第1章Matlab語言系統(tǒng)

第一章

Matlab語言系統(tǒng)

Matlab與控制系統(tǒng)仿真

宋燕星防災(zāi)儀器系內(nèi)容Matlab語言概述Matlab操作入門

MATLAB語言的發(fā)展MATLAB的主要功能及應(yīng)用MATLAB的優(yōu)勢MATLAB工作環(huán)境認(rèn)識MATLAB的常用工具M(jìn)ATLAB的m文件與m函數(shù)Matlab語言概述

⑴MATLAB語言的發(fā)展Matlab與控制系統(tǒng)仿真⑵MATLAB的主要功能及應(yīng)用

⑶MATLAB的優(yōu)勢

（1）MATLAB語言的發(fā)展

Matlab語言是由美國的CleverMoler博士于1980年開發(fā)的。設(shè)計者的初衷是為解決“線性代數(shù)”課程的矩陣運算問題，取名MATLAB即MatrixLaboratory矩陣實驗室的意思。

MATLAB是由美國Mathworks公司于1984年正式推出的一種科學(xué)計算軟件。MATLAB的3.x(DOS)版本于1988年推出，隨后1992年推出了4.x(Windows)版本。隨著新版本的推出，MATLAB的擴(kuò)展函數(shù)越來越多，功能越來越強(qiáng)大。主要應(yīng)用于數(shù)學(xué)處理，像數(shù)值計算、信號處理、圖形生成等。（2）MATLAB的主要功能及應(yīng)用

1）．?dāng)?shù)值計算和符號計算功能3）．編程語言4）．MATLAB工具箱豐富的數(shù)值計算函數(shù)*對圖形句柄進(jìn)行的低層繪圖操作*建立在低層繪圖操作之上的高層繪圖操作2）．繪圖功能。具有程序結(jié)構(gòu)控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z言特征，而且簡單易學(xué)、編程效率高具有程序結(jié)構(gòu)控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z言特征，而且簡單易學(xué)、編程效率高主要功能

●數(shù)值分析●數(shù)值和符號計算●工程與科學(xué)繪圖●控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真●數(shù)字圖像處理技術(shù)●數(shù)字信號處理技術(shù)●通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真●財務(wù)與金融工程

應(yīng)用（3）MATLAB的優(yōu)勢

1）．友好的工作平臺和編程環(huán)境

3）．強(qiáng)大的科學(xué)計算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力

4）．出色的圖形處理功能

2）．簡單易用的程序語言

5）．應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱6）．實用的程序接口和發(fā)布平臺

7）．應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）

Matlab操作入門

⑴MATLAB工作環(huán)境認(rèn)識

Matlab與控制系統(tǒng)仿真⑵MATLAB的常用工具

(6)MATLAB的幫助系統(tǒng)

⑶MATLAB的m文件與m函數(shù)

(5)MATLAB的文件管理

(4)MATLAB的工作空間

（1）MATLAB工作環(huán)境認(rèn)識

工具欄分類幫助窗口歷史紀(jì)錄窗口命令窗口菜單欄File菜單項實現(xiàn)有關(guān)文件的操作。

菜單欄Edit菜單項用于命令窗口的編輯操作。

View菜單項用于設(shè)置MATLAB集成環(huán)境的顯示方式。

Debug菜單項用于MATLAB程序調(diào)試。

Desktop菜單項用于選擇軟件顯示窗口的設(shè)置。

Window菜單只包含一個子菜單CloseallDocuments，用于關(guān)閉所有打開的編輯器窗口，包括M-file、Figure、Model和GUI窗口。

Help菜單項用于提供幫助信息。

分類幫助窗口工作空間窗口（workspace）即變量空間，是MATLAB用于存儲各種變量和結(jié)果的內(nèi)存空間。在該窗口中顯示工作空間中所有變量的名稱、大小、字節(jié)數(shù)和變量類型說明，可對變量進(jìn)行觀察、編輯、保存和刪除。當(dāng)前路徑窗口(CurrentDirectory)主要顯示當(dāng)前工作在什么路徑下，包括M文件的打開路徑等。當(dāng)前路徑窗口允許用戶對MATLAB的路徑進(jìn)行查看和修改，如果修改了路徑會立即產(chǎn)生作用。通常啟動MATLAB之后的默認(rèn)當(dāng)前路徑是\MATLAB\work，如果不改變當(dāng)前目錄，用戶自己的工作空間和文件都將保存到該目錄。命令歷史窗口(CommandHistory)主要顯示曾經(jīng)在commandWindow窗口執(zhí)行過的命令。在默認(rèn)設(shè)置下，歷史記錄窗口中會自動保留自安裝起所有用過的命令的歷史記錄，并且還標(biāo)明了使用時間，從而方便用戶查詢。命令窗口（commandwindow）,是MATLAB的主要交互窗口，用于輸入命令并顯示除圖形以外的所有執(zhí)行結(jié)果。MATLAB命令窗口中的“>>”為命令提示符，表示MATLAB正在處于準(zhǔn)備狀態(tài)。在命令提示符后鍵入命令并按下回車鍵后，MATLAB就會解釋執(zhí)行所輸入的命令，并在命令后面給出計算結(jié)果。（2）MATLAB的常用工具

常用工具箱

MatlabMainToolbox——matlab主工具箱

ControlSystemToolbox——控制系統(tǒng)工具箱

CommunicationToolbox——通訊工具箱

FinancialToolbox——財政金融工具箱

SystemIdentificationToolbox——系統(tǒng)辨識工具箱

FuzzyLogicToolbox——模糊邏輯工具箱

Higher-OrderSpectralAnalysisToolbox——高階譜分析工具箱

ImageProcessingToolbox——圖象處理工具箱

LMIControlToolbox——線性矩陣不等式工具箱

ModelpredictiveControlToolbox——模型預(yù)測控制工具箱

μ-AnalysisandSynthesisToolbox——μ分析工具箱

NeuralNetworkToolbox——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱

OptimizationToolbox——優(yōu)化工具箱

PartialDifferentialToolbox——偏微分方程工具箱

RobustControlToolbox——魯棒控制工具箱

SignalProcessingToolbox——信號處理工具箱

SplineToolbox——樣條工具箱

StatisticsToolbox——統(tǒng)計工具箱

SymbolicMathToolbox——符號數(shù)學(xué)工具箱

SimulinkToolbox——動態(tài)仿真工具箱

WaveleToolbox——小波工具箱

常用函數(shù)

Matlab內(nèi)部常數(shù):

eps：浮點相對精度

exp：自然對數(shù)的底數(shù)e

i或j：基本虛數(shù)單位

inf

或Inf：無限大，例如1/0

nan或NaN：非數(shù)值（Notanumber），例如0/0

pi：圓周率p（=3.1415926...）

realmax：系統(tǒng)所能表示的最大數(shù)值

realmin：系統(tǒng)所能表示的最小數(shù)值

nargin:函數(shù)的輸入引數(shù)個數(shù)

nargout:函數(shù)的輸出引數(shù)個數(shù)

lasterr：存放最新的錯誤信息

lastwarn：存放最新的警告信息MATLAB常用基本數(shù)學(xué)函數(shù)

abs(x)：純量的絕對值或向量的長度

angle(z)：復(fù)數(shù)z的相角(Phaseangle)

sqrt(x)：開平方

real(z)：復(fù)數(shù)z的實部

imag(z)：復(fù)數(shù)z的虛部

conj(z)：復(fù)數(shù)z的共軛復(fù)數(shù)

round(x)：四舍五入至最近整數(shù)

fix(x)：無論正負(fù)，舍去小數(shù)至最近整數(shù)

floor(x)：下取整，即舍去正小數(shù)至最近整數(shù)

ceil(x)：上取整，即加入正小數(shù)至最近整數(shù)

rat(x)：將實數(shù)x化為多項分?jǐn)?shù)展開

rats(x)：將實數(shù)x化為分?jǐn)?shù)表示

sign(x)：符號函數(shù)(Signumfunction)。當(dāng)x<0時，sign(x)=-1；當(dāng)x=0時，sign(x)=0;當(dāng)x>0時，sign(x)=1。

rem(x,y)：求x除以y的馀數(shù)

gcd(x,y)：整數(shù)x和y的最大公因數(shù)

lcm(x,y)：整數(shù)x和y的最小公倍數(shù)

exp(x)：自然指數(shù)

pow2(x)：2的指數(shù)

log(x)：以e為底的對數(shù)，即自然對數(shù)或

log2(x)：以2為底的對數(shù)

log10(x)：以10為底的對數(shù)

MATLAB常用三角函數(shù)

sin(x)：正弦函數(shù)

cos(x)：余弦函數(shù)

tan(x)：正切函數(shù)

asin(x)：反正弦函數(shù)

acos(x)：反余弦函數(shù)

atan(x)：反正切函數(shù)

atan2(x,y)：四象限的反正切函數(shù)

sinh(x)：雙曲正弦函數(shù)

cosh(x)：雙曲余弦函數(shù)

tanh(x)：雙曲正切函數(shù)

asinh(x)：反雙曲正弦函數(shù)

acosh(x)：反雙曲余弦函數(shù)

atanh(x)：反雙曲正切函數(shù)

適用于向量的常用函數(shù)有:

min(x):向量x的元素的最小值

max(x):向量x的元素的最大值

mean(x):向量x的元素的平均值

median(x):向量x的元素的中位數(shù)

std(x):向量x的元素的標(biāo)準(zhǔn)差

diff(x):向量x的相鄰元素的差

sort(x):對向量x的元素進(jìn)行排序（Sorting）

length(x):向量x的元素個數(shù)

norm(x):向量x的歐氏（Euclidean）長度

sum(x):向量x的元素總和

prod(x):向量x的元素總乘積

cumsum(x):向量x的累計元素總和

cumprod(x):向量x的累計元素總乘積

dot(x,y):向量x和y的內(nèi)積

cross(x,y):向量x和y的外積

MATLAB基本繪圖函數(shù)

plot:x軸和y軸均為線性刻度（Linearscale）

loglog:x軸和y軸均為對數(shù)刻度（Logarithmicscale）

semilogx:x軸為對數(shù)刻度，y軸為線性刻度

semilogy:x軸為線性刻度，y軸為對數(shù)刻度

plot繪圖函數(shù)的參數(shù)

字元顏色字元圖線型態(tài)

y黃色.點

k黑色o圓

w白色xx

b藍(lán)色++

g綠色**

r紅色-實線

c亮青色:點線

m錳紫色-.點虛線

--虛線

注解

xlabel('InputValue');%x軸注解

ylabel('FunctionValue');%y軸注解

title('TwoTrigonometricFunctions');%圖形標(biāo)題

legend('y=sin(x)','y=cos(x)');%圖形注解

gridon;%顯示格線二維繪圖函數(shù)

bar長條圖errorbar

圖形加上誤差范圍

polar極座標(biāo)圖hist

累計圖

rose極座標(biāo)累計圖stairs階梯圖

stem針狀圖fill實心圖

feather羽毛圖compass羅盤圖

quiver向量場圖fplot

較精確的函數(shù)圖形(3)MATLAB的m文件與m函數(shù)獨立的m文件不需要輸入輸出參數(shù)的帶有擴(kuò)展名.m的m文件

注釋文件執(zhí)行文件

M函數(shù)functiony=sinc(x)書寫格式：function[a1,a2….]=myfunction（b1,b2….）函數(shù)M文件需要相應(yīng)的輸入輸出。

（4）MATLAB的工作空間

1.一組可以在命令窗口中調(diào)整（調(diào)用）的參數(shù)：who：顯示當(dāng)前工作空間中所有變量的一個簡單列表whos：則列出變量的大小、數(shù)據(jù)格式等詳細(xì)信息clear

：清除工作空間中所有的變量clear

變量名：清除指定的變量 2.保存和載入workspace（1）savefilenamevariables將變量列表variables所列出的變量保存到磁盤文件filename中Variables所表示的變量列表中，不能用逗號，各個不同的變量之間只能用空格來分隔。未列出variables時，表示將當(dāng)前工作空間中所有變量都保持到磁盤文件中。缺省的磁盤文件擴(kuò)展名為“.mat”，可以使用“-”定義不同的存儲格式（ASCII、V4等）（2）loadfilenamevariables將以前用save命令保存的變量variables從磁盤文件中調(diào)入MATLAB工作空間。用load命令調(diào)入的變量，其名稱為用save命令保存時的名稱，取值也一樣。Variables所表示的變量列表中，不能用逗號，各個不同的變量之間只能用空格來分隔。未列出variables時，表示將磁盤文件中的所有變量都調(diào)入工作空間。3、退出工作空間quit

或exit（5）MATLAB的文件管理

文件管理的命令，包括列文件名、顯示或刪除文件、顯示或改變當(dāng)前目錄等。（what、dir、type、delete、cd、which）

what：顯示當(dāng)前目錄下所有與matlab相關(guān)的文件及它們的路徑。dir：顯示當(dāng)前目錄下所有的文件which：顯示某個文件的路徑

cdpath：由當(dāng)前目錄進(jìn)入path目錄

cd..：返回上一級目錄

cd：顯示當(dāng)前目錄

typefilename：在命令窗口中顯示文件filenamedeletefilename：刪除文件filename

（6）MATLAB的幫助系統(tǒng)

1.help命