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1、MATLAB仿真技术仿真技术刘卫国刘卫国 主编主编多媒体教学课件多媒体教学课件石家庄铁道学院四方学院石家庄铁道学院四方学院电气系：秦电气系：秦 华华MATLAB课程介绍课程性质：课程性质：公共基础选修课（公共基础选修课（16+16）教材教材：刘卫国主编刘卫国主编MATLAB程序设计与应用程序设计与应用 （第二版）（第二版）高等教育出版社高等教育出版社绪论绪论MATLABMATLAB语言概述语言概述1.MATLAB语言的发展：语言的发展：MATLAB是由美国是由美国Math Works公司推出的一个科技公司推出的一个科技应用软件。应用软件。它是英文它是英文MATrix（矩阵）（矩阵）LABora
2、tory（实验室）的（实验室）的缩写，雏形是缩写，雏形是1980年美国的年美国的Clever Moler博士为了解决线博士为了解决线性代数中的矩阵问题而编写的。性代数中的矩阵问题而编写的。目前，它已经成为一种广泛应用于研究和解决各种具目前，它已经成为一种广泛应用于研究和解决各种具体工程问题的新型高级语言。体工程问题的新型高级语言。MATLAB在欧美已经作为大学工科学生必修的计算机语在欧美已经作为大学工科学生必修的计算机语言之一。近年来，言之一。近年来，MATLAB语言已在我国也开始流行，现在语言已在我国也开始流行，现在已应用于各学科研究部门和许多高等院校。已应用于各学科研究部门和许多高等院校。
3、n数学教学，特别是线性代数；数学教学，特别是线性代数；n航天航空，国防工业，包括汽车工业；航天航空，国防工业，包括汽车工业；n教育，科学研究；教育，科学研究；n金融财务，对数据进行分析、处理；金融财务，对数据进行分析、处理；n管理科学，可以进行概率统计、解决最优化问题、管理科学，可以进行概率统计、解决最优化问题、做投入产出分析；做投入产出分析；n电子学、控制理论和医药卫生等科学学科方面的电子学、控制理论和医药卫生等科学学科方面的教学与研究等。教学与研究等。2.MATLAB应用领域有哪些？应用领域有哪些？例例1、求解线性方程组的解。、求解线性方程组的解。3X1 +X2 -X3 =3.6 X1 +
4、2X2+4X3 =2.1-X1 +4X2 +5X3 =-1.4对于线性系统有对于线性系统有Ax=bA=3 1-1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4;x=Abx=1.4818 -0.4606 0.3848n工具性：丰富的函数和工具箱；仿真模块库。工具性：丰富的函数和工具箱；仿真模块库。n图形具有强大的图形具有强大的可视化可视化功能：功能：2D，3D绘图工具绘图工具；面向图形对象的操作面向图形对象的操作；程序动画的操作程序动画的操作。n速度快：矢量化运算。速度快：矢量化运算。n具有良好的工作平台（公用性）：与具有良好的工作平台（公用性）：与C、C+、FORTRAN转换；与转换
5、；与WORD共享界面共享界面。3.MATLAB特点：特点：例例2、用简短命令计算并、用简短命令计算并绘制绘制在在0 x 6范围内的范围内的sin(2x)、sin(x2)、sin2x。x=linspace(0,6)y1=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2;plot(x,y1,x,y2,x,y3)4.什什么么是是动动态态仿仿真真系系统统（SIMULINK），仿仿真真能能做什么事情？做什么事情？5.怎样看待怎样看待MATLAB所含的工具箱？所含的工具箱？6.学习方法学习方法 掌握基础，注重动手；自学为主，讲授为辅。掌握基础，注重动手；自学为主，讲授为辅。用结构图编程，
6、而不用程序编程；只需拖几用结构图编程，而不用程序编程；只需拖几个方块、连几条线，即可实现编程功能。个方块、连几条线，即可实现编程功能。例例3，下图所示电路中，已知相应的，下图所示电路中，已知相应的R、C、L、VS值，值，以及换路前的电容电压，电感电流以及换路前的电容电压，电感电流,用用SIMULINK进行进行元件仿真，求解元件仿真，求解 ,第一章第一章基础准备及入门基础准备及入门1.2 MatlabMatlab界面介绍界面介绍1.3帮助系统帮助系统1.1安装及工具包的选择安装及工具包的选择本章重点本章重点1.指令窗的基本操作方法和规则指令窗的基本操作方法和规则。2.常用的常用的3个窗口界面。个
7、窗口界面。3.帮助体系和求助方法。帮助体系和求助方法。1.1安装及工具包的选择安装及工具包的选择n安装安装MATLAB 7.0系统，要求系统，要求Windows 2000或或Windows XP平台。平台。选择选择Typical是安装是安装Matlab上的所有功能及工具包上的所有功能及工具包上并且硬盘自由内存远远大于上并且硬盘自由内存远远大于3G，否则，否则，Custom。1.2 Matlab Matlab界面介绍界面介绍1.Desktop桌面的启动桌面的启动（1）方法一）方法一只要直接点击桌面图标只要直接点击桌面图标 即可启动即可启动MATLAB。（2）方法二）方法二假如假如Windows桌
8、面上没有桌面上没有MATLAB图标，那末点图标，那末点击击matlab 文件夹下的快捷方式图标。文件夹下的快捷方式图标。2.Desktop操作桌面简介操作桌面简介该桌面的上层铺放着三个最常用的界面：该桌面的上层铺放着三个最常用的界面：指令窗（指令窗（Command Window）；）；当前目录窗（当前目录窗（Current Directory）；）；历史指令窗（历史指令窗（Command History）；）；内存工作空间（内存工作空间（Workspace）。（在当前目录窗的后面）。（在当前目录窗的后面）1）命令窗口命令窗口（Command Window）各命令各命令输入输入以及计算机执行的以
9、及计算机执行的结果结果甚至是甚至是错误提错误提示示都在命令窗口表现。如给都在命令窗口表现。如给X赋一矩阵的结果如下：赋一矩阵的结果如下：赋值赋值n变量名、函数名是对字母大小写敏感的。变量名、函数名是对字母大小写敏感的。n变量名的第一个字符必须是英文字母。变量名的第一个字符必须是英文字母。n变量名中不得包含空格、标点、运算符，但变量名中不得包含空格、标点、运算符，但可以包含下连符。可以包含下连符。nm文件名和程序中（文件名和程序中（%后面的说明除外），后面的说明除外），全部在英文状态下，并满足上述规则，否则全部在英文状态下，并满足上述规则，否则无法运行。无法运行。sin,SIN,Sin，变量命名
10、规则变量命名规则my_var_01n面向复数的运算面向复数的运算n面向数组设计的运算面向数组设计的运算MATLAB运算的两个特点运算的两个特点：标量被看做标量被看做1*1的数组，这样就加快了计算速度的数组，这样就加快了计算速度（向量化向量化处理）处理）；“.*”表示乘法在两个数组相同位置上进行的。表示乘法在两个数组相同位置上进行的。“矩阵相乘矩阵相乘”的指令格式与的指令格式与“标量相乘标量相乘”的格式的格式一样，避免了循环。一样，避免了循环。默认的预定义变量及运算符表达式默认的预定义变量及运算符表达式MATLAB指令窗中实施指令编辑的常用操作键指令窗中实施指令编辑的常用操作键n记录用户在记录用
11、户在Matlab命令窗口中输入的所有的命令命令窗口中输入的所有的命令n包括每次启动包括每次启动Matlab的时间和每次启动所有的命的时间和每次启动所有的命令行令行n对历史命令的编辑（复制对历史命令的编辑（复制/运行运行/创建创建m文件等）文件等）2）历史命令窗口（历史命令窗口（command history）显示和改变当前目录，并可显示当前目录下的显示和改变当前目录，并可显示当前目录下的文件及提供搜索功能。文件及提供搜索功能。3）当前目录窗口（当前目录窗口（current directory）4 工作空间浏览器（工作空间浏览器（workspace）显示所有显示所有目前目前内存中的变量、数学结构
12、、类型，内存中的变量、数学结构、类型，关闭即自动消失关闭即自动消失；还可以利用图形显示变量；同时可还可以利用图形显示变量；同时可在命令窗口利用操作命令查阅和删除内存变量在命令窗口利用操作命令查阅和删除内存变量。最常用的几种格式：最常用的几种格式：clear 清除工作空间中的所有变量清除工作空间中的所有变量clear a b 清除工作空间中的清除工作空间中的a、b变量变量clear all 清除工作空间中所有的变量、全局变量、清除工作空间中所有的变量、全局变量、M函数。函数。clear fun1 fun2 清除工作空间函数清除工作空间函数fun1和和fun2clc 清除指令窗显示的内容清除指令窗
