MatLab

¿Qué es el MATLAB?

MATLAB es un lenguaje de programación de alto nivel orientado al cálculo técnico que integra un entorno amigable para el cálculo, la visualización de resultados y la codificación de programas.

Generalmente es usado en:

• Cálculo y matemática.
• Desarrollo de algoritmos.
• Adquisición de datos.
• Modelado, simulación y prototitamiento.
• Análisis, exploración y visualización de datos.
• Graficado científico y de ingeniería.
• Desarrollo de aplicaciones con interfaces gráficas.

El nombre de MATLAB proviene de Matrix Laboratory (Laboratorio de matrices) dado que en sus orígenes fue escrito para facilitar el desarrollo de software matricial.  MATLAB ha evolucionado de 1970 de la atención de necesidades de sus principales usuarios, tanto en ámbitos académicos como empresariales.

Principales características

• Lenguaje de alto nivel para cálculo técnico.
• Entorno de desarrollo para la gestión de código, archivos y datos.
• Herramientas interactivas para la exploración, diseño y resolución de problemas iterativos.
• Funciones matemáticas para el algebra lineal, estadística, análisis de Fourier, filtraje, optimización e integración numérica.
• Funciones gráficas para la visualización de datos eb 2D y 3D.
• Herramientas para crear inteerfaces gráficas de usuario personlizadas.
• Funciones para integrar algoritmos basados en MATLAB con aplicaciones y lenguajes externos como C/C++, FORTRAN, java, COM y Excel.
• Provee Toolboxes, herrammientas orientadas a problemas específicos.

Familia de productos

MATLAB es un lenguaje de programación de alto nivel y un entorno interactivo para el cálculo técnico, e incluye funciones para el desarrollo de algoritmos, análisis de datos, cálculo numérico, y visualización.
MATLAB sirve como base de todos los otros productos de MathWorks.

1. Matemática, Estadística y Optimización 

• Symbolic Math Toolbox: Realiza cálculos matemáticos simbólicos.
• Partial Differential Equation Toolbox: Resuelve ecuaciones diferenciales parciales usando métodos de elementos finitos.
• Statistics Toolbox: Realiza modelamiento y análisis estadistico.
• Curve Fitting Toolbox: Ajusta curvas y superficies a los datos usando regresión, interpolación y suavizamiento.
• Optimization Toolbox: Resuelve problemas de optimización estándar y de gran escala.
• Global Optimization Toolbox: Resuelve problemas de optimización de múltiple máximo, múltiple mínimo y sin suavizamiento.
• Neural Network Toolbox: Crea, entrena, y simula redes neuronales.
• Model-Based Calibration Toolbox: Calibra complejos sistemas de propulsión.

2   Desarrollo de Aplicaciones

•   MATLAB Compiler: Construye ejecutables standalone y componentes de software a partir de   código MATLAB.
•   MATLAB Builder NE: Desarrolla código MATLAB así como componentes .NET o COM.
•   MATLAB Builder JA: Desarrolla código MATLAB así como clases Java.
•   MATLAB Builder EX: Desarrolla código MATLAB como add-ins de Microsoft Excel.
•   Spreadsheet Link EX: Permite usar MATLAB desde Microsoft Excel.
•   MATLAB Production Server: Ejecuta programas MATLAB como una parte de una web,base     de datos o aplicaciones corporativas.

3. Acesso a base de datos y Documentación

• Database Toolbox: Intercambio de datos con bases de datos relacionales.
• MATLAB Report Generator: Genera documentación para aplicaciones MATLAB y para los datos.

PRODUCTOS SIMULINK
Simulink es un entorno de diagramas de bloques, extendible para la simulación de sistemas y el diseño basado en modelos. 
Permite a los ingenieros simular y analizar una amplia gama de sistemas que incluyen
controles, señales y procesamiento de imágenes, comunicaciones, y sistemas físicos multidominio.

1. Modelamiento Basado en Eventos

•    Stateflow: Diseño y simulación de máquinas de estado.
•    SimEvents: Modela y simula sistemas de eventos discretos.

