presented by byoung-kuk lee, ph. d., senior...

Presented by Byoung-Kuk Lee, Ph. D., Senior IEEE

Energy Mechatronics Lab. College of Information and Communication Eng.

Sungkyunkwan University

Tel: +82-31-299-4581 Fax: +82-31-299-4612 http://seml.skku.ac.kr EML: [email protected]

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Introduction of MATLAB

MATLAB의 개요

MATrix + LABoratory

행렬을 기본 데이터로 사용하는 계산환경

M-file을 사용한 프로그래밍

심볼로 이루어진 수식을 계산하는 기호 계산

수치해석, 행렬연산, 신호처리 및 간편한 그래픽 기능 등을 통합

고성능의 수치계산 및 결과의 가시화 기능을 제공하는 프로그램

사용자와 쌍방향흐름의 대화식 프로그램 : 명령어 입력하면 바로 결과 출력

MATLAB 신호 처리, 통계학, 영상 처리, 제어, fuzzy logic, 재정, 화학 공정 등

다양한 Toolbox 제공

데이터 처리 및 알고리즘 개발에 매우 편리

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▶ MATLAB 코딩 체계 = 수학적인 기호 + 간단한 C문법

▶ MATLAB의 전형적인 이용범위

수학과 관련된 계산

알고리즘 개발

상황 모델링과 data분석

MATLAB 여러 가지 과학과 공학적인 그래픽적 표현

GUI(Graphical User Interface)에 의한 에플리케이션 개발

MATLAB의 코딩체계

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)sin(xy

위의 적분의 프로그래밍에 대해

생각해 보자.

MATLAB에서 위와 같은 문제는

>> y=int('sin(x)');

>> ezplot(y);

MATLAB은 강력한 수학적인

능력을 제공

Why use MATLAB

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MATLAB 실행화면

Current Directory - 작업 디렉토리 표시 및 변경

Workspace - 사용하고 있는 변수 리스트

Command History - 사용하였던 MATLAB

명령 리스트

Command Window - 명령 입력 프롬프트 - 명령 처리 결과 표시

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MATLAB 실행화면

▶ File

New

- 새로운 MATLAB 파일

- M-file, Figure, Model, GUI

※ M-file 선택 : M-file파일 편집을 위한 텍스트 편집 윈도우 생성

Open

- 저장된 MATLAB 파일 loading

Close Current Directory

- MATLAB 프로그램 상에 실행된 여러 윈도우를 닫음.

- 한번 선택 할 때마다 다른 윈도우를 닫는 명령으로 변경

- 닫혀진 윈도우는 Desktop 메뉴에서 다시 생성

New Open Cut Copy Paste Undo Redo Simulink

MATLAB Menu

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MATLAB 실행화면

▶ File

Import Data

- MATALB 파일외의 여러 가지 파일(소리, 영상 문자)을 loading

Save Workspace As

Set Path

- Work directory의 Path를 설정

Close Current Directory

- MATLAB 프로그램 상에 실행된 여러 윈도우를 닫음.

- 한번 선택 할 때마다 다른 윈도우를 닫는 명령으로 변경

Preferences

Page setup

Print

최근 작업 파일

Exit MATLAB

MATLAB Menu

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MATLAB 실행화면

▶ Edit

Undo

Redo

Cut

Copy

Paste

Paste Special

- 클립 보드에 있는 데이터를 분리하여 붙여 넣기

Select All

Delete

Find

Clear

MATLAB Menu

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MATLAB 실행화면

▶ View

Desktop Layout : MATLAB 윈도우 설정(배열)을 선택

- Default

- Command Window Only

- Simple

- Short History

- Tall History

- Five Panel

Undock Command Window

- Command 윈도우를 독립된 윈도우로 생성

그 외 MATLB에서 사용 가능한 윈도우를 활성화 또는 비활성화

▶ Web

Mathworks사 웹 사이트, 업데이트 사이트 등 MATLAB과 관련된 웹 사이트 링크

▶ Window

Close all

MATLAB Menu

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MATLAB 사용을 위한 환경설정

▶ 기본적으로 사용하는 파일

m파일 (예 : pwm.m)

- Script 형태의 MATLAB코드

- Command Window에 입력할 명령 및 함수들을 순차적으로 작성

- Command Window에 m-file 이름을 입력하면 작성된 명령 수행

mat파일(사용된 변수들의 저장)

▶ 사용하는 창 (window) : 작업공간

command window

- 명령입력 및 결과 확인

text window

- 명령입력 및 결과 확인

File & Directory

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MATLAB 사용을 위한 환경설정

▶ 작업 디렉토리의 지정

File - Set Path 를 이용하여 path 저장

- Path를 저장하면 디렉토리 변경할 필요 없음

- Path를저장하지않고작업디렉토리변경은툴바의Current Directory에서 변경

검색 경로의 지정을 고려

- 검색경로 : 실행에 필요한 m파일의 존재를 점검

Set Directory

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MATLAB Command

▶ clc

Clear Command Window

Command 윈도우에 표시된 내용을 모두 지움

>> clc (enter)

▶ clear

Clear variables and functions from memory

변수와 함수를 메모리로부터 삭제

사용법

>> clear <변수명> (enter) : 해당 변수를 지움

>> clear all (enter) : 모든 변수와 함수를 지움

※ default = clear all

>> clear (enter)

Basic Command (I)

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MATLAB Command

▶ format

MATLAB에서 보여지는 모든 변수의 형태를 결정

Short 형 : 소수점 이하 5자리까지만 표시

Long 형 : 소수점 이하 15자리까지만 표시

사용법

▶ ans : 가장 최근에 계산된 변수표시

Basic Command (II)

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MATLAB Command

▶ Help

명령과 함수에 대한 도움말

사용법

>> help <명령 또는 함수> (enter)

Basic Command (III)

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MATLAB Command

▶ Command 입력 다음의 “;” (세미콜론)

명령수행 결과를 숨김

요소가 많은 계산시에는 “;”를 사용

- 단, 계산과정의 확인이 필요한 경우에는 “;”없이 사용

Basic Command (IV)

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Arithmetic Operation of MATLAB

▶ “:” (콜론) 연산자

등간 증감 연산자

일정 구간 내 동일한 간격으로 증가 혹은 감소

사용법 (default 간격 = 1)

>> <시작 값> : <간격> : <종료 값> (enter)

Basic Arithmetic (I)

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▶ Matrix

MATLAB 데이터 처리의 기본형태 ([ ]로 입력)

행렬에서 행 구분은 “(enter)” 또는 “;”, 열 구분은 “ ” 또는 “,”

사용법

Basic Arithmetic (II)

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▶ Matrix의 활용 및 변경

Basic Arithmetic (III)

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▶ Complex Matrix

MATLAB에서 복소수 표현은 “i”로 표현

예제 : 아래 행렬 C를 MATLAB에 표현


1 2 2 3

4 3 2

i iC

i i

Basic Arithmetic (IV)

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▶ Arithmetic Operation

“+”, “-”, “*”, “/”, “\”, “.” ...

C언어와 유사한 형태

행렬 산술 연산자를 포함 (단, 행렬간 연산 시 행렬의 차원이 같아야 함)


Arithmetic Operation (I)

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행렬의 나눗셈 연산자 : “/”, “\”

>> A/B (=AB1)

>> A\B (=A1B)


Arithmetic Operation (II)

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Dot Product “.”

행렬 요소간 곱셈, 나눗셈 : “.*”, “./”

행렬의 차원이 같아야 연산 가능


,

.*

/ /. /

/ /

a b e fA B

c d g h

ae bfA B

cg dh

a e b fA B

c g d h

Arithmetic Operation (III)

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▶ 기타 수학 함수


수학 함수

abs(x) x의 절대값을 계산

sqrt(x) x의 근호값을 계산

round(x) x를 가까운 정수로 반올림

sign(x) x가 0보다 작으면 -1, 0이면 0. 0보다 크면 1

rem(x,y) x/y의 나머지를 계산

exp(x) e^x를 계산

삼각함수 (radian 단위)

sin(x) sin(x) 계산

cos(x) cos(x) 계산

tan(x) tan(x) 계산

asin(x) sin-1(x) 계산

acos(x) cos-1 (x) 계산

atan(x) tan-1 (x) 계산

atan2(x,y) tan-1 (y/x) 계산

Arithmetic Operation (IV)

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▶ 기타 수학 함수 (continue)


Arithmetic Operation (V)

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▶ 삼각함수 (radian)


Arithmetic Operation (VI)

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▶ Graphic

2차원 그래픽에 관련된 함수들

- title(‘제목’)

- xlabel(‘제목’), ylabel(‘제목’)

- text(x좌표, y좌표, ‘내용’)

- plot( x축, y축, ‘선의 색, 선의 모양’ ) : 꺾은선 그래프

- grid

- hold.

Graphical Function

Graphical Function (I)

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▶ plot ( x축, y축, ‘선의 색, 선의 모양’ )

x축 data와 y축 data의 크기가 일치해야 함

Graphical Function

가능한 선의 Color

Matlab Symbol

Color Matlab Symbol

Color

c 하늘 g 초록

m 자주 b 파랑

y 노랑 w 흰색

r 빨강 k 검은색

가능한 선의 Style

Matlab Symbol

Style Matlab Symbol

Style

- Solid line

: Dotted

line

-- Dashed

line -.

Dash-dot line

none No Line

가능한 선의 marker

Matlab Symbol

Marker Style

Matlab Symbol

Marker Style

+ + ^ △

o o v ▽

* * > ▷

. ● < ◁

x × pentagra

m ☆

Square □ hexagram ¤

Diamond ◇ none No marker (default)

Graphical Function (II)

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MATLAB Plot 설정

2. 편집하고자 하는 그래프 더블 클릭 1. Tools → Plot editor

3. 우측 하단에서 그래프 모양, 색, 종류 변경 가능

Plot tools (I)

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MATLAB Plot 설정

1. Plot editor 선택 후 그래프 전체 더블 클릭

3. 변경 하고자 하는 축 선택 후 레이블, 범위, 스케일 설정

4. 글꼴 선택 후에 글자체 및 크 기 설정

Plot tools (II)

2. 좌측 하단 메뉴를 통해서, 그래프 제목, 배경색, 그리드 설정

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▶ subplot ( 행수, 열수, 번호 )

다중 그래프의 표현

Graphical Function

1 2

3 4

5 6

Graphical Function (III)

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▶ Example #1

-pi < x < pi 일 때(단 x의 스텝은 0.05)

subplot(211)의 X축에 x, Y축에 a=cos(x)를 plot 하시오

subplot(212)에 X축에 x, Y축에 b=sin(x)를 plot 하시오

▶ Example #2

실습 1의 각 그래프에 축의 이름을 붙이시오

실습 1의 각 그래프에 제목을 붙이시오

실습 1의 각 그래프에 격자를 넣으시오

▶ Example #3

실습 1의 cos(x), sin(x) 그래프를 하나의 그래프에 그리시오

Graphical Function

Graphical Function (IV)

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Graphical Function

Graphical Function (V)

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▶ 기타 Graphic Function

Graphical Function

함 수 설 명

plot x와 y축에 대해서 모두 선형 배율로 된 그래프

loglog x와 y축에 대해서 모두 log배율로 된 그래프

semilogx x축에 대해서는 log배율, y축에 대해서는 선형 배율로 된 그래프

semilogy x축에 대해서는 선형 배율, y축에 대해서는 log배율로 된 그래프

Graphical Function (VI)

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▶ 기타 Graphic Function

Graphical Function

Graphical Function (VII)

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What is Simulink?

▶ Simulink는 MATLAB환경에서 특별히 제작된 그래픽 인터페이스

▶ 동적 시스템을 시뮬레이션 하는 도구

그래픽 인터페이스 (Graphic Interface)

기본적으로 제공하는 100개 이상의 블록들(라이브러리)의 조합으로 시스템의 특성을 표현

아이콘 화 되어 있는 기능 블록을 이용하여 시각적으로 알기 쉽게 모델링

동적 시스템 (Dynamics System)

시간에 따라 응답이 선형이나 비선형으로 변하는 하나의 프로세스

미분 방정식 혹은 차분 방정식으로 표현, 블록선도로도 나타낼 수 있음

Simulink의 특징

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What is Simulink?

▶ 전력전자 시뮬레이션 프로그램

Circuit Configuration

- PSIM, PSPICE, SABER..

Control Strategy

- MATLAB(Simulink)

토폴로지 설계에 강점

컨버터/인버터 설계

스너버 회로 설계

공진 네트워크 설계

…

모든 동적 시스템 모델링 가능

일단 토폴로지가 고정되면

제어기 설계 및 평가에 강점

제어 안정도 판정에 강점

…

Simulink의 특징

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What is Simulink?

Understanding basic usage of SIMULINK

▶ 본 강의 이전에 SIMULINK의 전반적인 이해를 돕기 위함

▶ 예제 회로를 직접 모델링 실습

기초 회로 5개를 모델링 함으로서 기본적인 Simulink 사용방법 이해

반파 정류 회로 모델링을 통하여 응용능력 향상

Example

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Simulink의 시작

①

②

Simulink의 활성화

①의 아이콘을 클릭

②의 명령어를 Command Window에 입력

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Simulink의 시작

Library Browser

목록이나 아이콘의 형태로

제공하는 기본 기능을 보여줌

Basic ICON

Find Library

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Simulink의 시작

Simulation Time Setting

시뮬레이션의 연산 조건 설정

①

② ③

④

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Simulink의 기초

① 저항회로 ② 저항병렬회로 ③ 저항직렬회로

④ 인덕터 회로 ⑤ RL 회로

5개의 간단한 예제 회로를 Simulink로 모델링

Simulink의 특징

Process

1. 시스템의 분석

2. 수학적 모델링

3. 블록화

4. 가상실험

⑥ 단상 반파 다이오드 정류 회로

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Simulink의 기초

① 저항회로: Basic Block의 이해

<입력> <출력 전류 파형>

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Simulink의 기초

>>Plot(t,I)

>>Plot(t,Isum)

② 저항병렬회로: To Workspace의 이해

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Simulink의 기초

③ 저항직렬회로: Subsystem의 이해

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Simulink의 기초

④ 인덕터 회로: Continues Library의 이해

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Simulink의 기초

시정수 = 0.1[ms]

1. 시스템의 분석 2. 수학적 모델링 3. 블록화 4. 가상실험

⑤ RL 회로 : Modeling 절차의 이해

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Simulink의 기초

1. 시스템의 분석 2. 수학적 모델링 3. 블록화 4. 가상실험

⑥ 단상 반파 다이오드 정류 회로

60220*sqrt(2)

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