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1、第第8章章控制系统计算机仿真工具第第8章章青岛科技大学自动化与电子工程学院自动化教研室1MATLAB语言基础使用MATLAB的窗口环境一、MATLAB语言的显著特点1、具有强大的矩阵运算能力：使得矩阵运算非常简单。2、是一种演算式语言nMATLAB的基本数据单元是既不需要指定维数，也不需要说明数据类型的矩阵（向量和标量为矩阵的特例），而且数学表达式和运算规则与通常的习惯相同。因此MATLAB语言编程简单，使用方便。2二、MATLAB命令窗口1、启动MATLAB命令窗口n双击MATLAB图标，就可以进入命令窗口，此时意味着系统处于准备接受命令的状态，可以在命令窗口中直接输入命令语句。nMATLA
2、B语句形式变量表达式；通过等于符号将表达式的值赋予变量。当键入回车键时，该语句被执行。语句执行之后，窗口自动显示出语句执行的结果。如果希望结果不被显示，则只要在语句之后加上一个分号（；）即可。此时尽管结果没有显示，但它依然被赋值并在MATLAB工作空间中分配了内存。控制系统计算机仿真工具第第8章章32、命令行编辑器（1）方向键和控制键可以编辑修改已输入的命令（2）命令窗口的分页输出nmore off：不允许分页 more on：允许分页nmore(n)：指定每页输出的行数n回车前进一行，空格键显示下一页，q结束当前显示。（3）多行命令（）n如果命令语句超过一行或者太长希望分行输入，则可以使用多
3、行命令继续输入。nS=1-12+13+4+9-4-18;控制系统计算机仿真工具第第8章章4三、变量和数值显示格式1、变量（1）变量的命名：变量的名字必须以字母开头（不能超过19个字符），之后可以是任意字母、数字或下划线；变量名称区分字母的大小写；变量中不能包含有标点符号。（2）一些特殊的变量ans：用于结果的缺省变量名 i、j：虚数单位pi：圆周率 nargin：函数的输入变量个数eps：计算机的最小数 nargout：函数的输出变量个数inf：无穷大 realmin：最小正实数realmax：最大正实数 nan：不定量flops：浮点运算数控制系统计算机仿真工具第第8章章5（3）变量操作n在
4、命令窗口中，同时存储着输入的命令和创建的所有变量值，它们可以在任何需要的时候被调用。如要察看变量a的值，只需要在命令窗口中输入变量的名称即可：a2、数值显示格式n任何MATLAB的语句的执行结果都可以在屏幕上显示，同时赋值给指定的变量，没有指定变量时，赋值给一个特殊的变量ans，数据的显示格式由format命令控制。nformat只是影响结果的显示，不影响其计算与存储；MATLAB总是以双字长浮点数（双精度）来执行所有的运算。控制系统计算机仿真工具第第8章章6n如果结果为整数，则显示没有小数；如果结果不是整数，则输出形式有：format(short)：短格式（5位定点数）99.1253form
5、at long：长格式（15位定点数 format short e：短格式e方式 9.9123e+001format long e：长格式e方式 format bank：2位十进制 99.12format hex：十六进制格式控制系统计算机仿真工具第第8章章7四、简单的数学运算1、常用的数学运算符n，*（乘），/（左除），（右除），（幂）n在运算式中，MATLAB通常不需要考虑空格；多条命令可以放在一行中，它们之间需要用分号隔开；逗号告诉MATLAB显示结果，而分号则禁止结果显示。2、常用数学函数abs,sin,cos,tan,asin,acos,atan,sqrt,exp,imag,real
6、,sign,log,log10,conj（共扼复数）等 五、MATLAB的工作空间1、MATLAB工作空间包含可在命令窗口调整的参数nwho：显示当前工作空间中所有变量的一个简单列表控制系统计算机仿真工具第第8章章8nwhos：则列出变量的大小、数据格式等详细信息nclear：清除工作空间中所有的变量nclear 变量名：清除指定的变量2、保存和载入workspace（1）save filename variablesn将变量列表variables所列出的变量保存到磁盘文件filename中nVariables所表示的变量列表中，不能用逗号，各个不同的变量之间只能用空格来分隔。n未列出vari
7、ables时，表示将当前工作空间中所有变量都保持到磁盘文件中。n缺省的磁盘文件扩展名为“.mat”，可以使用“-”定义不同的存储格式（ASCII、V4等）控制系统计算机仿真工具第第8章章9（2）load filename variablesn将以前用save命令保存的变量variables从磁盘文件中调入MATLAB工作空间。n用load 命令调入的变量，其名称为用save命令保存时的名称，取值也一样。nVariables所表示的变量列表中，不能用逗号，各个不同的变量之间只能用空格来分隔。n未列出variables时，表示将磁盘文件中的所有变量都调入工作空间。3、退出工作空间nquit 或 e
8、xit控制系统计算机仿真工具第第8章章10六、文件管理n文件管理的命令，包括列文件名、显示或删除文件、显示或改变当前目录等。（what、dir、type、delete、cd、which）nwhat：显示当前目录与matlab相关的文件及其路径。ndir：显示当前目录下所有的文件nwhich：显示某个文件的路径ncd path：由当前目录进入path目录ncd.：返回上一级目录ncd：显示当前目录ntype filename：在命令窗口中显示文件filenamendelete filename：删除文件filename控制系统计算机仿真工具第第8章章11七、使用帮助1、help命令，在命令窗口中
9、显示nMATLBA的所有函数都是以逻辑群组方式进行组织的，而MATLAB的目录结构就是以这些群组方式来编排的。nhelp matfun：矩阵函数数值线性代数nhelp general：通用命令nhelp graphics：通用图形函数nhelp elfun：基本的数学函数nhelp elmat：基本矩阵和矩阵操作nhelp datafun：数据分析和傅立叶变换函数nhelp ops：操作符和特殊字符控制系统计算机仿真工具第第8章章12nhelp polyfun：多项式和内插函数nhelp lang：语言结构和调试nhelp strfun：字符串函数nhelp control：控制系统工具箱函数
10、2、helpwin：帮助窗口3、helpdesk：帮助桌面，浏览器模式4、lookfor命令：返回包含指定关键词的那些项5、demo：打开示例窗口控制系统计算机仿真工具第第8章章13n矩阵生成可以使用纯数字（含复数），也可用变量（或者说采用一个表达式）。矩阵的元素直接排列在方括号内，行与行之间用分号隔开，每行内的元素使用空格或逗号隔开。大的矩阵可以用分行输入，回车键代表分号。y=2,4,53 6 8y=2 4 5 3 6 8一、矩阵的输入 MATLAB矩阵运算及多项式处理a=1;b=2;c=3;x=5 b c;a*b a+c c/bx=5.000 2.000 3.000 2.000 4.000
11、 1.5001、在命令窗口中输入14（1）用线性等间距生成向量矩阵（start:step:end）a=1:2:10a=1 3 5 7 9其中start为起始值，step为步长，end为终止值。当步长为1时可省略step参数；另外step也可以取负数。2、语句生成（2）a=linspace(n1,n2,n)在线性空间上，行矢量的值从n1到n2，数据个数为n，缺省n为100。a=linspace(1,10,10)a=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10控制系统计算机仿真工具第第8章章15（4）一些常用的特殊矩阵单位矩阵：eye(m,n);eye(m)零矩阵：zeros(m,n);zeros(m
12、)一矩阵：ones(m,n);ones(m)对角矩阵：对角元素向量 V=a1,a2,an A=diag(V)随机矩阵：rand(m,n)产生一个mn的均匀分别的随机矩阵（3）a=logspace(n1,n2,n)在对数空间上，行矢量的值从10n1到10n2，数据个数为n，缺省为50。指令为建立对数频域轴坐标提供了方便。a=logspace(1,3,3)a=10 100 1000控制系统计算机仿真工具第第8章章16eye(2,3)ans=1 0 0 0 1 0zeros(2,3)ones(2,3)V=5 7 2;A=diag(V)eye(2)ans=1 0 0 1zeros(2)ans=0 0
13、0 0ones(2)ans=1 1 1 1如果已知A为方阵，则V=diag(A)可以提取A的对角元素构成向量V。控制系统计算机仿真工具第第8章章171、转置：对于实矩阵用（）符号或（.）求转置结果是一样的；然而对于含复数的矩阵，则（）将同时对复数进行共轭处理，而（.）则只是将其排列形式进行转置。a=1 2 3;4 5 6a=1 4 2 5 3 6a=1 2 3;4 5 6.a=1 4 2 5 3 6b=1+2i 2-7ib=1.0000-2.0000i 2.0000+7.0000ib=1+2i 2-7i.b=1.0000+2.0000i 2.0000-7.0000i二、矩阵的运算控制系统计算机
14、仿真工具第第8章章18+；-；*；和/；.*；.；./；.如：a=1 2;3 4；b=3 5;5 9c=a+b d=a-ba*b=13 23;29 51a/b=-0.50 0.50;3.50 1.50ab=-1-1;2 3a3=37 54;81 118a.*b=3 10;15 36a./b=0.33 0.40;0.60 0.44a.b=3.00 2.50;1.67 2.25a.3=1 8;27 642、四则运算与幂运算只有维数相同的矩阵才能进行加减运算。注意只有当两个矩阵中前一个矩阵的列数和后一个矩阵的行数相同时，才可以进行乘法运算。ab运算等效于求a*x=b的解；而a/b等效于求x*b=a的
15、解。只有方阵才可以求幂。点运算是两个维数相同矩阵对应元素之间的运算，在有的教材中也定义为数组运算。控制系统计算机仿真工具第第8章章193、逆矩阵与行列式计算求逆：inv(A)；求行列式：det(A)要求矩阵必须为方阵4、了解矩阵超越函数在MATLAB中exp、sqrt等命令也可以作用到矩阵上，但这种运算是定义在矩阵的单个元素上的，即分别对矩阵的每一个元素进行计算。超越数学函数可以在函数后加上m而成为矩阵的超越函数，例如：expm,sqrtm。矩阵的超越函数要求运算矩阵为方阵。a=1 2 3;4 5 6;2 3 5;b=inv(a)det(a)ans=-3控制系统计算机仿真工具第第8章章20nA
16、(m,n)：提取第m行，第n列元素 A(:,n)：提取第n列元素 A(m,:)：提取第m行元素 A(m1:m2,n1:n2)：提取第m1行到第m2行和第n1列到第n2列的所有元素。nA(:)：得到一个长列矢量，元素按矩阵的列进行排列。n矩阵扩展：在原阵不存在的位置上设定一个数，则该矩阵会自动扩展行列数，并在该位置上添加这个数，而且在其他没有指定的位置补零。n消除子块：将矩阵子块赋值为空阵 。三、矩阵的操作1、矩阵下标MATLAB通过确认矩阵下标，可以对矩阵进行插入子块，提取子块和重排子块的操作。控制系统计算机仿真工具第第8章章212、矩阵的大小nm,n=size(A,x)：返回矩阵的行列数m与
17、n，当x=1，则只返回行数m，当x=2，则只返回列数n。nlength(A)=max(size(A)：返回行数或列数的最大值。nrank(A)：求矩阵的秩a=1 2 3;3 4 5;m,n=size(a)3、了解矩阵操作函数：flipud；fliplr；rot90length(a)max(size(a)rank(a)控制系统计算机仿真工具第第8章章22n在MATLAB中，多项式使用降幂系数的行向量表示，如：多项式p=poly(r)四、多项式处理（1）多项式的建立与表示方法r=roots(p)表示为：p=1-12 0 25 116，使用函数roots可以求出多项式等于0的根，根用列向量表示。若已
18、知多项式等于0的根，函数poly可以求出相应多项式。控制系统计算机仿真工具第第8章章23（2）多项式的运算相乘conva=1 2 3;b=1 2 c=conv(a,b)=1 4 7 6conv指令可以嵌套使用，如conv(conv(a,b),c)相除deconvq,r=deconv(c,b)q=1 2 3 商多项式r=0 0 0 余多项式求多项式的微分多项式polyderpolyder(a)=2 2求多项式函数值polyval(p,n)：将值n代入多项式求解。polyval(a,2)=11控制系统计算机仿真工具第第8章章24（3）*多项式的拟合n多项式拟合又称为曲线拟合，其目的就是在众多的样本
19、点中进行拟合，找出满足样本点分布的多项式。这在分析实验数据，将实验数据做解析描述时非常有用。n命令格式：p=polyfit(x,y,n)，其中x和y为样本点向量，n为所求多项式的阶数，p为求出的多项式。（4）*多项式插值n多项式插值是指根据给定的有限个样本点，产生另外的估计点以达到数据更为平滑的效果。该技巧在信号处理与图像处理上应用广泛。控制系统计算机仿真工具第第8章章25n所用指令有一维的interp1、二维的interp2、三维的interp3。这些指令分别有不同的方法（method），设计者可以根据需要选择适当的方法，以满足系统属性的要求。Help polyfun可以得到更详细的内容。y
