虛擬儀器應(yīng)用技術(shù)

虛擬儀器應(yīng)用技術(shù)

1有關(guān)信息教師：吳恩啟Email:課件下載及信息發(fā)布：

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作業(yè)上傳：教材：Matlab7.0編程基礎(chǔ)LabView8.2基礎(chǔ)教程學(xué)分：２學(xué)分

總學(xué)時(shí)數(shù)：學(xué)時(shí)（上課12,上機(jī)和試驗(yàn)20）上課時(shí)間：周二5-6節(jié)上課地點(diǎn)：3-2132023-06-032課程主要內(nèi)容第一章：MATLAB入門第二章：圖形與可視化第三章：Simulink仿真第四章：Labview1第五章：Labview2第六章：Labview32023-06-033第一章MATLAB入門2023-06-034主要內(nèi)容1.1MATLAB簡(jiǎn)介1.2MATLAB的變量與函數(shù)1.3矩陣運(yùn)算1.4M文件1.5多項(xiàng)式運(yùn)算1.6控制語(yǔ)句與邏輯運(yùn)算1.7曲線擬合與插值1.8符號(hào)運(yùn)算2023-06-0351.MATLAB的概況MATLAB是Matrix

Laboratory。

功能具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算文字處理-Notebook可視化建模仿真實(shí)時(shí)控制1.1MATLAB簡(jiǎn)介2023-06-0361.MATLAB的概況MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C,FORTRAN等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多.MATLAB包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox).工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包.功能工具包用來(lái)擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)計(jì)算,可視化建模仿真,文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能.學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包,控制工具包,信號(hào)處理工具包,通信工具包等都屬于此類1.1MATLAB簡(jiǎn)介2023-06-0372.MATLAB產(chǎn)生的歷史背景

在70年代中期,CleveMoler博士和其同事在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金的資助下開發(fā)了調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫(kù).EISPACK是特征值求解的FOETRAN程序庫(kù),LINPACK是解線性方程的程序庫(kù).在當(dāng)時(shí),這兩個(gè)程序庫(kù)代表矩陣運(yùn)算的最高水平.到70年代后期,身為美國(guó)NewMexico大學(xué)計(jì)算機(jī)系系主任的CleveMoler,在給學(xué)生講授線性代數(shù)課程時(shí),想教學(xué)生使用EISPACK和LINPACK程序庫(kù),但他發(fā)現(xiàn)學(xué)生用FORTRAN編寫接口程序很費(fèi)時(shí)間,于是他開始自己動(dòng)手,利用業(yè)余時(shí)間為學(xué)生編寫EISPACK和LINPACK的接口程序.CleveMoler給這個(gè)接口程序取名為MATLAB,該名為matrix和labotatory兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合.

1983年春天,CleveMoler到Standford大學(xué)講學(xué),MATLAB深深地吸引了工程師JohnLittle.JohnLittle敏銳地覺察到MATLAB在工程領(lǐng)域的廣闊前景.同年,他和CleveMoler,SteveBangert一起,用C語(yǔ)言開發(fā)了第二代專業(yè)版.這一代的MATLAB語(yǔ)言同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)圖示化的功能.

1984年,CleveMoler和JohnLittle成立了MathWorks公司,正式把MATLAB推向市場(chǎng),并繼續(xù)進(jìn)行MATLAB的研究和開發(fā)，推出第一版。1.1MATLAB簡(jiǎn)介2023-06-03819851.019862.0（含控制系統(tǒng)工具箱）19883.9

19934.0（含Simulink1.0）告別DOS

19944.2(含simulink2.0)

