MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案仿真應(yīng)用

1、第二章數(shù)值計(jì)算MATLAB以矩陣為基本運(yùn)算”單元”。無論是數(shù)值矩陣還是符號(hào)矩陣，都不必事先定義維數(shù)大小，會(huì)根據(jù)用戶輸入的矩陣結(jié)構(gòu)自 動(dòng)配置，并在此后的運(yùn)算中按照根據(jù)正確的數(shù)學(xué)法則自動(dòng)調(diào)整矩陣的維數(shù)。2.1矩陣與數(shù)組運(yùn)算2.1.1矩陣的建立通常矩陣與數(shù)組的意義相同，都是指含有M行與N列數(shù)字的矩陣結(jié)構(gòu)。矩陣中的元素可以是實(shí)數(shù)或者復(fù)數(shù)。要用MATLAB進(jìn)行矩陣運(yùn)算，首先要將矩陣輸入到MATLAB中。下面給出兩種創(chuàng)建數(shù)值矩陣的直接輸入法。在輸入方式中，分號(hào)有三個(gè)作用：1、在“【】”方括號(hào)內(nèi)時(shí)，它是矩陣行間的分隔符。2、它可用作指令與指令間的分隔符。3、 當(dāng)它放在賦值指令后是，該指令執(zhí)行后的賦值結(jié)果將不

2、顯示在屏幕上。（指令中的pi代表圓周率n,i代表虛數(shù)單位且 匸.-1）有時(shí)候用所示的函數(shù)來生成矩陣，見下表所示。 基本矩陣函數(shù)功能描述ones產(chǎn)生全部兀素為1的矩陣eye產(chǎn)生單位矩陣repmat產(chǎn)生兀素區(qū)塊重復(fù)矩陣rand產(chǎn)生均勻分布隨機(jī)數(shù)矩陣randn產(chǎn)生正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)矩陣lin space產(chǎn)生線性等間距的列向量logspace產(chǎn)生對(duì)數(shù)等間距的列向量meshgrid產(chǎn)生用于3D-plots的X和Y數(shù)組zeros產(chǎn)生零矩陣基本矩陣信息size矩陣大小len gth向量長(zhǎng)度n dims數(shù)組的維度disp顯示數(shù)組或文字isempty檢測(cè)是否為空矩陣isequal檢測(cè)矩陣是否相等isnu meric

3、檢測(cè)是否為數(shù)值數(shù)組islogical檢測(cè)是否為邏輯數(shù)組logical將數(shù)值數(shù)組轉(zhuǎn)換為邏輯數(shù)組矩陣運(yùn)算操作函數(shù)功能描述reshape更改矩陣大小diag對(duì)數(shù)數(shù)組或矩陣tril取出矩陣的下三角部分triu取出矩陣的上三角部分fiplr將矩陣左右對(duì)調(diào)fipud將矩陣上下對(duì)調(diào)flipdim將矩陣沿特定方向?qū)φ{(diào)Rot90將矩陣旋轉(zhuǎn)90find找出非零兀素的下標(biāo)end最后兀素的下標(biāo)Sub2 ind將一組下標(biāo)值轉(zhuǎn)化為單個(gè)下標(biāo)In d2sub將相應(yīng)的下標(biāo)轉(zhuǎn)化為等價(jià)下標(biāo)陣列2.1.2矩陣與數(shù)組運(yùn)算兩種運(yùn)算指令形式和實(shí)質(zhì)的異同點(diǎn)見下表所示。1、數(shù)組四則運(yùn)算、乘法、轉(zhuǎn)置運(yùn)算符中的小黑點(diǎn)絕對(duì)不能遺漏，否則將不按數(shù)組運(yùn)

4、算規(guī) 則進(jìn)行運(yùn)算。2、無論執(zhí)行什么數(shù)組運(yùn)算，所得計(jì)算結(jié)果數(shù)組總是與參與運(yùn)算的數(shù)組維數(shù)同維3、要特別注意兩種運(yùn)算在乘、除和乘方等方面的本質(zhì)區(qū)別。 兩種運(yùn)算指令形式和實(shí)質(zhì)的異同點(diǎn)矩陣運(yùn)算指令指令含義矩陣共軛轉(zhuǎn)置矩陣相加矩陣相減2.2 數(shù)組函數(shù)與矩陣函數(shù)MATLAB所提供的函數(shù)有兩大類：一類是按數(shù)組運(yùn)算法則設(shè)計(jì)的，稱為數(shù)組函數(shù)，表示為f(.);另一類是按照矩陣運(yùn)算法則設(shè)計(jì)的，稱為矩陣函數(shù)，表示為funm(.)基本數(shù)組函數(shù)指令函數(shù)名稱功能函數(shù)名稱功能sinacossh反雙曲余眩cosata nh反雙曲正切tanacoth反雙曲余割cotasech反雙曲正割secacsch反雙曲余割2.4矩陣的分解MA

