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1、MATLAB与控制系统仿真实践第1章Matlab环境认识与操作 第1章Matlab环境认识与操作n1.1Matlab环境认识n1.1.1 命令窗口n1.1.2 命令历史记录窗口n1.1.3 工作空间n1.1.4 帮助窗口n1.1.5 图形窗口n1.1.6 编辑/调试窗口（Edit/Debug Window）n1.2matlab notebook及其使用n1.2.1 matlab notebook的启动n1.2.2 Notebook的菜单命令n1.2.3 输出单元的格式控制n1.2.4 使用M-book模板的若干参考技巧MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交
2、流，有问必答第1章Matlab环境认识与操作nMatlab被称为是“The Language of Technical Computing”，面向理工科不同领域，功能强大，而且不断有新的工具箱添加。熟练掌握Matlab有助于更好地理解学科概念，方便计算。n本章首先对Matlab环境做初步认识，同时对涉及到的操作如寻求帮助、编辑/调试等进行介绍。此外，对notebook工具的使用进行了详细介绍。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答 1.1Matlab环境认识n当按照软件说明安装好MATLAB后，启动的初始界面如下：图1.1系统默认界面MATLA
3、B与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1Matlab环境认识图图1.21.2打开打开DesktopDesktop下拉菜单的界面下拉菜单的界面MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1Matlab环境认识n从默认界面（图1.1）看，我们可以发现有命令窗口（Command Window）、命令历史记录窗口（Command History）、工作空间（Workspace）等。n如果打开Desktop下拉菜单（1.2），还可以调出其它如帮助窗口（Help）、图形窗口（Figure）、编辑/调试窗口（Edit
4、or）等等。下面通过示例做简单介绍。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.1 命令窗口 在命令提示符后输入合法命令并回车，MATLAB即会自动执行并给出执行结果。注：演示例1并说明MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.1 命令窗口对于长的命令，可以使用连接符.将断开的命令连起来。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.1 命令窗口注：演示例2MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问
5、必答1.1.1 命令窗口在使用连接符.时需特别注意的是，对于如单引号内的字符串必须在一行完全引起来，否则报错；此外，连接符.后的字符不再被识别。这几种情况均体现在例3中。注：演示例3MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.1 命令窗口n对于一次输入多个命令语句的情况，可以使用Shift+Enter将多个命令语句连成一个语句段，matlab会一起执行这些命令。n注：演示例4MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.1 命令窗口 对于多行语句的情况，最好使用m脚本文件或函数保存再运行。有关
6、m文件的内容将在后面的章节中讲到。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.2 命令历史记录窗口n显示最近命令窗口运行过的函数日志。图图1.41.4命令历史记录窗口命令历史记录窗口MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.2 命令历史记录窗口图图1.51.5命令历史记录窗口的快捷操作菜单命令历史记录窗口的快捷操作菜单MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.2 命令历史记录窗口n图1.4显示了一段函数的历史记录。在此窗口中，可以进行如
7、下操作：（1）执行先前运行过的函数语句执行单条函数语句，直接双击函数语句即可；执行多条函数语句，用Shift或Ctrl键配合鼠标左键选中多条函数语句，然后点鼠标右键选Evaluate Selection项执行；MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.2 命令历史记录窗口n将待执行的函数语句拷贝到命令窗口中执行；n将待执行的函数语句生成m文件，方法是用Shift或Ctrl键配合鼠标左键选中多条函数语句，然后点鼠标右键选Create M-File项。此时系统启动编辑器并打开一个包含选中函数语句的m文件。可以直接运行。MATLAB与控制系统仿真
8、实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.2 命令历史记录窗口（2）删除命令历史记录可以使用图1.5的不同选项进行删除操作。Delete Selection:删除选中的函数语句；Delete to Selection：删除选中的函数语句以上的所有函数语句；Clear Entire History：删除窗口所有函数语句记录。有关历史记录窗口的操作读者可亲自尝试。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.3 工作空间n如前所述，在运行程序时，其变量即被加入到工作空间中。工作空间正是这样一个集合，包含了matlab程序
9、运行中的变量和结果、matlab提供的常量等。n需要注意的是，命令窗口执行的命令和脚本文件共享基本的工作空间，因此也共享变量。但与此不同的是，matlab函数文件执行中有自己独立的工作空间。这在matlab函数部分做介绍。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.3 工作空间n工作空间中变量的编辑与查看可以采取命令方式，也可采用图形化的方式。（1）命令方式：用who或whos命令它们的区别在于who仅给出变量的名称清单，而whos则给出所有变量的详细信息。注：演示例5MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线
10、交流，有问必答1.1.3 工作空间删除工作空间中的某个变量可用clear命令。clear var1 var2：删除指定的变量。clear variables：删除所有变量。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.3 工作空间（2）图形化方式：使用workspace窗口 打开workspace的方法很多。一种是直接双击workspace标题即可最大化其窗口（图1.6）。由图可以看出，其显示内容和whos命令执行结果一样的。workspace优点是：MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1
11、.3 工作空间n可以将工作空间中的所有变量保存至一个文件中。待启动系统后再将文件重新装载。这样，就不至于因关闭系统而导致工作空间的变量消失。n可以编辑任一变量。双击工作空间中的任一变量，可打开Array Editor窗口。此时即可查看变量的具体值，甚至改变其值。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.3 工作空间n切换基本工作空间和函数工作空间。在函数调试状态下，可以通过Stack域选择查看基本工作空间变量还是函数的工作空间变量。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.3 工作空间
12、图图1.61.6workspaceworkspace窗口窗口MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口 帮助对于使用者来说，意义重大。掌握获取帮助的不同使用方法应得到足够的重视。类似工作空间的操作，也可以分为图形化的方式和命令方式。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口 （1）图形化的帮助窗口 点击系统界面上的，或是使用命令helpwin，helpdesk都可以打开如图1.7的帮助界面。其文档结构与windows系统标准界面相同，很方便使用。读者可点击窗口左侧
13、目录进入一看究竟。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口图图1.71.7workspaceworkspace窗口窗口MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口图图1.81.8inv()inv()函数的帮助窗口函数的帮助窗口MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口 docfunction name命令则可打开帮助窗口并指向具体的函数文档。图1.8是使用doc inv所调出的窗口，显示了inv()
14、函数的详细帮助信息。（2）命令方式：使用help,help function name或lookfor命令MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口 helpHELP topics:My DocumentsMATLAB -(No table of contents file)matlabgeneral -General purpose commands.matlabops -Operators and special characters.help sum SUM Sum of elements.S=SUM(X)is the s
15、um of the elements of the vector X.MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口 相信读者会从以上显示的结果感受到help,help function name这2种方式的区别。前者列出所有帮助主题；后者则列出具体函数的详细帮助文档。后者还可显示某一类函数信息。如我们想查看matlab的通用功能函数，通过help path实现。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口 help matlabgeneral General purp
16、ose commands.MATLAB Version 7.4(R2007a)01-Feb-2007 General information.syntax -Help on MATLAB command syntax.demo -Run demonstrations.ver -MATLAB,Simulink and toolbox version information.version -MATLAB version information.verLessThan -Compare version of toolbox to specified version string.MATLAB与控制
17、系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口 Managing the workspace.who -List current variables.whos -List current variables,long form.clear -Clear variables and functions from memory.pack -Consolidate workspace memory.load -Load workspace variables from disk.save -Save workspace variables to disk.
18、saveas -Save Figure or model to desired output format.memory -Help for memory limitations.recycle -Set option to move deleted files to recycle folder.quit -Quit MATLAB session.exit -Exit from MATLAB.MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口 help命令可用于查询具体确定的函数帮助文档。与help 命令不同，lookfor命令则是就
19、帮助文档中的H1行进行关键字查询。从中可以看出，lookfor查询结果可能不够精确，但对于不能确定函数名时，却大有用处。有人把lookfor命令比作matlab中的google或baidu，一点也不为过。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口注：演示例6查询矩阵转置的函数帮助文件。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.4 帮助窗口也可使用type 命令查看函数的源代码供自己分析。这对提高编程能力大有好处。在程序设计过程中，经常需要详细了解某个函数的具体使用方法。因此，
20、掌握从matlab中寻求帮助的方法至关重要。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.1.5 图形窗口 matlab用来直接输出图形的窗口。有关图形窗口的操作，我们在后面绘图一章将有详细说明。这里给出一个例子，使读者对图形窗口先有个感性认识。注：演示例7将程序段生成m文件，并在命令窗口中执行该文件MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答 1.1.6 编辑/调试窗口（Edit/Debug Window）m文件可以在任何文本编辑器中编辑，但无法实时调试。matlab内置的Editor/Debugger
21、具有一定的编辑和调试功能。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答 1.1.6 编辑/调试窗口（Edit/Debug Window）（1）打开编辑/调试窗口 在命令窗口下使用edit命令打开编辑/调试窗口，在其中即可新建一个m文件。也可选File/New/M-file打开编辑/调试窗口创建一个m文件。还可选File/Open打开已有文件并进行编辑。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答 1.1.6 编辑/调试窗口（Edit/Debug Window）（2）编辑/调试窗口下调试程序进行一定规模的程序
22、设计，总不可能一次成功。一般都需要进行不断的调试。一般来说可能有3种错误。表1.1列出这3种错误及其调试方法。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答 1.1.6 编辑/调试窗口（Edit/Debug Window）错误错误类型类型调试方法语法错误：matlab函数名的拼写错误matlab编译器可检测出大部分语法错误，可根据检测结果如错误信息和语句行号进行调试运行时错误，任何产生NaN或Inf的运算，结果错误一般较难跟踪。尝试以下方法：去掉命令的分号或加输出语句，显示中间运行结果使用matlab编辑/调试器的调试功能。这时可从基本工作空间切换观察
23、函数工作空间变量；通过设置断点进行观察将函数修改为脚本文件运行。注释掉函数定义行，这时其中间结果可在基本工作空间观察到在m文件中加入keyboard命令暂停程序执行。待检查或修改工作空间变量的值后在命令窗口中键入return,再按“回车”运行程序此外，回顾常见错误并做些修正也非常重要：添加括号，明确运算级别确定已经初始化了所有变量分解较长的语句段，以便查错逻辑错误：程序可正常编译运行但结果错误MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2matlab notebook及其使用 matlab notebook 集成了Microsoft 的word优
24、秀编辑功能和matlab的强大计算功能。MATLAB Notebook 制作的M-book文档不仅拥有 MS-Word 的全部文字处理功能，而且具备MATLAB 无与伦比的数学解算能力和灵活自如的计算结果可视化能力。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2matlab notebook及其使用 它既可以看作解决各种计算问题的科技应用软件，也可以看作具备完善编辑功能的字处理软件。在notebook中，编辑汉字文本的同时，还可以随时计算并显示结果或绘制图形。这对于撰写科技报告、论文或演算理工科习题都极具实用价值。MATLAB与控制系统仿真实践，
25、北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2matlab notebook及其使用 它的基本工作原理是将用户在文档中输入的命令送到后台的MATLAB中运行，MATLAB将计算结果和绘制的图形送回到Word，并插入到文档中。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.1 matlab notebook的启动 可以在word中启动matlab notebook，也可以在matlab中启动 matlab notebook。（1）从MATLAB中启动Notebook 在 MATLAB 中有一条指令，该指令启动Notebook的使用格
26、式如下：notebook 打开一个新的M-book文档。notebook PathFileName 打开已存在的M-book文件。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.1 matlab notebook的启动（2）从Word中启动M-book在Word默认窗口下创建M-book。从 Word 窗口的文件下拉菜单中选择新建子项；在弹出的对话框中，单击选择“M-book”模板；于是，Word的窗口形状由原来的默认样式变成“M-book”样式；假如此前MATLAB尚未启动，则 MATLAB 会自动被启动，用户可看到MATLAB的启动图标；MA