2. Modelamiento Físico

•    Simscape: Modela y simula sistemas físicos multidominio.
•    SimMechanics: Modela y simula sistemas mecánicos multibody.
•    SimDriveline: Modela y simula sistemas mecánicos unidimensionales.
•    SimHydraulics: Modela y simula sistemas hidráulicos.
•    SimRF: Diseña y simula sistemas RF.
•    SimElectronics: Modela y simula sistemas electrónicos y mecatrónicos.
•    SimPowerSystems: Modela y simula sistemas eléctricos de potencia.

3. Prototipamiento y Simulación HIL rápido

•  xPC Target: Realizar simulación de hardware-in-the-loop en tiempo real de prototipado rápido.
•  xPC Target Embedded Option: Ejecuta aplicaciones xPC Target en computadoras destino independientes.
•  Real-Time Windows Target: Ejecuta modelos Simulink en tiempo real sobre computadoras con Microsoft Windows.

4. Verificación, Validación and Prueba

• Simulink Verification and Validation: Verify models and generated code.
• Simulink Design Verifier: Identify design errors, generate test vectors, and verify designs against requirements.
• SystemTest: Manage tests and analyze results for system verification and validation.
• HDL Verifier: Verify VHDL and Verilog using HDL simulators and FPGA-in-the-loop test benches.
• Simulink Code Inspector: Automate source code reviews for safety standards.
• Polyspace Client for C/C++: Prove the absence of run-time errors in source code.
• Polyspace Server for C/C++: Perform code verification on computer clusters and publish metrics.
• Polyspace Client for Ada: Prove the absence of run-time errors in source code.
• Polyspace Server for Ada: Perform code verification on computer clusters and publish metrics.
• Polyspace Model Link SL: Trace Polyspace results to Simulink models.
• Polyspace Model Link TL: Trace Polyspace results to dSPACE TargetLink blocks.
• Polyspace UML Link RH: Trace Polyspace results to IBM Rational Rhapsody models.
• DO Qualification Kit: Qualify Simulink and Polyspace verification tools for DO-178 and DO-278.
• IEC Certification Kit: Qualify code generation and verification tools for ISO 26262 and IEC 61508 certification

5. Gráficas y desarrollo de reportes de Simulación

• Simulink 3D Animation: Anima y visualiza modelos en tres dimensiones.
• Gauges Blockset: Señales monitores con instrumentos gráficos.
• Simulink Report Generator: Genera documentación para Simulink y modelos Stateflow.

APLICACIONES
1. Sistemas de Control

• Control System Toolbox: Diseña y analiza sistemas de control.
• System Identification Toolbox: Crea modelos de sistemas dinámicos lineales y no lineales a partir de datos de medidas de entrada-salida.
• Fuzzy Logic Toolbox: Diseña y simula sistemas de lógica difusa.
• Robust Control Toolbox: Diseña controladores robustos para plantas inciertas.
• Model Predictive Control Toolbox: Diseña y simua modelos de controladores predictivos.
• Aerospace Toolbox: Estándares de referencia Aerospacial, modelos de entorno, e importación de coeficientes aerodinámicos.
• Simulink Control Design: Ganancias de cálculo PID, modelos linealizados, y diseño de sistemas de control.
• Simulink Design Optimization: Estimación y optimización de parámetros de un modelo Simulink.
• Aerospace Blockset: ModelaR y simular aviones, vehículos espaciales y sistemas de propulsión.

2. Procesamiento de Señales y Comunicaciones

• Signal Processing Toolbox: Lleva a cabo procesamiento de señales, análisis y desarrollo de algoritmos.
• DSP System Toolbox: Diseñar y simular sistemas de procesamiento de señales.
• Communications System Toolbox: Diseñar y simular la capa física de los sistemas de comunicación.
• Wavelet Toolbox: Analizar y sintetizar señales e imágenes utilizando técnicas wavelet.
• RF Toolbox: Diseñar, modelar y analizar redes de componentes RF.
• Phased Array System Toolbox: Diseñar y simular sistemas de procesamiento de imágenes y video.
• SimRF: Diseñar y simular sistemas RF.
• Computer Vision System Toolbox: Diseñar y simular sistemas de procesamiento de imágenes y video.

3. Procesamiento de Imágenes y Visión Computarizada

• Image Processing Toolbox: Realizar procesamiento de imágenes, análisis y desarrollo de algoritmos.
• Computer Vision System Toolbox: Diseñar y simular sistemas de procesamiento de imágenes y video.
• Image Acquisition Toolbox: Adquirir imágenes y video de hardware estándar de la industria.
• Mapping Toolbox: Analizar y visualizar información geográfica.

4. Pruebas y Medición

• Data Acquisition Toolbox: Conectarse a tarjetas, dispositivos y módulos de adquisición de datos.
• Instrument Control Toolbox: Controlar y comunicarse con instrumentos de prueba y medición.
• Image Acquisition Toolbox: Adquirir imágenes y video de hardware estándar de la industria.
• OPC Toolbox: Leer y escribir datos de servidores OPC e historiadores de datos.
• Vehicle Network Toolbox: Comunicarse con las redes de vehículos y ECUs de acceso utilizando los protocolos CAN y XCP

5. Finanza Computacional

• Financial Toolbox: Analiza datos financieros y desarrollo de modelos en finanzas.
• Econometrics Toolbox: Modela y analiza sistemas financieros y económicos usando métodos estadísticos.
• Datafeed Toolbox: Accede a datos financieros desde proveedores de servicios de datos.
• Database Toolbox: Intercambia datos con bases de datos relacionales.
• Spreadsheet Link EX: Usa MATLAB desde Microsoft Excel.
• Financial Instruments Toolbox: Diseña, valoriza, y coberturiza instrumentos financieros complejos.
• Trading Toolbox: Acceso a precios y envío de órdenes a los sistemas de comercio.

6. Biología Computacional

• Bioinformatics Toolbox: Leer, analizar y visualizar datos genómicos y proteómicos.
• SimBiology: Modelar, simular y analizar sistemas biológicos.

LOS CREADORES
Cleve Moler y Jack Little  

Nombre	Significado	Propósito
Command Window	Ventana de Comandos	Es la ventana principal y se utiliza para introducir variables y ejecutar programas.
Figure Window	Ventana de Gráficos	Se utiliza para visualizar gráficos MATLAB.
Editor Window	Ventana del Editor	Se usa para crear y depurar archivos script y funciones MATLAB.
Help Window	Ventana de ayuda	Proporciona ayuda e información sobre MATLAB.
Launch Pad Window	Ventana de Plataforma	Da acceso a herramientas, demos y documentación.
Command History Window	Ventana del histórico de Comandos	Almacena y vissualiza los comandos que se introducen en la ventana de comandos.
Workspace Window	Ventana del Espacio de Trabajo	Proporciona información sobre las variables utilizadas.
Current Directory Window	Ventana del Directorio de trabajo Actual	Muestra los archivos que hay en el directorio de trabajo actual.

El escritorio MATLAB

Cuando se inicia MATLAB por primera vez, el escritorio (desktop) aparecerá con sus paneles en la disposición (layout) por defecto (default)

Es importante observar que en versiones mas nuevas ya no aparece por defecto la ventanita de Command History ya que ahora aparece en otro formato, como una ventanita flotante.

1. Current folder
2. Command window
3. Wokspace
4.  Interfaz ribbon

Current folder nos permite acceder a los archivos
Command window es la ventana por medio de la cual se ingresarán las líneas de comandos, en el punto de inserción denominado prompt (>>).
Workspace nos permite explorar los datos que se vayan creando o importando a partir 
de archivos

ATAJOS DEL TECLADO
MATLAB provee atajos de teclado para navegar en un historial de comandos y listar ayudas contextuales.

1. La tecla Flecha arriba
   Supón que por error se digitó la sentencia
   >> Y = sine(pi/4)
   MATLAB regresará:
   Undefined function 'sine' for input arguments of type 'double'
   
   Notificando qué error se da al invocar una función inexistente o el método 'sine'.
   
   Para no tener que volver a escribir la sentencia evitando cometer el error, bastará con presionar la tecla Flecha arriba y la línea que contiene el error será mostrada la cual podrá ser corregida sin necesidad volver a escribirla, dándonos ahora:
   >> y = sin(pi/4)
   
   y=
           0.7071
2. La tecla Tab
   Supón que deseamos encontrar la raíz cuadrada de un número y comenzamos a escribir
   >> y = sq
   
   Pero, nos damos cuenta que no recordamos como se escribe esta función MATLAB que obtine la raíz cuadrada!!!.
   Esto lo resolvemos simplemente presionando la tecla Tab y MATLAB nos presentará un menú contextual conteniendo todas las sentencias que inician con sq .