برق، مهندسی 84 بازدید

در آموزش‌های پیشین مجله فرادرس، با نرم‌افزار متلب آشنا شدیم. همچنین مطالبی را درباره برنامه‌نویسی در متلب و نرم‌افزار شبیه‌سازی متلب، یعنی سیمولینک، بیان کردیم. در این مطلب به کاربرد متلب در مهندسی برق در گرایش‌های مختلف می‌پردازیم و منابع یادگیری آن‌ را بیان می‌کنیم.

کاربرد متلب در مهندسی برق

آنچه امروزه می‌بینیم، دنیایی پیشرفته با دستگاه‌ها و روندهای پیچیده‌ای است که هر روز پیشرفته‌تر نیز می‌شوند. یکی از ارکان و موتورهای محرک این پیشرفت مهندسان هستند که در زمینه‌های مختلف صنعت و دانشگاه مشغول کارند. در این میان، مهندسان برق در حوزه‌ها و گرایش‌هایی از جمله قدرت، الکترونیک، کنترل، مخابرات و پردازش سیگنال از پیشروان ایجاد تغییرات در صنعت هستند.

همان‌طور که می‌دانیم، مهندسی چیزی جز طراحی و محاسبات نیست. دیهی است که طراحی‌ها و محاسبات امروزه چنان پیچیده و گاهی در مقیاس بزرگ هستند که استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی برق برای مهندسان این رشته اجتناب‌ناپذیر است. به عبارت بهتر، امروزه اگر یک مهندس برق با نرم افزارهای مهندسی برق در زمینه تخصص خود، چه دانشگاهی و چه صنعتی، آشنایی نداشته باشد، عملاً ورود او به بازار کار دشوار و حتی ناممکن خواهد بود.

بنابراین، آشنایی با نرم افزارهای مهندسی برق در زمینه‌های تخصصی یک الزام برای دانشجویان و فارغ‌التحصیلان این رشته است. یکی از این نرم‌افزارها متلب است که در گرایش‌های مورد استفاده مهندسان برق قرار می‌گیرد. در ادامه، کاربرد متلب در مهندسی برق را همراه با منابعی که برای یادگیری آن‌ها وجود دارد، معرفی خواهیم کرد.

کاربرد متلب در مهندسی برق

واژه MATLAB از دو واژه انگلیسی MATRIX به معنای ماتریس و LABORATORY به معنای آزمایشگاه تشکیل شده است، زیرا در آن مبنای محاسبات ماتریس‌ها هستند.

متلب نرم‌افزار پیشرفته‌ای است و یک محیط ویژه کدنویسی دارد. این نرم‌افزار ابزارهای فراوانی دارد و الگوریتم‌های متعددی برای آن تعریف شده‌اند. این الگوریتم‌ها محاسبات مربوط به موضوعاتی مثل شیمی، فیزیک، محاسبات کامپیوتری، مهندسی برق و… را تسهیل می‌کنند.

تقریباً در همه رشته‌های مهندسی از این نرم‌افزار استفاده می‌شود، اما کاربرد متلب در مهندسی برق تا حدی بیشتر از سایر رشته‌هاست، زیرا مهندسان برق با محاسبات و شبیه‌سازی سر و کار زیادی دارند و متلب این موارد را تسهیل می‌کند.

ویژگی های نرم افزار متلب

پیش از آنکه به کاربرد متلب در مهندسی برق بپردازیم، خوب است کمی بیشتر با خود این نرم‌افزار آشنا شویم. سازندگان متلب این برنامه را با هدف ساده کردن محاسبات عددی پیچیده و جبر خطی طراحی کردند. به همین دلیل، نرم‌افزاری ایجاد شد که بر مبنای عملیات‌های ماتریسی انجام این محاسبات را تسهیل کرده است.

محیط کدنویسی متلب به گونه‌ای است که در آن می‌توان خطاهای کدنویسی را بررسی کرد. به همین دلیل، کدنویسی در آن آسان‌تر خواهد بود و سرعت انجام پروژه‌ها و محاسبات بالا می‌رود و عیب‌یابی کدها راحت‌تر می‌شود.

یکی از نقاط قوت متلب این است که یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا است. به همین دلیل، درک و یادگیری دستورهای آن ساده خواهد بود و یادگیری آن آسان‌تر است.

محیط نرم‌افزار متلب به گونه‌ای است که می‌توان به راحتی به ابزارها و بخش‌های مختلف دسترسی داشت. این نرم‌افزار در حل مسائل ریاضیاتی پیچیده و جبری، تجزیه و تحلیل داده‌ها، حل توابع و مسائل آماری و مدلسازی بسیار کاربردی است و از توابع کارامد برای مدلسازی و تجسم داده‌ها در نمودارهای دوبعدی و سه‌بعدی استفاده می‌کند.

بخش‌های مختلف نرم‌افزار متلب

نرم‌افزار متلب از چندین بخش مختلف تشکیل شده است. لازم به ذکر است که بخش‌های متلب از یکدیگر مجزا نیستند، بلکه با یکدیگر در ارتباط بوده و در کنار هم به هدف نهایی کاربر کمک می‌کنند. در ادامه، برای معرفی بهتر متلب، بخش‌های آن را به اختصار معرفی می‌کنیم:

  • محیط نرم‌افزار: محیط نرم‌افزار متلب، بخشی است که در آن می‌توان به ابزارها، امکانات و جعبه‌ابزارها (تولباکس‌ها) دسترسی داشت. این محیط، بخشی از نرم‌افزار است که کاربران مستقیماً با آن در ارتباط هستند. ابزارهای متنوعی در محیط کاری نرم‌افزار متلب وجود دارد که با کمک آن‌ها می‌توان متغیرها را کنترل، ظاهر برنامه را سفارشی کرد و… .
  • زبان کدنویسی: یکی از مهم‌ترین اجزای نرم‌افزار متلب، زبان کدنویسی پیشرفته آن است. متلب از یک زبان کدنویسی سطح بالای ماتریسی – آرایه‌ای بهره می‌برد. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های زبان کدنویسی متلب، شی‌گرا بودن آن است. با کمک این ویژگی امکان کدنویسی برای پروژه‌های پیچیده در متلب فراهم شده است.
  • رابط نرم افزاری APIبا به‌کارگیری API متلب، می‌توان سی و فورترن را در تعامل با این نرم‌افزار نوشت. همچنین، با استفاده از رابط API امکان خواندن و نوشتن فایل‌های mat و به‌کارگیری متلب به عنوان موتور محاسباتی فراهم می‌شود.
  • کتابخانه توابع: از سایر بخش‌های کاربردی متلب، کتابخانه توابع آن است. در این کتابخانه‌های توابع، الگوریتم‌های بسیاری قرار دارند که برای انجام انواع محاسبات مانند جبری، محاسبات مثلثاتی، ماتریس معکوس و… به کار می‌روند.

جعبه‌ابزارها یا تولباکس‌های متلب

جعبه‌ابزارها یا همان تولباکس‌های متلب، از مهم‌ترین قابلیت‌های آن هستند. این جعبه‌ابزارها در مهندسی برق نیز بسیار کارامد هستند. از جمله مهم‌ترین جعبه‌ابزارهای متلب که در مهندسی برق کارایی بالایی دارند، می‌توان به جعبه‌ابزار تنظیم پارامترهای کنترلر PID، جعبه‌ابزار طراحی کنترلر مقاوم، جعبه‌ابزار شبکه عصبی، ‌جعبه‌ابزار بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک، جعبه‌ابزار پردازش سیگنال، جعبه‌ابزار پردازش تصویر، جعبه‌ابزار پردازش صوت، جعبه‌ابزار منطق فازی، جعبه‌ابزار حل معادله با مشتقات جزئی، جعبه‌ابزار عملیات بلادرنگ، جعبه‌ابزار موجک، جعبه‌ابزار تحلیل سیگنال، جعبه ابزار حل معادلات دارای مشتقات جزیی و… اشاره کرد.

متلب برای همه گرایش‌های مهندسی برق، امکانات اختصاصی و توابع ویژه‌ای دارد. به عنوان مثال، در گرایش قدرت می‌توان از متلب برای اجرای مسائل مربوط به برنامه‌ریزی و تنظیم سیستم‌های قدرت استفاده کرد. همچنین توابع و ابزارهای متلب در زمینه توسعه انتقال شبکه نیز کاربرد دارند.

از کارکردها و ابزارهای متلب برای مهندسی برق می توان یک فهرست طولانی ساخت. مهم ترین موارد از ابزارهای متلب برای مهندسی برق به شرح زیر هستند:

  • امکان حل انواع معادلات خطی و غیرخطی، معادلات دیفرانسیل و دستگاه معادلات
  • امکان انجام عملیات های منطقی
  • توانایی رسم دقیق نمودارهای مختلف دوبعدی و سه‌بعدی در فرم‌های رایج (نمودارهای میله‌ای، ستونی، دایره‌ای و…)
  • قابلیت تعریف انواع توابع
  • امکان برازش منحنی و نمودارها
  • وجود توابع کاربردی بسیار برای انجام انواع محاسبات

کاربرد سیمولینک (Simulink) در مهندسی برق

«سیمولینک» (Simulink) نرم‌افزار همراه GUI متلب است که برای شبیه‌سازی از آن استفاده می‌شود و در واقع، توسط زبان برنامه‌نویسی متلب طراحی شده است. بسیاری از مهندسان برق به این دلیل از سیمولینک استفاده می‌کنند که کار با آن بسیار ساده‌تر از متلب است. می‌توان از متلب و سیمولینک با هم استفاده کرد. در این صورت، کاربر برنامه‌نویسی متنی و گرافیکی را برای طراحی سیستم خود در یک محیط شبیه‌سازی ترکیب می‌کند و در واقع از هزاران الگوریتم موجود در متلب استفاده می‌کند.

سیمولینک

اگرچه سیمولینک یک نرم‌افزار عمومی برای پیاده‌سازی شبیه‌سازی گرافیکی است، اما جعبه‌ابزارهای ویژه‌ای برای شبیه‌سازی سیستم‌های مختلف دارد. جعبه‌ابزار سیستم‌های قدرت یکی از معروف‌ترین این جعبه‌ابزارها، جعبه‌ابزار سیستم‌های قدرت است که از آن برای شبیه‌سازی، تجزیه و تحلیل منابع انرژی تجدیدپذیر، خطوط انتقال، باس‌های الکتریکی، منبع تغذیه و… استفاده می‌شود.

برای یادگیری سیمولینک، پیشنهاد می‌کنیم به آموزش ویدیویی فرادرس مراجعه کنید که لینک آن در ادامه آورده شده۰ است.

کاربرد متلب در مهندسی کنترل

شاید بتوان گفت متلب محبوب‌ترین و پراستفاده‌ترین نرم‌افزار از بین نرم‌افزارهای مهندسی برق در بین دانشجویان مهندسی برق است. متلب در سال 1983 توسط شرکت «مت‌ورکس» (.Mathworks Inc) ارائه شد و یکی از اولین بسته‌های تجاری برای جبر خطی بود. این نرم‌افزار به مرور زمان تکامل یافت و به جامع‌ترین نرم‌افزار برای محاسبات عددی، شبیه‌سازی دینامیکی سیستم، راه‌حل‌های جبری، ریاضیات نمادین و غیره تبدیل شد. متلب شامل بسته‌های الحاقی (جعبه‌ابزارها یا همان تولباکس‌ها) برای کاربردهای مختلف است. جعبه‌ابزار توابع داخلی را برای انجام محاسبات عددی شامل معادلات دیفرانسیل معمولی و جزئی‌، بهینه‌سازی، جبر خطی، طراحی سیستم کنترل، شناسایی سیستم و… ارائه می‌دهد.

نرم افزار متلب

گرایش کنترل از گرایش‌هایی در برق است که متلب کاربرد بسیار زیادی در آن دارد، زیرا شبیه‌سازی سیستم‌ها یکی از مراحل مهم در طراحی و تحلیل کنترل‌کننده‌های مختلف است.

فرادرس فیلم‌های آموزشی متنوعی را در زمینه کاربرد متلب در مهندسی برق گرایش کنترل تهیه کرده است که فهرست مهم‌ترین آن‌ها به صورت زیر است:

کاربرد متلب در مهندسی الکترونیک

مهندسان الکترونیک معمولاً با طراحی و تحلیل مدارها سر و کار دارند. با استفاده از متلب می‌توان این شبیه‌سازی‌ها را انجام داد. البته امروزه نرم‌افزارهای تخصصی‌تری برای این کار وجود دارد. اگر پردازش سیگنال را یکی از شاخه‌ای الکترونیک بدانیم، کاربرد متلب در مهندسی برق گرایش الکترونیک به خصوص در پردازش سیگنال‌های صوتی، متنی، تصویری و… بسیار فراوان است.

فرادرس آموزش‌های متنوعی را در زمینه کاربرد کاربرد متلب در مهندسی برق الکترونیک تهیه کرده است که فهرست آن‌ها در ادامه آورده شده است:

کاربرد متلب در مهندسی قدرت

قدرت از گرایش‌هایی از مهندسی برق است که نرم‌افزار متلب کاربرد فراوانی در آن دارد. در شاخه سیستم‌های قدرت، از نرم‌افزار متلب برای محاسباتی مانند پخش بار و بهینه‌سازی سیستم قدرت استفاده می‌شود. سیمولینک متلب نیز از پرکاربردترین نرم‌افزارها در مهندسی قدرت است. عملکرد سیستم‌های قدرت و حفاظت آن‌ها، ماشین‌های الکتریکی و مبدل‌های الکترونیک قدرت در سیمولینک مالب شبیه‌سازی می‌شوند.

کاربرد متلب در مهندسی برق

فیلم‌های آموزشی زیر بهترین منابع یادگیری کاربردهای متلب در مهندسی قدرت هستند:

کاربرد متلب در مهندسی مخابرات

نرم‌افزار متلب یکی از ملزومات اصلی در رشته مهندسی مخابرات محسوب می‌شود. این نرم‌افزار ابزارهای بسیار قدرتمندی برای شبیه‌سازی سیستم‌های مخابراتی در اختیار مهندسان قرار می‌دهد.

فرادرس فیلم‌های آموزشی متنوعی در زمینه کاربرد متلب در مهندسی برق گرایش کنترل تهیه کرده که لینک آن‌ها در ادامه آورده شده است:

معرفی مجموعه فیلم های آموزش متلب فرادرس

یکی از مجموعه آموزش‌های کامل فرادرس، مجموعه فیلم‌های آموزش متلب فرادرس است که از سطح مقدماتی تا پیشرفته و با مثال‌های گوناگون تهیه شده‌اند. فهرستی از این مجموعه آموزش‌ها در ادامه آورده شده است:

معرفی فیلم آموزش برنامه نویسی متلب (MATLAB)

آموزش برنامه نویسی متلب (MATLAB) آموزش برنامه نویسی متلب (MATLAB)

یکی از بهترین منابع برای یادگیری شروع با کار با متلب و آماده شدن برای استفاده از متلب در مهندسی برق ، فیلم آموزش برنامه نویسی متلب (MATLAB) فرادرس است که در ۸ ساعت و ۵۸ دقیقه و در قالب ۶ درس تهیه شده است.

درس اول این فیلم آموزش به مقدمات و آشنایی با نرم‌افزار و زبان برنامه‌نویسی متلب می‌پردازد و درس دوم آن به انواع داده در متلب اختصاص یافته است. موضوع درس سوم ساختارهای کنترل برنامه در متلب است و در درس چهارم به تعریف و استفاده از توابع در متلب پرداخته شده است. در درس پنجم گرافیک و ترسیم نمودار در متلب بیان شده و در نهایت در درس ششم و پایانی این مجموعه با مدیریت فایل‌ها و اطلاعات در متلب آشنا خواهید شد.

معرفی فیلم آموزش برنامه نویسی متلب برای علوم و مهندسی

معرفی فیلم آموزش برنامه نویسی متلب برای علوم و مهندسی

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش برنامه نویسی متلب برای علوم و مهندسی کرده است. این مجموعه آموزشی از هشت درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته علوم پایه و فنی مهندسی مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش برنامه نویسی متلب (MATLAB) است.

درس اول این مجموعه به حل معادلات جبری و ریشه‌یابی در متلب اختصاص دارد. درس دوم شامل اعداد تصادفی، محاسبات و تحلیل آماری در متلب است. درس سوم به انتگرال گیری و مشتق گیری عددی در متلب می‌پردازد و درس چهارم به محاسبات نمادین در متلب اختصاص دارد. در درس پنجم در مورد جبرخطی در متلب خواهید آموخت و در درس ششم درون یابی، تقریب تابع و برازش منحنی و سطح در متلب بررسی می‌شود. در نهایت در درس هفتم بهینه سازی کلاسیک در متلب آموزش داده می‌شود و درس هشتم به حل انواع مختلف معادلات دیفرانسیل (Differential Equations) در متلب اختصاص دارد.

  • برای مشاهده فیلم آموزش برنامه نویسی متلب برای علوم و مهندسی + اینجا کلیک کنید.

معرفی فیلم مجموعه آموزش‌های برنامه نویسی متلب پیشرفته

معرفی فیلم مجموعه آموزش‌های برنامه نویسی متلب پیشرفته

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم مجموعه آموزش‌های برنامه نویسی متلب پیشرفته کرده است. این مجموعه آموزشی از هفت درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته‌های علوم پایه و مهندسی مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش برنامه نویسی متلب (MATLAB) است.

درس اول این مجموعه به معرفی و آشنایی با ساختارها و آرایه‌های سلولی در متلب می‌پردازد و درس دوم عبارات قانونمند (Regular Expressions) و کاربردهای آن‌ها در متلب را معرفی می‌کند. درس سوم به رویکردهای پیشرفته تعریف و پیاده سازی توابع در متلب اختصاص دارد. در درس چهارم تعریف آرایه‌های توسعه یافته با Container Map را در متلب خواهید آموخت و در درس پنجم این مجموعه ‌مدیریت خطا و حالات استثنائی برنامه‌ها در متلب آموزش داده می‌شود. درس ششم به تایمرها (Timer) و کاربرد آن‌ها در متلب اختصاص دارد و در نهایت در درس هفتم این مجموعه برنامه نویسی شی گرا (Object-Oriented Programming) در متلب آموزش داده می‌شود.

  • برای مشاهده فیلم مجموعه آموزش‌های برنامه نویسی متلب پیشرفته +‌ اینجا کلیک کنید.

معرفی فیلم آموزش نکات و ترفندهای متلب

آموزش رایگان نکات و ترفندهای متلب

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش رایگان نکات و ترفندهای متلب کرده است. این مجموعه آموزشی از بیست قسمت تشکیل شده و برای دانشجویان رشته‌های مهندسی و علوم پایه مفید است. اگر قصد دارید دستورات مهم متلب را در زمان کوتاه فرا بگیرید، این مجموعه آموزشی بسیار مفید است.

درس اول این مجموعه به آشنایی با محیط متلب، توابع clc و clear و متغیر ans و درس دوم توابع سازنده ماتریس‌های مهم مانند zeros ،ones و eye آموزش داده می‌شود. درس سوم ثابت‌ها و علامت‌های مهم و پرکاربرد در متلب را آموزش می‌دهد و درس چهارم شامل تشخیص محدود، نامحدود و نامعین بودن توابع (توابع ifinite ،isinf و isnan) است. درس پنجم و ششم به ترتیب عملگرهای مهم برای تعریف ماتریس‌ها و کلمات کلیدی متلب و تابع iskeyword را پوشش می‌دهد. درس هفتم و هشتم شامل صفحه‌بندی خروجی‌های طولانی با تابع more و قالب‌بندی خروجی با تابع format است. درس نهم و دهم شامل آموزش نمادها و توابع true و false برای مقادیر منطقی و استخراج قطر ماتریس و ساخت ماتریس قطری با تابع diag هستند.

در درس یازدهم ساخت ماتریس‌های قطری بلوکی با تابع blkdiag و در درس دوازدهم کاربردهای عملگر کولون یا دو نقطه و قواعد اندیس‌گذاری آموزش داده می‌شود. کاربرد کلمه end به عنوان اندیس و محاسبه ترانهاده و ترانهاده مزدوج ماتریس‌ها در درس سیزدهم و چهاردهم بررسی می‌شود. در درس پانزدهم و شانزدهم آموزش دستورهای مربوط به آینه‌ای کردن ماتریس‌ها با تابع flip و حالات خاص آن با دو تابع flipud و fliplr و ساخت دنباله حسابی با تابع linspace پوشش داده می‌شود. درس هفدهم به ساخت دنباله هندسی با تابع logspace اختصاص دارد و درس هجدهم کامنت‌گذاری و بلوک‌های کامنت در متلب را آموزش می‌دهد. در نهایت نیز در درس نوزدهم و بیستم فراخوانی فرمان‌های سیستمی در متلب با عملگر ! و الحاق ماتریس‌ها با تابع cat و حالات خاص آن horzcat و vertcat آموزش داده می‌شود.

اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

سید سراج حمیدی دانش‌آموخته مهندسی برق است و به ریاضیات و زبان و ادبیات فارسی علاقه دارد. او آموزش‌های مهندسی برق، ریاضیات و ادبیات مجله فرادرس را می‌نویسد.

بر اساس رای 12 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *