از حوصله خواهد شد.

در نتیجه می توان با ساخت یک نرم افزار، یک ابزار را تولید کرد که با بهره گیری از الگوریتم ها، توابع منطقی و... کار محاسبات را راحت تر کند. نرم افزار متلب را می توان این ابزار در نظر گرفت. این نرم افزار با استفاده از روش ماتریسی، این اجازه را به کاربر می دهد تا بتواند در سریع ترین زمان ممکن به نتیجه دلخواه دست پیدا کند و از روش حل مسئله کاملا مطمئن باشد. در نتیجه یادگیری متلب آن هم به صورت کاملا اصولی، می تواند بسیار مفید و ارزشمند باشد.

کلام آخر درباره آموزش نرم افزار متلب

اگرچه نرم افزارهای مختلفی قابلیت شبیه سازی را به مهندسان می دهد، اما هیچ یک به اندازه متلب، جامع و کامل نخواهد بود. این نرم افزار علاوه بر شبیه سازی، قابلیت مدل سازی، کد زنی، رسم نمودارها و محاسبات عددی را نیز فراهم می کند. بسته به آنکه فرد تا کنون تجربه ای از کار با نرم افزار متلب داشته است یا خیر، می توان شخص را در سه دسته بندی مبتدی، کاربلد و حرفه ای تقسیم بندی کرد.

حتی مبتدی ترین افراد نیز می توانند با شناخت بعضی از توابع نسبت به استفاده از آنها در متلب اقدام کنند. هرچه میزان کار با متلب بالاتر رود، به مرور زمان، میزان تجربه فرد نیز افزایش پیدا می کند و سطح مهارت فرد رشد چشمگیری پیدا می کند. اما باید در نظر داشت که تنها با پیدا کردن کدهای مختلف از سراسر اینترنت نمی توان به شناخت کامل از این نرم افزار دست پیدا کرد؛ بلکه میزان خلاقیت و شناخت راه های مختلف در این زمینه می تواند راهگشا باشد. در نظر داشته باشید که طی کردن یک آموزش به روش اصولی می تواند به یک جمع بندی کامل و افزایش راندمان کار منجر شود و نه تنها مسیر آموزشی را به شدت هموار و راحت کند، بلکه از سمت دیگر مهارت شخص را به افزایش دهد و فوت و فن های مختلف حل یک مسئله، شیوه نگرش کلی و... را به فرد آموزش دهد. به همین دلیل است که فرادرس استفاده از پردازش سیگنال های دیجیتال در آموزش متلب را به شما پیشنهاد می کند: