Material del libro: ABC de Matlab y Simulink para Ciencias Aplicadas e Ingeniería                                                     <<< Atrás

 

Este libro esta pensado para complementar los cursos formativos en ciencias, donde se encuentren involucrados cálculos matemáticos y su visualización gráfica. (leer mas)

 

Índice

Filosofía

Prólogo

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Este libro esta pensado para complementar los cursos formativos en ciencias, donde se encuentren involucrados cálculos matemáticos y su visualización gráfica.

 

También fue estructurado como guía de referencia rápida, para aquellas personas que se dediquen a llevar el conocimiento científico hacia una gran variedad de usos prácticos. Personas con fuertes bases en ciencias y matemática,  que aplican estos principios en formas innovadoras a problemas prácticos de la industria.

 

 

Las herramientas de simulación por computadora, permiten la generación rápida de cálculos y gráficos, ofreciendo una manera práctica para la activación de ideas, a partir de conocimientos previos.

 

Aristóteles decía en su Poética, que aprender es "naturalmente divertido". Actualmente, la simulación por computadora es accesible y produce mucho entusiasmo en mentes curiosas, ya que les permite analizar, verificar o replantear conceptos e ideas, realizando un aprendizaje significativo.

 

Los recursos que ofrece el software Matlab, es un entorno de computación y desarrollo de aplicaciones totalmente integrado, (análisis numérico, cálculo matricial, modelización, procesamiento de señal, etc.), donde los problemas y sus soluciones son expresados del mismo modo en que se escribirían tradicionalmente, sin necesidad de hacer un curso de programación.

 

Los Toolboxes, y el entorno gráfico Simulink, proporcionan un medio para resolver problemas de mayor complejidad, invirtiendo poco tiempo. Extienden el número de funciones incorporadas en el programa principal, de forma coherente. Integran además los requisitos claves de un sistema de computación técnico: cálculo numérico, gráficos y herramientas para aplicaciones específicas.

 

 

Índice

 

Capítulo  0                                                                                                                             

0.   Introducción                                                                                                                    

0.1 ¿Qué es Matlab?                                                                                                              

0.2 ¿Qué es Simulink?                                                                                                           

0.3 ¿Qué es una computadora?                                                                                              

0.4 Un sistema operativo multitasking o multitarea                                                                

0.5 Conociendo la herramienta                                                                                               

0.6 Lenguajes Interpretados y lenguajes Gráficos o Visuales                                                

 

