MATLAB 和 Simulink 在物理学领域的应用

通过仿真控制实验、采集并分析数据,以及进行比较

MATLAB® 和 Simulink® 深受全球物理学家青睐,可用于执行探索性的、计算量大的仿真。面向矩阵的计算环境使 MATLAB 脱颖而出,成为物理前沿探索与产研协作中快速代码开发的自然之选。MATLAB 和 Simulink 提供了一个集成式平台,涵盖硬件代码生成、数据采集、实时仿真和测试、数据分析以及可扩展计算。

MATLAB 和 Simulink 帮助物理学家:

  • 将 AI 方法集成到工作流程,用于数据分析和可视化
  • 运行粒子加速器
  • 处理通过射电望远镜和引力波探测器接收到的信号
  • 控制各种“小型实验室”硬件
  • 比较仿真与实验数据
  • 开展物理教学,并与其他物理学家分享工作成果

“在 LIGO 项目中,我们使用 MATLAB 来分析限制引力波探测器性能的基本噪声,计算干涉仪的光学响应,并验证整个控制链……”

Matthew Evans, MIT

使用 MATLAB 和 Simulink 进行物理学研究

使用 MATLAB 和 Simulink 进行“小型实验室”物理学研究

物理学家使用 MATLAB 和 Simulink 来连接并控制实验室硬件(例如定制显微镜),执行各种光谱分析,开发 AI 增强型传感器以及分析数据

高度优化的稠密和稀疏矩阵运算有助于快速代码开发,以便仿真经典与量子多体系统。符号数学支持在任意规定精度下进行计算。

借助 MATLAB 和 Simulink,物理学家能够:

  • 为硬件连接自动生成 HDL 和 C/C++ 代码,并在 MATLAB 中使用 C/C++ 代码
  • 实时从硬件和仪器控制和采集数据
  • 在集群上部署计算以用于大数据或高性能计算
  • 使用直观的实时脚本和 GUI 共享代码
  • 在 GPU 上加速 AI 和其他计算密集型分析
  • 使用 MATLAB Parallel Server™ 将计算扩展到集群和云
  • 通过互动课堂开展物理教学

使用 MATLAB 和 Simulink 进行“大型实验室”物理学研究

MATLAB 和 Simulink 支持对 LIGO 这样的大型实验的实时控制系统进行快速原型开发和建模。MATLAB 能够实现良好的代码可读性和向后兼容性,因此在大型、长期协作项目中备受青睐。

在世界各地,加速器物理学家使用 MATLAB 来控制同步加速器和直线加速器。利用 MATLAB,他们还可以监控粒子束,并将粒子束的行为与仿真粒子束的行为进行比较。借助 MATLAB,并结合加速器物理学家编写的社区工具箱,用户可以搭建一个快速原型开发和部署系统,该系统已在全球范围内得到充分测试。

MATLAB 和 Simulink 支持物理学家和工程师:

  • 设计 AI 增强型滤波器模块,用于噪声抑制和信号处理
  • 消除计划外的“大型机器”停机时间
  • 使用直观的脚本和 GUI 环境与硬件交互
  • 为 PLC、FPGA 和 ASIC 生成代码
  • 设计控制系统
  • 使用 Simulink Real-Time™ 和 Speedgoat 从桌面仿真无缝过渡到实时测试

使用 MATLAB 进行医学物理学研究

医学物理学家使用 MATLAB 作为统一平台来制定治疗计划,这为教学和研究都带来了极大便利。在 MATLAB 中,放射治疗专家可以借助半自动标注工具将 AI 方法轻松集成到工作流程,以实现多种应用,如影像引导放射治疗。

通过 MATLAB 和社区工具箱,医学物理学家可以:

  • 制定准确的临床治疗计划
  • 制定多模态调强放疗计划
  • 从 DICOM 或其他文件格式开始,对数据进行预处理和导出,以训练深度学习自动分割模型
  • 通过多种变换和图像通道填充方法,使用多通道图像训练深度学习模型
  • 在复杂的组织真实介质中进行时域声学和超声仿真