MATLAB/Simulink入門 なぜ，MATLABなのか

演算に特化！C言語より簡単記述＆高速処理

制御や信号処理のアルゴリズム開発に

MATLABの概要と特徴

MATLABは，米MathWorks社が開発した数値解析ソフトウェアです．理学・工学分野での利用が広く普及しています．制御工学や信号処理におけるアルゴリズム開発に最適化されており，大学の講義や研究現場でも活用されています．MATLABの最大の魅力は，その簡便性と汎用性です．複雑な行列演算を数行のコードで記述できるため，アルゴリズムの試作や検証を迅速に行えます．

MATLABは膨大な関数ライブラリを提供しており，各種Toolbox（制御，信号処理，機械学習など）を組み合わせることで，専門的な問題にも対応可能です．これにより，C言語などの汎用プログラミング言語と比較して記述が簡潔で，処理速度も最適化されています．さらに，データの可視化やグラフ作成機能も充実しており，美しいプロットを手軽に生成できます．

MATLABの演算機能とSimulinkの役割

MATLABの特徴の1つとして，行列演算の簡便性が挙げられます．次のような計算が可能です．

1. 要素ごとの積:$a \cdot b$は各要素を個別に乗算
2. スカラー演算:$a + k$（行列$a$の全要素にスカラー$k$を加算）

これらの機能により，制御システムのシミュレーションや最適化問題の解決が効率的に行えます．

SimulinkはMATLABと連携して動作するモデルベース設計ツールです．特に，制御システム設計や信号処理システムのモデリングに強みをもち，ブロック図を用いた視覚的な設計が可能です．これは，エンジニアが物理現象やシステムの挙動を直感的に理解しやすくするための大きな助けになります．

MATLABとほかの数値解析ツールの比較

MATLABはほかの数値解析ソフトウェア（ScilabやOctave）と比較して，商用用途において非常に強力なサポートと機能を備えています．次の点が際立っています．

1. Toolboxの豊富さ:目的別に用意された専用ツール群
2. ドキュメントの充実:サンプル・コードが豊富で，学習コストが低い
3. 性能の最適化:行列演算や数値計算での高速処理

行列演算が果たす役割

MATLABの基本機能は「行列演算」に特化しており，システム設計やアルゴリズム開発の中核を担っています．行列演算は，次のような場面でその威力を発揮します．

1. 制御工学:状態空間モデルの構築と解析
2. 信号処理:データのフーリエ変換やフィルタ設計
3. 最適化問題:大規模線形代数計算

行列の積を計算する際，C言語では多重ループを記述する必要がありますが，MATLABでは単一の演算記号で簡潔に記述可能です．

MATLABの使用例

行列の作成と基本演算は次のように記述します．

```matlab A = [1, 2； 3, 4]； % 2x2行列 B = [5, 6； 7, 8]； % 2x2行列 C = A + B； % 行列の加算 D = A * B； % 行列の積 ```

行列演算はMATLAB内部で最適化されているため，ループ処理を排除し計算を効率化できます．$t=0:0.01:2\pi$の範囲で正弦波を計算しプロットする場合は次のように記述します．

```matlab t = 0:0.01:2*pi； % 時間ステップの定義 y = sin（t）； % 正弦波の計算 plot（t, y）； % グラフの描画 ```

行列演算の注意点

行列計算において，要素単位の演算（例:$a \cdot b$や$a \cdot^ k$）と標準的な演算（例:$a \times b$）を区別することが重要です．また，MATLABでは変数の再定義によるエラーや数値精度の設定も考慮する必要があります．〈著：ZEPマガジン〉

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著者紹介

• 2010年　沼津工業高等専門学校　専攻科　卒業
• 2010年　FA機器/ハード・ディスク製造装置設計業務に従事．その後ベンチャーにて半導体検査/医科学用電子顕微鏡，半導体製造装置，理化学機器の研究開発設計に従事
• 2020年　静岡県創業者育成施設審査通過し，個人事業として独立
• 2022年　株式会社ディスクリテック設立，現在に至る

著書

1. ［VOD/KIT/data］実験キットで学ぶ 電源・アナログ回路入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 完全マニュアル】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［VOD］動画で一緒にプリント基板開発 KiCad超入門【KiCad 6対応 プロの仕上げ技101】，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/KIT］すぐ動く！BM83 Bluetoothスタータキット，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD/Pi KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
6. ［VOD/KIT］MATLAB/Simulink×ラズパイで学ぶロボット制御入門
7. 一人で始めるプリント基板作り，トランジスタ技術Special No.127， CQ出版社
8. 商用利用OK！噂の完全フリー基板作成ツール KiCad，トランジスタ技術2015年3月号，CQ出版社．
9. 1枚100円も！世界のプリント基板ネット通販メーカ，トランジスタ技術2016年7月号，CQ出版社．
10. 部品の足にジャストフィット!フットプリント作成，トランジスタ技術2017年5月号，CQ出版社．
11. コネクタなどの特殊部品のフットプリントを高速自作!CQ FootprintTracer，トランジスタ技術2017年10月号，CQ出版社．
12. はじめてみませんか？プリント基板ネット通販生活，トランジスタ技術2018年2月号，CQ出版社．
13. 工作実験室で活躍中！高コスパ電子工作ツール一覧，トランジスタ技術2018年12月号，CQ出版社．
14. 成功間違いなし!　BGA配線 10の基本ルール，トランジスタ技術2020年5月号，CQ出版社．

参考文献

1. ［VOD］高速＆エラーレス！5G×EV時代のプリント基板＆回路設計 100の要点，ZEPエンジニアリング株式会社．
2. ［VOD］ Before After！ ハイパフォーマンス基板＆回路設計 100の基本【パワエレ・電源・アナログ編】/【IoT・無線・通信編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
3. ［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．
4. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
5. ［VOD］事例に学ぶ放熱基板パターン設計 成功への要点，ZEPエンジニアリング株式会社．