Capítulo  1                                                                                                                             

1.   Matlab Exprés                                                                                                                  

1.1 Escritorio de Matlab                                                                                                        

1.2 Help de Matlab                                                                                                                 

1.3 Comandos Básicos                                                                                                            

1.4 Vectores                                                                                                                          

1.5 Direccionamiento de Vectores                                                                                          

1.6 Operaciones con Vectores                                                                                               

1.7 Funciones para vectores                                                                                                   

1.8 Matrices                                                                                                                          

1.9 Operaciones con matrices                                                                                                

1.10 Operando con matrices simbólicas                                                                                  

1.11 Análisis booleano con matrices                                                                                        

1.12 Funciones para operar con matrices                                                                                

1.13 Matrices Especiales                                                                                                        

1.14 Números Complejos                                                                                                        

1.15 Interpolación Lineal                                                                                                        

1.16 Interpolación en dos dimensiones                                                                                   

1.17 Polinomios                                                                                                                       

1.18 Operaciones con polinomios                                                                                            

1.19 Polinomios: Aproximaciones                                                                                            

1.20 Polinomios: Splines Cúbicos                                                                                            

1.21 Archivos  .m  ( Script  y  Function )                                                                                 

1.22 Gráficos (2D y 3D)                                                                                                         

1.23 Gráficos Paramétricos (2D y 3D)                                                                                    

1.24 Gráficos Polares                                                                                                            

1.25 Gráficos con datos reales                                                                                              

1.26 Cálculo Simbólico                                                                                                           

1.27 Cálculo Simbólico: Derivadas                                                                                          

1.28 Cálculo Simbólico: Integrales                                                                                         

1.29 Cálculo Simbólico: Gráficos                                                                                            

1.30 Cálculo Simbólico: Factoreo                                                                                            

1.31 Cálculo Numérico                                                                                                            

1.32 Derivación Numérica                                                                                                      

1.33 Integración Numérica                                                                                                    

1.34 Integración Numérica: Método de los trapecios                                                             

1.35 Integración Numérica: Método de Simpson                                                                    

1.36 Límites                                                                                                                           

1.37 Polinomio de Taylor                                                                                                        

1.38 Estadística: Distribución de probabilidad                                                                       

1.39 Función de distribución de probabilidad (PDF)                                                               

1.40 PDFs Continuas                                                                                                               

1.41 PDFs Discretas                                                                                                               

1.42 Función de Densidad Acumulativa (CDF)                                                                          

1.43 Generadores de números aleatorios                                                                               

1.44 Statistics Toolbox: GUI Disttool                                                                                   

1.45 Cálculo Simbólico: Transformada de Fourier                                                                  

1.46 Cálculo Simbólico: Transformada Inversa de Fourier                                                     

1.47 Cálculo Simbólico: Transformada de Laplace                                                                  

1.48 Cálculo Simbólico: Transformada Inversa de Laplace                                                      

1.49 Método de los residuos                                                                                                  

1.50 Polos y Ceros                                                                                                                 

1.51 Diagrama de Polos y Ceros                                                                                              

1.52 Diagramas de Bode                                                                                                        

1.53 Recordando conceptos: Margen de Ganancia y de Fase                                                   

1.54 Introducción al GUI: RLCdemo                                                                                       

1.55 Diagrama de Nyquist                                                                                                      

1.56 Respuesta al Impulso o Respuesta Impulsiva                                                                  

1.57 Respuesta al escalón                                                                                                       

1.58 Lugar de Raíces                                                                                                             

1.59 Diagrama o Carta de Nichols                                                                                          

1.60 Análisis mediante GUI: LTI Viewer                                                                                

1.61 Análisis mediante GUI: SISOtool                                                                                   

1.62 Adquisición de señales analógicas                                                                                   

1.63 Generación de señales analógicas                                                                                   

 

Capítulo  2                                                                                                                             

2.   Simulink Exprés                                                                                                               

2.1 ¿Qué posibilidades de trabajo brinda Simulink?                                                              

2.2 Metodología de trabajo en Simulink                                                                                 

2.3 Entorno de trabajo Simulink                                                                                            

2.4 Librerías principales                                                                                                       

2.5 La primer simulación                                                                                                        

2.6 Simulando la ecuación de una recta                                                                                  

2.6 Conversión lineal                                                                                                              

2.7 Diagramación de una ecuación diferencial mediante bloques                                             

2.8 Expresión de una ecuación diferencial (en el dominio del tiempo)                                     

2.9 Expresión de una ecuación diferencial (en el dominio del Laplace)                                    

2.10 Señales acústicas: El eco                                                                                                

2.11 Señales acústicas: La reverberancia                                                                               

2.12 Señales visuales: El video                                                                                               

 

Capítulo  3                                                                                                                             

3.   Álgebra y geometría analítica                                                                                           

3.1 Autovalores y Autovectores                                                                                             

3.2 Polinomio Característico (caso de dimensión finita)                                                          

3.3 Ejemplos de cálculo de Autovalores y Autovectores (teoría)                                            

3.4 Ejemplos de cálculo de Autovalores y Autovectores (práctica)                                         

3.5 Rectas en 3D                                                                                                                   

3.6 Planos en 3D                                                                                                                    

3.7 Superposición de gráficas en 3D                                                                                      

3.8 Secciones cónicas                                                                                                            

3.9 Cuádricas                                                                                                                        

 

Capítulo  4                                                                                                                             

4.   Análisis Matemático                                                                                                         

4.1 Planos en el espacio                                                                                                          

4.2 Funciones de dos variables como superficies                                                                   

4.3 El gradiente de una función de varias variables                                                                

4.4 Campo de gradiente                                                                                                         

4.5 Plano tangente y diferenciabilidad                                                                                   

4.6 Criterio de la derivada segunda                                                                                       

 

Capítulo  5                                                                                                                             

5.   Control de Flujo                                                                                                               

5.1 ¿Qué son los controles de flujo de ejecución?                                                                 

5.2 Medición de tiempo de cálculo y utilización del debugger                                                 

5.3 Lazo FOR                                                                                                                        

5.4 Lazo WHILE                                                                                                                    

5.5 Lazo IF                                                                                                                           

5.6 Lazo IF-ELSEIF-ELSE                                                                                                     

5.7 Lazo SWITCH                                                                                                                 

 

Capítulo  6                                                                                                                             

6.   Eficiencia y Súper Procesamiento                                                                                    

6.1 Eficiencia computacional                                                                                                   

6.2 El Profiler de Matlab                                                                                                       

6.3 Súper procesamiento, el nuevo paradigma                                                                        

 

Capítulo  7                                                                                                                             

7.   Señales                                                                                                                            

7.1 ¿Qué es una señal?                                                                                                           

7.2 Tipos de señales                                                                                                              

7.3 Presentación de señales discretas                                                                                   

7.4 Ejes de tiempo discreto                                                                                                  

7.5 Consideraciones en la DFT y FFT                                                                                     

7.6 Resolución espectral (df)                                                                                                 

7.7 Ventaneo (windowing)                                                                                                      

7.8 Análisis de una señal con ruido de fondo                                                                          

7.9 Interpretación espectral de una medición real                                                                 

 

Capítulo  8                                                                                                                             

8.   Imágenes                                                                                                                         

8.1 Fenómenos ondulatorios                                                                                                   

8.2 Imágenes digitales                                                                                                          

8.3 Filtrado de imágenes                                                                                                       

8.4 Filtrado por Convolución Bidimensional Discreta                                                              

8.5 Filtrado por Análisis Frecuencial de Imágenes (FFT 2D)                                                  

8.6 Filtros Abruptos y Suaves                                                                                               

8.7 Filtros Pasa Bajos                                                                                                            

8.8 Filtros Pasa Altos                                                                                                            

8.9 Filtros Pasa Banda y Elimina Banda                                                                                   

8.10 Fase de una señal de imagen                                                                                           

8.11 Conclusiones sobre las señales bidimensionales                                                               

8.12 Imágenes en movimiento                                                                                                

8.13 Consideraciones prácticas sobre cámaras                                                                      

 

 

Filosofía

 

P. "Todo se debe hacer tan simple como sea posible, pero no es simple".

  Albert Einstein

 

0. "Educad a los niños y no será necesario castigar a los hombres".

  Pitágoras

 

1. "La imaginación es más importante que la sabiduría".

  Albert Einstein

 

2. "El principio es la mitad del todo".

  Pitágoras

 

3. "No es porque las cosas son difíciles que no nos atrevemos; es porque no nos atrevemos que son difíciles." 

  Séneca

 

4. "La felicidad no es hacer lo que se quiere, sino querer lo que se hace. "

  Jean Poul Sartre

 

5. "Una familia feliz no es sino un paraíso anticipado".

  Sir John Bowring

 

6. "El educador mediocre habla. El buen educador explica. El educador superior demuestra. El gran educador inspira. "

  William Arthur Ward

 

7. "Si he visto más lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes".

  Isaac Newton

 

8. "Oír o leer sin reflexionar, es una ocupación inútil."

  Confucio

 

B. "A los jóvenes les pido que entiendan que lo material es temporario, lo que perdurará para siempre serán los ideales y entre ellos la gran convocatoria debería ser: educación y desarrollo científico en busca de una sociedad en la que la equidad social sea lo prioritario."

  Dr. René G. Favaloro

 

 

Otras también muy interesantes, que quedaron afuera:

 

"Lo único que necesita el mal, es que los hombres buenos no hagan nada."

 Bruce Willis (Tears of the sun - Lágrimas del sol)

 

"Hay una manera de contribuir a la protección de la humanidad…  es no resignarse".

Sábato, Ernesto

 

"Si 50 millones de personas creen una tontería, sigue siendo una tontería."

Anatole France

 

"Enseñemos a perdonar; pero enseñemos también a no ofender. Sería más eficiente."

José Ingenieros

 

"Un sistema es como uno antes y después del matrimonio: Uno es uno mismo antes de casarse (sol. homogenea) y después uno hace lo que le dicen (sol. completa, acá la mujer es la excitación forzada)."

Ing. Devoto

 

"Pasaré el resto de mi vida estudiando el otro mas grande misterio del universo... ¡La mujer!"

 Dr. Emmett L. Brown (Back to the Future - Volver al futuro)

 

"Los científicos descubren el mundo tal cual es, los ingenieros crean el mundo que nunca fue."

Theodore von Kármán

 

 

Prólogo

 

Estimado lector, he aprendido que la redacción de un libro no es una tarea simple. Si bien esta obra surge de la compilación de varios apuntes que fui elaborando con los años, el hecho de no encontrarme junto a usted para desarrollar los temas, hizo que tuviera que replantearme la forma de expresarlos, y no es una tarea sencilla. Igualmente, un tal Albert ya me lo había comentado…

 

 La motivación que impulsó el presente trabajo, surge en gran medida de mi experiencia particular como “alumno” (22 años de experiencia y continúo haciendo carrera).

 

Descontando el jardín de infantes, tengo siete años de educación primaria, seis años de educación secundaria (educación técnica), y nueve años de educación superior (Ingeniería) durante los cuales, en los primeros cinco años me desempeñé laboralmente como técnico especializado y los siguientes cuatro años ejerciendo un rol ingenieril. Todo esto, desde mi perspectiva, me convierte en un alumno sumamente experimentado, al punto de tener bastante certeza de saber, lo que un estudiante desea que le expliquen.

 

En segunda instancia, como docente, siempre procuré replicar lo más fielmente posible y sin resignar mi estilo personal, las acciones y metodologías que me habían resultado mas efectivas y amenas cuando yo las recibía. Pese a ello, fueron las manifestaciones recibidas de mis alumnos, estudiantes de la Licenciatura en Ciencias Aplicadas, lo que terminó por decidirme a embarcarme en la aventura de escribir un texto.

 

El hecho de conducir la última materia de su carrera, me permitió conocer sus dificultades para incorporar el manejo de esta herramienta en su actividad como tesistas de grado, y posteriormente en su actividad profesional como educadores e investigadores.

 

Puedo resumir el problema que tenían, diciendo que la experticia de mis estudiantes en campos como matemáticas, física y química, se veía opacada por el manejo rudimentario de las herramientas de cálculo y simulación por computadora. Sus limitaciones venían por el lado “informático” y no por falta de creatividad, astucia o conocimiento específico.

 

Respecto a la obra, me gustaría decir que he sabido desarrollar con la herramienta todos los temas comúnmente utilizados, de manera sencilla y práctica, pero siendo la primera vez que escribo un texto de esta envergadura, soy consciente de que los lectores encontrarán puntos oscuros en el mismo. Para posibilitar el esclarecimiento de dichos puntos, les dejo mi webpage  http://www.electron.frba.utn.edu.ar/~ggil  en dónde sus críticas, siempre serán bien recibidas.

 

Quiero agradecer a los docentes de la Universidad Tecnológica Nacional, que continúan brindándome desinteresadamente una mano cada vez que se lo solicito, y a mi amigo Walter, que me ha iniciado en el mundo de la investigación y la docencia universitaria.

 

Para terminar, advierto que he incluido una serie de frases, con las cuales simpatizo, y que considero pueden resultar de interés para reflexionar. Lo saludo atentamente.

 

Ing. Gustavo Damián Gil

 

"Todo se debe hacer tan simple como sea posible, pero no es simple"

 Albert Einstein

 

Bibliografía

 

Definiciones y citas bibliográficas:

    http://www.wikipedia.org/

 

 

Señales:

    Análisis de sistemas lineales - Autor: Craiem, Damián. Armentano, Ricardo. – UTN FRBA

    Apuntes de clase Señales y Sistemas - Autor: Franco Pessana – UTN FRBA

    Discrete Time Signal Processing 2Ed. - Autor: Oppenheim, Alan Schafer, Ronald W. Buck, John R.

    Señales y sistemas: análisis mediante métodos de transformada y Matlab - Autor: Roberts, Michael J.

 

 

Sistemas de Control:

    Apuntes de Sistemas de Control - Autor: Amadeo Mariani – UTN FRBA

    Ingeniería de Control Moderna 3Ed. - Autor: Ogata, Katsuhiko

 

 

Matlab:

    http://www.matlablatino.blogspot.com/

    Help de Matlab

    http://www.mathworks.com/academia/

    http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/

    Solución de problemas de ingeniería con Matlab 2Ed. - Autor: Etter, Delores M.

 

 

Matemática:

    Apuntes de Análisis Matemático, Álgebra y Geometría Analítica del ciclo básico – UTN FRBA

    CALCULUS I - Cálculo con funciones de una variable, con una introducción al álgebra lineal - Autor: Tom Apostol

    CALCULUS II - Cálculo con funciones de varias variables y álgebra lineal, con aplicaciones a las ecuaciones diferenciales y a las probabilidades - Autor: Tom Apostol

 

 

Informática y Técnicas Digitales:

    Apunte de Técnicas Digitales III – Autor: Alejandro Furfaro – UTN FRBA

    Notas de clase de Informática – UTN FRBA

 

 

Super Procesamiento:

    http://gp-you.org/

    http://www.nvidia.com/object/cuda_home_new.html

    http://www.accelereyes.com/