5、TLAB矩陣的分解包括三角分解、正交分解、奇異值分解和特征值分解。2.4.1三角分解矩陣的三角分解時(shí)一個(gè)方陣分解為兩個(gè)基本三角陣的乘積，其中一個(gè)三角陣為上三角陣， 另一個(gè)為下三角。通常稱為“LU分解，使用的算法是高斯消元法，主要用于簡(jiǎn)化大矩陣行列式值的計(jì)算過程、求逆矩陣陣和求解聯(lián)立方程組。MATLAB的當(dāng)前目錄在命令窗口中輸入cd指令，并按enter鍵確認(rèn)，即顯示有當(dāng)前MATLAB7工作所在目 錄。MATLAB幫助系統(tǒng)幫助窗口選擇主窗口中help MTALAB HELP指令，也可選擇主窗口中的“？ ”按鈕進(jìn)行聯(lián) 機(jī)幫助窗口。關(guān)閉幫助窗口，系統(tǒng)又將恢復(fù)原有的設(shè)置情況。在聯(lián)機(jī)幫助窗口中，左側(cè)部分為

6、幫助導(dǎo)向界面，右側(cè)為幫助顯示界面。幫助導(dǎo)向界面下側(cè)的4個(gè)標(biāo)簽分別為幫助主題（contents）、幫助索引（index）、幫助查詢（search）和聯(lián)機(jī)演示（demos）。1、幫助主題單擊contents標(biāo)簽，將顯示MATLAB的幫助內(nèi)容。2、幫助索引單擊index標(biāo)簽，將出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框。在search index for中輸入用戶需要查找的內(nèi)容，則右側(cè)窗口中顯示該命令相關(guān)的信息。3、幫助搜索單擊search標(biāo)簽，在search for下拉列表框中選擇或輸入文件名，單擊go按鈕，就會(huì)在右側(cè)窗口中輸出關(guān)于該文件的相關(guān)信息。4、聯(lián)機(jī)演示 幫助查詢當(dāng)用戶對(duì)有一定的了解后，可在命令窗口中直接輸入命令來獲

7、得相關(guān)的幫助信息，這種獲 取方式更聯(lián)機(jī)幫助更為快捷。在指令窗口中獲取幫助信息的主要指令為help函數(shù)和lookfor函數(shù)。1、help函1Help函數(shù)有4種用法，分別是help、help+函數(shù)名、helpdesk和helpwin。（1）help指令。在指令窗口中直接輸入help指令，會(huì)顯示當(dāng)前幫助系統(tǒng)中所包含的所有 工程。需要注意的是用戶在輸入該指令后，指令窗口只顯示當(dāng)前搜索路徑中的所有目錄名稱。（2）Help+函數(shù)名。當(dāng)用戶知道某個(gè)函數(shù)名稱，如果想了解該函數(shù)的具體用法，只需在指 令窗口中輸入help+函數(shù)名。同樣，當(dāng)用戶想知道某一函數(shù)類型的具體用法，只需在指令窗口中輸入help+函數(shù)類名即可

8、。2、look for函數(shù)一般來說，當(dāng)用戶知道某個(gè)函數(shù)的具體名稱時(shí)，可以使用help函數(shù)尋找到相關(guān)的幫助信息。但是對(duì)于初學(xué)者來說，往往不知道函數(shù)的確切名稱，在這種情況下，help函數(shù)就無能為力。在使用此函數(shù)時(shí)，用戶只需知道某個(gè)函數(shù)的部分關(guān)鍵字，字啊命令窗口中輸入look foe+關(guān)鍵字就可以很方便的實(shí)現(xiàn)查找。MATLAB 程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M文件的創(chuàng)建和許多程序語言一樣，MATLAB程序也可以用一般的文字編輯器來編寫， 如WORD， 記 事本等。 在MATLAB的命令窗口中可以輸入edit，打開MATLAB的文本編輯器來編輯M文件。也可以用鼠標(biāo)在工具條上點(diǎn)擊file菜單，選擇new中的M-f

9、ile。M文件有兩種形式，一種為腳本式，另一種是函數(shù)式。腳本文件就好像DOS下的批處理文件，這種程序包含了一連串的MATLAB命令。當(dāng)用戶要運(yùn)行的MTLAB指令較多時(shí)，直接從鍵盤上可以輸入，但是比較麻煩，而這種腳本文件可以較好的解決這一問題。用戶可 以將一組相關(guān)命令編輯在同一個(gè)M文件中，運(yùn)行時(shí)只要輸入文件名，MATLAB就會(huì)自動(dòng)按順序執(zhí)行文件中的命令。而函數(shù)文件的第一句可執(zhí)行的語句是以Function引導(dǎo)的定義語句，在函數(shù)文件中變量都是局部變量。兩種M文件的比較見表。M文件腳本文件函數(shù)文件參數(shù)沒有輸入?yún)?shù)，也沒有返回 參數(shù)可以接受和返回參數(shù)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)即為腳本中的數(shù) 據(jù)函數(shù)里的變量為局部變量， 但可以設(shè)外部變量應(yīng)用經(jīng)常用在一連串費(fèi)時(shí)的指令 上擴(kuò)充MATLAB函數(shù)