matlab第一讲—认识及简单应用.ppt

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MATLAB实验第一讲——认识及熟悉MATLAB一、MATLAB概述 二、MATLAB的数值运算功能 三、MATLAB的符号运算功能 三、MATLAB程序设计 四、MATLAB中的计算结果可视化 五、Simulink仿真初步 六、MATLAB的工具箱 七、MATLAB的应用 八、Simulink简介具体内容 一、MATLAB概述(一)MATLAB语言的发展: MATLAB名字由MATrix和 LABoratory 两词的前三个字母组合而成。那是20世纪七十年代,时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler出于减轻学生编程负担的动机,为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK矩阵软件工具包库程序的的“通俗易用”的接口,此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。 1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立MathWorks公司,并把MATLAB正式推向市场。从这时起,MATLAB的内核采用C语言编写,而且除原有的数值计算能力外,还新增了数据图视功能。现今的matlab7.0拥有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。自MathWorks公司1993年推出matlab4.0问世以来,matlab语言就成为了最具吸引力、应用最为广泛的科学计算语言;1997年仲春,matlab5.0版问世,紧接着是5.1、5.2,以及1999年春的5.3版。2001年和2002年mathworks公司又相继推出了强大的matlab升级版本matlab6.0和matlab6.5(二)MATLAB语言的特点:1)语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极其丰富 MATLAB程序书写形式自由,利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务,压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写,用户不必担心函数的可靠性。可以说,用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。 2)运算符丰富3)MATLAB既具有结构化的控制语句(如for循环,while循环,break语句和if语句),又有面向对象编程的特性。4)程序限制不严格,程序设计自由度大5)程序的可移植性很好,基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。6)MATLAB的图形功能强大。7)功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分: 核心部分:有数百个核心内部函数 各种可选的工具箱 工具箱又分为两类:功能性工具箱 学科性工具箱功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能、图示建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能,功能性工具箱用于多种学科。学科性工具箱是专业性比较强的,面向专门的学科领域。如control toolbox, signl proceessing toolbox, commumnication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的,所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序,而可直接进行高,精,尖的研究。8)源程序的开放性开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外,所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件,用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。9)MATLAB的缺点: 和其他高级程序相比,程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理,也不生成可执行文件,程序为解释执行,所以速度较慢。 (三)MATLAB语言的功能:强大的数值(矩阵)运算功能 ——基于矩阵运算的处理工具广泛的符号运算功能计算结果的可视化功能可靠的容错功能应用灵活的兼容与接口功能信息量丰富的联机检索功能(四)MATLAB语言系统的组成MATLAB是一个集数值计算、图形管理、程序开发为一体的环境。 加上MATLAB更强的功能扩展能力,与它的主系统一起,构成一个功能更加强大的系统(五)MATLAB语言的应用在欧美大学里,诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。MATLAB成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。在国际学术界,MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上,(尤其是信息科学刊物),都可以看到MATLAB的应用。在设计研究单位和工业部门,MATLAB被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。如美国National Instruments公司信号测量、分析软件LabVIEW,Cadence公司信号和通信分析设计软件SPW等,或者直接建筑在MATLAB之上,或者以MATLAB为主要支撑。又如HP公司的VXI硬件,TM公司的DSP等等接受MATLAB的支持。 (六)matlab界面介绍命令窗口(command window)历史命令窗口(command history)当前目录窗口(current directory)工作空间浏览器(workspace browser)开始按钮(start)1.命令窗口(command window)Matlab的主要操作界面,大部分操作命令和结果在此进行命令提示符 >> 显示方式 字体、大小、颜色设置 files/preferences命令窗口常用控制指令也可以利用菜单命令实现例如:>>dir d:\MyProg %显示d:\MyP rog目录下的文件清单>>edit d:\MyProg\exm013_9.m %打开编辑器编辑exm013_9.m>>which exm013_9.m %指出exm013_9.m所在的目录指 令含 义指 令含 义cd设置当前工作目录exit/quit退出MATLABclf清除图形窗open打开文件clc清除指令窗中显示的内容md创建目录clear清除内存变量more使显示内容分页显示dir列出指定目录的文件清单type显示M文件的内容edit打开M文件编辑器which指出文件所在目录2. 历史命令窗口(command history)记录用户在Matlab命令窗口中输入的所有的命令包括每次启动Matlab的时间和每次启动所有的命令行对历史命令的编辑(复制/运行/创建m文件/快捷方式/profile code)3. 