20、=interp1(xs,ys,x,method)n在有限样本点向量xs与ys中，插值产生向量x和y，所用方法定义在method中，有4种选择：nnearest：执行速度最快，输出结果为直角转折nlinear：默认值，在样本点上斜率变化很大nspline：最花时间，但输出结果也最平滑ncubic：最占内存，输出结果与spline差不多控制系统计算机仿真工具第第8章章26五*、MATLAB数据处理1、矩阵分解（1）奇异值分解U,S,V=svd(A)例：a=9 8 6 8可以验证：u*u=Iv*v=Iu*s*v=a求矩阵A的奇异值及分解矩阵，满足U*S*V=A，其中U、V矩阵为正交矩阵（U*U=I）
21、，S矩阵为对角矩阵，它的对角元素即A矩阵的奇异值。u,s,v=svd(a)u=0.7705 -0.6375 0.6375 0.7705s=15.5765 0 0 1.5408v=0.6907 -0.7231 0.7231 0.6907控制系统计算机仿真工具第第8章章27（2）特征值分解V,D=eig(A)例：a=9 8 6 8v,d=eig(a)v=0.7787 -0.7320 0.6274 0.6813d=15.4462 0 0 1.5538求矩阵A的特征向量V及特征值D，满足A*V=V*D。其中D的对角线元素为特征值，V的列为对应的特征向量。如果D=eig(A)则只返回特征值。可以验证：A
22、*V=V*D控制系统计算机仿真工具第第8章章28（3）正交分解Q,R=qr(A)例：a=9 8 6 8q,r=qr(a)q=-0.8321 -0.5547 -0.5547 0.8321r=-10.8167 -11.0940 0 2.2188将矩阵A做正交化分解，使得Q*R=A，其中Q为正交矩阵（其范数为1，指令norm(Q)=1)，R为对角化的上三角矩阵。norm(q)ans=1q*rans=9.0000 8.0000 6.0000 8.0000控制系统计算机仿真工具第第8章章29（4）三角分解L,U=lu(A)n将A做对角线分解，使得A=L*U,其中L为下三角矩阵，U为上三角矩阵。n注意：L
23、实际上是一个“心理上”的下三角矩阵，它事实上是一个置换矩阵P的逆矩阵与一个真正下三角矩阵L1（其对角线元素为1）的乘积。L1,U1,P=lu(A)例：a=1 2 3;4 5 6;7 8 9 比较：l1,u1,p=lu(a)l,u=lu(a)控制系统计算机仿真工具第第8章章30l1=1.00 0 0 0.14 1.00 0 0.57 0.50 1.00u1=7.00 8.00 9.00 0 0.86 1.71 0 0 0.00p=0 0 1 1 0 0 0 1 0l=0.14 1.00 0 0.57 0.50 1.00 1.00 0 0u=7.00 8.00 9.00 0 0.86 1.71 0
24、 0 0.00可以验证：u1=u，inv(p)*l1=la=l*up*a=l1*u1控制系统计算机仿真工具第第8章章312*、数据分析（1）绘制函数图形：fplot()（2）求极值：fmin,fmins（3）求零点：寻找一维函数的过零点fzero()（4）频谱分析（fft）：y=FFT(x)；unwrap()；abs；angle画出幅频和相频曲线（5）了解数据分析函数：max,min,mean,sum,prod等（6）了解积分运算：trap2,quad,quad83*、常微分方程数值解t,x=ode23(xfun,t0,tf,x0,tol)t,x=ode45(xfun,t0,tf,x0,tol
25、)控制系统计算机仿真工具第第8章章32绘图简介nMATLAB提供了丰富的绘图功能下面介绍常用的二维图形命令1、基本的绘图命令plot（x1,y1,option1,x2,y2,option2,）x1,y1给出的数据分别为x,y轴坐标值，option1为选项参数，以逐点连折线的方式绘制1个二维图形；同时类似地绘制第二个二维图形，等。这是plot命令的完全格式，在实际应用中可以根据需要进行简化。比如：plot(x,y)；plot(x,y,option)选项参数option定义了图形曲线的颜色、线型及标示符号，它由一对单引号括起来。控制系统计算机仿真工具第第8章章332、选择图像figure（1）；f
26、igure（2）；figure(n)打开不同的图形窗口，以便绘制不同的图形。3、grid on：在所画出的图形坐标中加入栅格 grid off：除去图形坐标中的栅格4、hold on：把当前图形保持在屏幕上不变，同时允许在这个坐标内绘制另外一个图形。hold off：使新图覆盖旧的图形控制系统计算机仿真工具第第8章章346、文字标示ntext(x,y,字符串)在指定坐标(x,y)处标示单引号括起来的字符串。ngtext(字符串)利用鼠标在图形的某一位置标示字符串。ntitle(字符串)在所画图形的最上端显示说明该图形标题的字符串。nxlabel(字符串)，ylabel(字符串)设置x，y坐标轴
27、的名称。n输入特殊的文字需要用反斜杠（）开头。7、legend(字符串1,字符串2,字符串n)n在屏幕上开启一个小视窗，然后依据绘图命令的先后次序，用对应的字符串区分图形上的线。5、设定轴的范围axis（xmin xmax ymin ymax）axis(equal)：将x坐标轴和y坐标轴的单位刻度大小调整为一样。控制系统计算机仿真工具第第8章章359、semilogx：绘制以x轴为对数坐标（以10为底），y轴为线性坐标的半对数坐标图形。semilogy：绘制以y轴为对数坐标（以10为底），x轴为线性坐标的半对数坐标图形。8、subplot（mnk）：分割图形显示窗口m:上下分割个数，n:左右分
28、割个数，k:子图编号10、了解应用型绘图指令：可用于数值统计分析或离散数据处理bax（x,y）；hist（y,x）stairs（x,y）；stem（x,y）控制系统计算机仿真工具第第8章章36n对于图形的属性编辑同样可以通过在图形窗口上直接进行。n但图形窗口关闭之后编辑结果不会保存10、一点补充说明控制系统计算机仿真工具第第8章章37一、MATLBA程序的基本设计原则1、后面的内容是程序的注解，要善用注解使程序更具可读性。2、主程序开头用clear指令清除变量，消除工作空间其他变量对程序运行的影响。但注意在子程序中不要用clear。3、参数值要集中放在程序的开始部分，以便维护。在语句行之后输入
29、分号使其及中间结果不在屏幕上显示，以提高执行速度。4、input指令用来输入临时数据；对于大量参数，则通过建立一个存储参数的子程序，在主程序中用子程序的名称来调用。5、程序尽量模块化，也就是采用主程序调用子程序的方法，将所有子程序合并在一起来执行全部的操作。6、充分利用Debugger来进行程序的调试并利用其他工具箱或图形用户界面（GUI）的设计技巧，将设计结果集成到一起。7、设置好MATLAB的工作路径，以便程序运行。MATLAB程序设计入门388、MATLAB程序的基本组成结构说明清除命令：清除workspace中的变量和图形（clear,close）定义变量：包括全局变量的声明及参数值的
30、设定逐行执行命令：指MATLAB提供的运算指令或工具箱 提供的专用命令控制循环 ：包含for,if then,switch,while等语句 逐行执行命令 end绘图命令：将运算结果绘制出来n当然更复杂程序还需要调用子程序，或与simulink以及其他应用程序结合起来。控制系统计算机仿真工具第第8章章39n进入MATLAB的Editor/Debugger窗口来编辑程序n在编辑环境中，文字的不同颜色显示表明文字的不同属性。绿色：注解；黑色：程序主体；红色：属性值的设定；蓝色：控制流程。n在运行程序之前，必须设置好MATLAB的工作路径，使得所要运行的程序及运行程序所需要的其他文件处在当前目录之下
31、，只有这样，才可以使程序得以正常运行。否则可能导致无法读取某些系统文件或数据，从而程序无法执行。n通过cd指令在命令窗口中可以更改、显示当前工作路径。n通过路径浏览器（path browser）也可以进行设置二、M文件的编辑及MATLAB工作路径的设置控制系统计算机仿真工具第第8章章402、程序文件n以.m格式进行存取，包含一连串的MATLAB指令和必要的注解。需要在工作空间中创建并获取变量，也就是说处理的数据为命令窗口中的数据，没有输入参数，也不会返回参数。n程序运行时只需在工作空间中键入其名称即可。三、MATLAB的程序类型MATLAB的程序类型有三种，一种是在命令窗口下执行的脚本M文件；
32、另外一种是可以存取的M文件，也即程序文件；最后一种是函数（function）文件。1、脚本M文件在命令窗口中输入并执行，它所用的变量都要在工作空间中获取，不需要输入输出参数的调用，退出MATLAB后就释放了。控制系统计算机仿真工具第第8章章41（1）函数定义行（关键字function）nfunctionout1,out2,.=filename(in1,in2,.)n输入和输出（返回）的参数个数分别由nargin和nargout两个MATLAB保留的变量来给出。（2）第一行帮助行，以（%）开头，作为lookfor指令搜索的行（3）函数体说明及有关注解n以（%）开头，用以说明函数的作用及有关内容（
33、4）函数体语句n函数体内使用的除返回和输入变量这些在function语句中直接引用的变量以外的所有变量都是局部变量，如果希望这些中间变量成为在整个程序中都起作用的变量，则可以将它们设置为全局变量。3、函数文件 与在命令窗口中输入命令一样，函数接受输入参数，然后执行并输出结果。控制系统计算机仿真工具第第8章章421、子程序与主程序之间的数据是通过参数进行传递的，子程序应用主程序传递来的参数进行计算后，将结果返回主程序。四、声明子程序（函数程序）变量2、如果一个函数内的变量没有特别声明，那么这个变量只在函数内部使用，即为局部变量。如果两个或多个函数共用一个变量（或者说在子程序中也要用到主程序中的变
34、量，注意不是参数），那么可以用global来将它声明为全局变量。全局变量的使用可以减少参数传递，合理利用全局变量可以提高程序执行的效率。控制系统计算机仿真工具第第8章章43n字符串要用单引号并用括号括在里面。如：disp(text string)disp字符串显示命令 五、字符串及其宏命令在单引号里边的字符串可以作为矢量或矩阵的元素。使用disp命令或输入变量名就可以显示它们表示的字符串。如：a=this is a;text stringaa=this is a ;text string disp(aa)aa=this is a text string 控制系统计算机仿真工具第第8章章44n宏
35、是MATLAB语言用在常用命令部分的缩写。它可以被存储用于建立M文件的一部分。宏命令采用字符串，并使用eval命令去执行宏命令。下例是采用宏命令计算阶乘的例子。fct=prod(1:n);求10的阶乘n=10;eval(fct)六、常用的编程命令pause：停止m文件的执行直至有键按下。pause(n)将使程序暂停n秒。echo on/off：控制是否在屏幕上显示程序内容。keyboard：停止程序执行，把控制权交给键盘。输入return并回车后继续程序执行。x=input(prompt)：把输入的字符串作为提示符，等待使用者输入一个响应，然后把它赋值到x。控制系统计算机仿真工具第第8章章45
36、nMATLAB的运算符有三种类型：算术运算符、关系运算符、逻辑运算符。它们的处理顺序依次为算术运算符、关系运算符、逻辑运算符。在前面我们已经介绍例算术运算符，这里我们着重介绍后两种运算符。七、关系与逻辑运算符1、关系运算符假设有：A=1 2-1-5 B=0 2 3 1 小于 AB ans=0 0 1 1 A 大于 AB ans=1 0 0 0 A1 ans=0 1 0 0=小于等于 A=大于等于 A=B ans=1 1 0 0 =等于 A=B ans=0 1 0 0 ;A=1 ans=1 0 0 0=不等于 A=B ans=1 0 1 1;A=1 ans=0 1 1 1控制系统计算机仿真工具第
37、第8章章46 非 A=0 0 1 0 1=02、逻辑运算符注意：在处理逻辑运算时，运算元只有两个值即0和1，所以如果指定的数为0，MATLAB认为其为0，而任何数不等于0，则认为是1。设有：A=5-4 0-0.5 B=0 1 0 9&与 A&B=0 1 0 1 A&1=1 1 0 1|或 A|B=1 1 0 1 A|1=1 1 1 1控制系统计算机仿真工具第第8章章47n步长缺省值为1，可以在正实数或负实数范围内任意指定。对于正数，循环变量的值大于终止值时，循环结束；对于负数，循环变量的值小于终止值时，循环结束。循环结构可以嵌套使用。n书写格式不必太过于拘泥，在Editor编辑器中会自动进行处
38、理。八、程序流程控制1、for循环语句基本格式for 循环变量起始值：步长：终止值 循环体 end控制系统计算机仿真工具第第8章章482、while循环语句基本格式while 表达式 循环体 end若表达式为真，则执行循环体的内容，执行后再判断表达式是否为真，若不为真，则跳出循环体，向下继续执行。While循环和for循环的区别在于，while循环结构的循环体被执行的次数不是确定的，而for结构中循环体的执行次数是确定的。控制系统计算机仿真工具第第8章章493、if，else，elseif语句（1）if 逻辑表达式 执行语句 end当逻辑表达式的值为真时，执行该结构中的执行语句，执行完之后继续
39、向下进行；若为假，则跳过结构中的内容，向下执行。（2）if 逻辑表达式 （3）if 逻辑表达式1 执行语句1 执行语句1 else elseif 逻辑表达式2 执行语句2 执行语句2 end end if-else的执行方式为：如果逻辑表达式的值为真，则执行语句1，然后跳过语句2，向下执行；如果为假，则执行语句2，然后向下执行。if-elseif的执行方式为：如果逻辑表达式1的值为真，则执行语句1；如果为假，则判断逻辑表达式2，如果为真，则执行语句2，否则向下执行。控制系统计算机仿真工具第第8章章504、switch语句格式：switch 表达式（可以是标量或字符串）case 值1 语句1 c
40、ase 值2 语句2 .otherwise 语句3 end 执行方式：表达式的值和哪种情况(case)的值相同，就执行哪种情况中的语句，如果不同，则执行otherwise中的语句。格式中也可以不包括otherwise，这时如果表达式的值与列出的各种情况都不相同，则继续向下执行。控制系统计算机仿真工具第第8章章51SIMULINK仿真基础 在工程实际中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，则很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真。1990年，Math Works软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULA
41、B，该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段。但因其名字与当时比较著名的软件SIMULA类似，所以1992年正式将该软件更名为SIMULINK。SIMULINK的出现，给控制系统分析与设计带来了福音。顾名思义，该软件的名称表明了该系统的两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。52SIMULINK简介qSIMULINK是MATLAB软件的扩展，与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其
42、结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。q用户只需要知道模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。qSIMULINK的最新版本是SIMULINK4.0，MATLAB5.3里的版本为3.0版，它们的变化不大。一、什么是SIMULINK532、在MATLAB命令窗口中输入simulink结果是在桌面上出现一个用图标形式显示的Library:simulink的模块库窗口。二、SIMULINK的启动1、在MATLAB命令窗口中输入simul
43、ink结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。两种模块库窗口界面只是不同的显示形式，用户可以根据各人喜好进行选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易于初学者，但使用时会打开太多的子窗口。控制系统计算机仿真工具第第8章章54三、SIMULINK的模块库介绍SIMILINK模块库按功能进行分类，包括以下8类子库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模
44、块）Sinks（接收器模块）Sources（输入源模块）控制系统计算机仿真工具第第8章章551、连续模块（Continuous）continuous.mdlIntegrator：输入信号积分Derivative：输入信号微分State-Space：线性状态空间系统模型Transfer-Fcn：线性传递函数模型Zero-Pole：以零极点表示的传递函数模型Memory：存储上一时刻的状态值Transport Delay：输入信号延时一个固定时间再输出Variable Transport Delay：输入信号延时一个可变时间再输出控制系统计算机仿真工具第第8章章562、离散模块（Discrete）
45、discrete.mdlDiscrete-time Integrator：离散时间积分器Discrete Filter：IIR与FIR滤波器Discrete State-Space：离散状态空间系统模型Discrete Transfer-Fcn：离散传递函数模型Discrete Zero-Pole：以零极点表示的离散传递函数模型First-Order Hold：一阶采样和保持器Zero-Order Hold：零阶采样和保持器Unit Delay：一个采样周期的延时控制系统计算机仿真工具第第8章章573、Function&Tables（函数和平台模块）function.mdlFcn：用自定义的函
46、数（表达式）进行运算MATLAB Fcn：利用matlab的现有函数进行运算S-Function：调用自编的S函数的程序进行运算Look-Up Table：建立输入信号的查询表（线性峰值匹配）Look-Up Table(2-D)：建立两个输入信号的查询表（线性峰值匹配）控制系统计算机仿真工具第第8章章584、Math（数学模块）math.mdlSum：加减运算Product：乘运算Dot Product：点乘运算Gain：比例运算Math Function：包括指数函数、对数函数、求平方、开根号等常用数学函数Trigonometric Function：三角函数，包括正弦、余弦、正切等MinM
47、ax：最值运算Abs：取绝对值Sign：符号函数控制系统计算机仿真工具第第8章章59Logical Operator：逻辑运算Relational Operator：关系运算Complex to Magnitude-Angle：由复数输入转为幅值和相角输出Magnitude-Angle to Complex：由幅值和相角输入合成复数输出Complex to Real-Imag：由复数输入转为实部和虚部输出Real-Imag to Complex：由实部和虚部输入合成复数输出控制系统计算机仿真工具第第8章章605、Nonlinear（非线性模块）nonlinear.mdlSaturation：饱
48、和输出，让输出超过某一值时能够饱和。Relay：滞环比较器，限制输出值在某一范围内变化。Switch：开关选择，当第二个输入端大于临界值时，输出由第一个输入端而来，否则输出由第三个输入端而来。Manual Switch：手动选择开关控制系统计算机仿真工具第第8章章616、Signal&Systems（信号和系统模块）sigsys.mdlIn1：输入端。Out1：输出端。Mux：将多个单一输入转化为一个复合输出。Demux：将一个复合输入转化为多个单一输出。Ground：连接到没有连接到的输入端。Terminator：连接到没有连接到的输出端。SubSystem：建立新的封装（Mask）功能模块
49、控制系统计算机仿真工具第第8章章627、Sinks（接收器模块）sinks.mdlScope：示波器。XY Graph：显示二维图形。To Workspace：将输出写入MATLAB的工作空间。To File(.mat)：将输出写入数据文件。控制系统计算机仿真工具第第8章章638、Sources（输入源模块）sources.mdlConstant：常数信号。Clock：时钟信号。From Workspace：来自MATLAB的工作空间。From File(.mat)：来自数据文件。Pulse Generator：脉冲发生器。Repeating Sequence：重复信号。Signal Gene
50、rator：信号发生器，可以产生正弦、方波、锯齿波及随意波。Sine Wave：正弦波信号。Step：阶跃波信号。控制系统计算机仿真工具第第8章章64四、SIMULINK简单模型的建立及模型特点1、简单模型的建立 （1）建立模型窗口（2）将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口（3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型2、模型的特点q在SIMULINK里提供了许多如Scope的接收器模块，这使得用SIMULNK进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果。qSIMULINK的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层母系统。qSIMULINK提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系统的图标和