13、显示的内容1）清除工作空间中变量和函数的指令清除工作空间中变量和函数的指令clear内存变量的操作命令内存变量的操作命令2）数据文件和变量的存取）数据文件和变量的存取利用利用save,load 指令实现数据文件存取指令实现数据文件存取。save 存工作空间所有变量名到固定存工作空间所有变量名到固定 的的matlab.mat的二进制文件中的二进制文件中save date 存工作空间所有变量名到固定存工作空间所有变量名到固定 的的date.mat的二进制文件中的二进制文件中save date a b 把工作空间变量把工作空间变量a 和和b存到固存到固定的定的date.mat的二进制文件中的二进制文
14、件中改变路径：改变路径：save f:qh date a bload date 将将date文件中的变量加载到工作空间文件中的变量加载到工作空间后缀后缀.mat3）数据的输出格式）数据的输出格式:日常计数法如：日常计数法如：3.1233、-9+3i、和科学计数法如：和科学计数法如：1.2343e2、4.78E2i、其中其中E和和e表示以表示以10为底的指数。为底的指数。多为双精度数来表示存储。多为双精度数来表示存储。若改变格式用：若改变格式用：format 格式符，例如格式符，例如:format bank4）内存变量的显示）内存变量的显示:who 内存变量列表内存变量列表whos 内存变量列表
15、详细列表内存变量列表详细列表3.M脚本文件编写初步脚本文件编写初步 使用编辑器把复杂的程序先编辑储存以便于调使用编辑器把复杂的程序先编辑储存以便于调试，文件扩展名是试，文件扩展名是“.m”：。：。M文件编辑器的启动方法有以下几种文件编辑器的启动方法有以下几种：1）单击桌面图标）单击桌面图标 ，或选中，或选中File：New：M-File，或直接在指令窗输入指令，或直接在指令窗输入指令edit，都可以打，都可以打开空白的开空白的M文件编辑器。文件编辑器。2）单击桌面图标 ，或选中File：Open，填写好所选文件名后，点Open键。3)用鼠标左键双击当前目录窗中的所需M文件，可直接引出展示相应文
16、件的M文件编辑器。4.开始按钮（开始按钮（start）MATLAB 主窗口左下角有一个主窗口左下角有一个 Start按按钮，单击该按钮会弹出一个菜单。可以查阅钮，单击该按钮会弹出一个菜单。可以查阅MATLAB包含的各种资源包含的各种资源。n帮助系统分三种方式来达到帮助的目的帮助系统分三种方式来达到帮助的目的。1.3 MATLAB7.0的帮助系统的帮助系统点点 打开，或打开，或help菜单，或输入菜单，或输入helpwin。1.联机帮助系统，直接从计算机里寻求帮助联机帮助系统，直接从计算机里寻求帮助 1）help帮助命令帮助命令：help+待查询的函数待查询的函数 若命令窗口输入：若命令窗口输入
17、：help plot 则得到画图命令的则得到画图命令的所有的相关详细信息。所有的相关详细信息。2）lookfor指令：指令：lookfor+完整或不完整的关键词完整或不完整的关键词 help需要事先知道函数准确的名字，如果不能确需要事先知道函数准确的名字，如果不能确定时，可用定时，可用lookfor进行搜索进行搜索。如：如：lookfor fft ；检索出各种与傅立叶有关的函数；检索出各种与傅立叶有关的函数2.命令窗口寻求帮助命令窗口寻求帮助 3）其它帮助命令其它帮助命令nwhat 目录中文件列表目录中文件列表nwhich 确定文件位置确定文件位置3.联机演示系统联机演示系统DEMOS 在主菜单下面在主菜单下面HelpDemos，可选择不同的，可选择不同的选择系统：学科专业性的、选择系统：学科专业性的、MATLAB编程技巧、编程技巧、入门导航等等入门导航等等。该演示程序的示范作用是独特的，包括用户该演示程序的示范作用是独特的，包括用户指南，所以用户想要学习掌握指南，所以用户想要学习掌握MATLAB,不可不看不可不看相关演示。相关演示。再再见见