27、TLAB启动自动结束后，便进入新的M-book文档。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.1 matlab notebook的启动 在Word默认窗口下打开已有的M-book文件。在Word 默认的窗口下打开已有的 M-book 文件的方法与打开一般Word文件没什么两样。最常用的方法是从文件下拉菜单中选择打开项，然后从弹出的对话框中选择所需要编辑的M-book 文件。按照一般的Word操作即可。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.1 matlab notebook的启动（3）
28、Notebook成功启动的直观标志 无论采用哪种方法可以启动Notebook，其启动成功的直观标志是：产生如图1.10所示的M-book界面。即界面比普通的word 工具栏多一个Notebook 菜单项。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.1 matlab notebook的启动图图1.101.10NotebookNotebook成功启动的界面成功启动的界面 当Notebook成功启动后，查看其下拉菜单，有 如下的选项。对这些选项的认识，有助于正确灵活地运用Notebook。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，20
29、09.8.在线交流，有问必答1.2.2 Notebook的菜单命令n Bring MATLAB to Front,调MATLAB命令窗口到前台nDefine Autoinit Cell，定义自活单元nDefine Calc Zone，定义计算区nDefine Input Cell，定义输入单元nEvaluate Calc Zone，运行计算区nEvaluate Cell，运行单元nEvaluate Loop，多次运行输入单元MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.2 Notebook的菜单命令nEvaluate M-Book，运行整个M-
30、Book中的所有输入单元nGroup Cells，生成单元组nHide Cell Markers，隐藏生成单元的中括号nNotebook Options，设置数值和图形的输入格式MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.2 Notebook的菜单命令nPurge Selected Output Cells，从所选篇幅中删除所有输出单元nToggle Graph Output for Cell，是否出入生成的图形nUndefine Cells，将单元转换成文本nUngroup Cells，将单元组转换为输入单元或自活单元以下通过一个示例演示其
31、使用。更详细的需读者在使用中不断挖掘。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.2 Notebook的菜单命令注：演示例8：使用Notebook建立如下程序，并产生相应图形。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.3 输出单元的格式控制 输出单元容纳MATLAB的各种输出结果：数据、图形、错误信息。输出数据的有效数字，图形的大小都可以借助如图1.12所示的对话框加以控制。（1）在图对话框中Numeric Format子框中可以设置输出数据方式有8种：“Short”、“long”、“he
32、x”、“bank”、“plus”、“short e”、“long e”、“rational”。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.3 输出单元的格式控制（2）loose和compact选项用来控制输入与输出单元之间的空白区域。（3）embed figures in m-book处于选中状态，输出图形 才可能镶嵌在M-book文档中。（4）use 16-color figures处于选中状态，打印机才有正确的彩色图形输出。（5）uintwidthheight用户可对这三栏设置，决定嵌入图形框的大小。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航
33、空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答1.2.3 输出单元的格式控制图图1.121.12输出单元的格式控制窗口输出单元的格式控制窗口MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答 1.2.4 使用M-book 模板的若干参考技巧（1）文档中的文本及MATLAB指令必须在英文状态下输入；指令中的标点符号必须在英文状态下输入。（2）不管一条指令多长，只要不用“硬回车”换行，总可以被鼠标全部“点亮”并按组合键Ctrl-Enter后正确运行。带鼠标操作的交互指令（如ginput,getxt等）不能在M-book模板中运行。MATLAB与控制系统仿真
34、实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答 1.2.4 使用M-book 模板的若干参考技巧（3）MATLAB指令在M-book中的运行速度比在指令窗口中慢得多。因此，符号计算指令、编译指令等在M-book中运行时，有可能发生“运行时间过长”或“出错”的警告。遇到这种情况，用户最好还是让那些指令在指令窗口中直接运行。（4）Note-book:Notebook Options菜单中“嵌入图形”Embed figures in M-book处于“不选”状态时，大多数动画指令可引出正确的活动画面。MATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社，2009.8.在线交流，有问必答