当前目录窗口(current directory)当前目录浏览器管理Matlab中大量的函数和数据库包括菜单栏、当前目录设计区,工具菜单和文件详细菜单对文件详细菜单区域中文件可以方便地进行编辑或运行如何设置当前目录呢?启动Matlab时。省略部分。必须是英文字母。变量名不得包含空格及、,等标点符号,但可以包含下划线。例如:m_array001合法,1_a d,minute不合法。MATLAB命令通常是用小写字母书写。MATLAB中变量使用之前,不需要指定变量的数据类型,也不必事先声明变量。2.MATLAB默认的预定义变量 预定义变量在MATLAB启动时由系统自动生成。用户在编写指令和程序时,应尽量避免使用下列预定义变量,以免混淆。预定义变量含 义预定义变量含 义ans 计算结果的缺省变量名NaN 或 nan 不定值,如 0/0eps 最小的机器数nargin 函数输入参数数目Inf 或 inf 无穷大,如 1/0nargout 函数输出参数数目i 或 j 虚单元 i=j=(-1)1/2realmax 最大正实数pi 圆周率 πrealmin 最小正实数3. 运算符和表达式MATLAB表达式的规则与一般手写算式基本相同。a) 表达式由变量名、运算符和函数名组成。b) 表达式按优先级自左向右运算,括号可改变优先级顺序。c) 优先级顺序由高到底为:指数运算、乘除运算、加减运算。表达式中赋值符为“=”。可直接在命令窗内输入表达式进行计算[例]求[12+2× (7-4)]÷32的运算结果。1) 键盘在指令窗输入下面一行指令,然后按下Enter键。>>(12+2*(7-4))/3^22) 等待指令执行完毕,MATLAB指令窗显示运算结果。ans= (默认的变量名 记录计算结果) 24. 复数和复数矩阵 MATLAB可以直接输入复数 a+bi 。MATLAB的矩阵元素可以是复数或复数表达式。 例[1-5]常用复数转换指令 real、imag、abs、angle >> z1=3+4i %输入一个复数z1 z1 = 3.0000 + 4.0000i >> a=real(z1) %求复数z1的实部 a = 3 >> b=imag(z1) %求复数z1的虚部 b = 4 >> r=abs(z1) %求复数z1的模 r = 5 >> theta=angle(z1) %求复数z1的相角 theta = 0.9273 5.指令行中常用的标点符号 标点在MATLAB指令中的作用极其重要。为了保证指令的正确执行,标点符号必须在英文状态下输入名 称标点作 用空格分隔输入量;分隔数组元素逗号,作为要显示结果的指令的结尾;分隔输入量;分隔数组元素黑点.小数点分号;命令结束;作为不显示结果的指令的结尾;分隔数组中的行冒号:用作生成一维数组;用作下标时表示该维上的所有元素注释号%其后内容为注释内容单引号‘ ‘其内容为字符串圆括号( )用作数组标识;表示函数输入向量列表时用方括号[ ]输入数组时用;表示函数输出向量列表时用花括号{ }用作元胞数组标识下连符_用在变量、函数和文件名中续行号…将长指令行分成两行输入,保持两行的逻辑连续。例 在MATLAB中输入矩阵>> a=[2,3,4;3,5,7;8,9,10] %显示结果a = 2 3 4 3 5 7 8 9 10>> a=[2,3,4;3,5,7;8,9,10]; %不显示结果[] 矩阵 , 变量间隔 ; 行间隔/显示不显示只要是赋过值的变量,不管是否在屏幕上显示过,都存储在工作空间中,以后可随时显示或调用。变量名尽可能不要重复,否则会覆盖 。 ..... 续行命令>> B=1+25-36+..... 37-58B = -31>> %两个数组点乘C=[1,2,3].*[4,5,6]>> C = 4 10 18%,点乘冒号的作用 用于生成等间隔的向量,默认间隔为1.例如:A=1:3;B=1:0.5:3; 用于选出矩阵指定行、列及元素。例如:A=B(i,:) 循环语句 例如:for i=1:3八、Simulink简介信号源(sources)系统(systems)接收器(sinks)SIMULINK功能模块的处理基本操作包括:1. 选取模块2. 复制与删除模块3. 模块的参数和属性设置_双击4. 模块外形的调整5. 模块名的处理6. 模块的连接7. 在连线上反映信息—鼠标直接点击模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳(选中模块,按住鼠标左键不放)而放到模型窗口中进行处理。在模型窗口中,选中模块,则其4个角会出现黑色标记。此时可以对模块进行以下的基本操作。移动:选中模块,按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。若要脱离线而移动,可按住shift键,再进行拖曳。复制:选中模块,然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个功能模块。删除:选中模块,按Delete键即可。若要删除多个模块,可以同时按住Shift键,再用鼠标选中多个模块,按Delete键即可。也可以用鼠标选取某区域,再按Delete键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除。功能模块的基本操作,包括模块的移动、复制、删除、转向、改变大小、模块命名、颜色设定、参数设定、属性设定、模块输入输出信号等。转向:为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端,功能模块有时需要转向。在菜单Format中选择Flip Block旋转180度,选择Rotate Block顺时针旋转90度。或者直接按Ctrl+F键执行Flip Block,按Ctrl+R键执行Rotate Block。改变大小:选中模块,对模块出现的4个黑色标记进行拖曳即可。模块命名:先用鼠标在需要更改的名称上单击一下,然后直接更改即可。名称在功能模块上的位置也可以变换180度,可以用Format菜单中的Flip Name来实现,也可以直接通过鼠标进行拖曳。Hide Name可以隐藏模块名称。颜色设定: Format菜单中的Foreground Color可以改变模块的前景颜色,Background Color可以改变模块的背景颜色;而模型窗口的颜色可以通过Screen Color来改变。参数设定:用鼠标双击模块,就可以进入模块的参数设定窗口,从而对模块进行参数设定。参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助,为获得更详尽的帮助,可以点击其上的help按钮。通过对模块的参数设定,就可以获得需要的功能模块。属性设定:选中模块,打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进行属性设定。包括Description属性、 Priority优先级属性、Tag属性、block annotation属性、callbacks属性。模块的输入输出信号:模块处理的信号包括标量信号和向量信号;标量信号是一种单一信号,而向量信号为一种复合信号,是多个信号的集合,它对应着系统中几条连线的合成。缺省情况下,大多数模块的输出都为标量信号,对于输入信号,模块都具有一种“智能”的识别功能,能自动进行匹配。某些模块通过对参数的设定,可以使模块输出向量信号。
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