19975.0

19995.3

20006.0（含Simulink4.0）

20016.1（含Simulink4.1）

20036.520047.0

20077.5（release2007a）20087.6（release2008a）每半年出一新版本每年3月的就是200xa，9月10月出的是200xb1.1MATLAB簡(jiǎn)介2023-06-0393.MATLAB特點(diǎn)：起點(diǎn)高1.1MATLAB簡(jiǎn)介每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它可以有n×m個(gè)元素；每個(gè)元素都看作復(fù)數(shù)，比其它語(yǔ)言優(yōu)越；所有的運(yùn)算都對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)有效。2023-06-03103.MATLAB特點(diǎn)：起點(diǎn)高人機(jī)界面適合科技人員1.1MATLAB簡(jiǎn)介語(yǔ)言規(guī)則與筆算式相似：MATLAB的程序與科技人員的書寫習(xí)慣相近，因此易寫易讀，易于在科技人員之間交流。矩陣行數(shù)、列數(shù)無(wú)需定義：若要輸入一個(gè)矩陣，在其它語(yǔ)言編程時(shí)必須先定義相應(yīng)的階數(shù)，而用MATLAB語(yǔ)言則不必有階數(shù)的定義語(yǔ)句，輸入數(shù)據(jù)的行列數(shù)就決定了它的階數(shù)。鍵入算式立即得結(jié)果，無(wú)需編譯：MATLAB是以解釋方式工作的，即它對(duì)每條語(yǔ)句解釋后立即執(zhí)行。若有錯(cuò)誤也立即作出反應(yīng)，便于編程者馬上改正。這都大大減輕了編程和調(diào)試的工作量。2023-06-03113.MATLAB特點(diǎn)：起點(diǎn)高人機(jī)界面適合科技人員強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的作圖功能1.1MATLAB簡(jiǎn)介能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖；能在多種坐標(biāo)系下繪圖；能繪制三維坐標(biāo)系中的曲線和曲面；可以設(shè)置不同顏色、線形、觀看視角等。2023-06-03123.MATLAB特點(diǎn)：起點(diǎn)高人機(jī)界面適合科技人員強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的作圖功能智能化程度高

1.1MATLAB簡(jiǎn)介繪圖時(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)以及按輸入輸出變量元數(shù)自動(dòng)選擇算法等；做數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長(zhǎng)；自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序出錯(cuò)的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。2023-06-03133.MATLAB特點(diǎn)：起點(diǎn)高人機(jī)界面適合科技人員強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的作圖功能智能化程度高功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)

1.1MATLAB簡(jiǎn)介MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴(kuò)展部分。基本部分包括：矩陣的運(yùn)算和各種變換，代數(shù)和超越函數(shù)的求解，數(shù)據(jù)處理和傅立葉變換，數(shù)值積分等，可以滿足大學(xué)理工科本科的計(jì)算需要。擴(kuò)展部分稱為工具箱。它實(shí)際上是用MATLAB的基本語(yǔ)句編成的各種子程序集，用于解決某一方面的專業(yè)問(wèn)題，或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法?，F(xiàn)在已經(jīng)有通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、2023-06-03141.1MATLAB簡(jiǎn)介4.MATLAB指令窗界面：p92023-06-03151.1MATLAB簡(jiǎn)介4.MATLAB指令窗是用戶和matlab交互的工具，直接運(yùn)行函數(shù)運(yùn)算。如計(jì)算：7×23，直接輸入7*2^3回車，則輸出計(jì)算結(jié)果ans=56使用“↑”可調(diào)出歷史指令，以便重新運(yùn)算或修改。2023-06-03161.1MATLAB簡(jiǎn)介4.MATLAB指令窗通用指令：p15顯示控制：菜單→preferences→commandwindow進(jìn)行修改標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的含義：p172023-06-03171.1MATLAB簡(jiǎn)介5.M文件為了替代MATLAB提示符輸入命令語(yǔ)句，可以把命令組寫成文本文件。用戶可以輸入這個(gè)文本文件名和它的自變量，文件的命令就會(huì)被執(zhí)行。新建M文件工具欄—File->new->M-flie命令窗口：edit打開M文件工具欄—菜單：保存M文件：M文件界面中?建立一個(gè)M文件，內(nèi)容f=7*2^3。比較和指令窗的區(qū)別2023-06-03181.1MATLAB簡(jiǎn)介6.Matlab工作空間指運(yùn)行matlab的函數(shù)或指令所生成的所有變量和matlab提供的常量構(gòu)成的空間。比較抽象。打開matlab自動(dòng)創(chuàng)建，關(guān)閉matlab后自動(dòng)消失。who：查看當(dāng)前工作空間變量，只給出變量名；whos：查看當(dāng)前工作空間變量，給出詳細(xì)信息clear：清除工作空間變量。workspace：顯示、編輯變量2023-06-03191.變量命名規(guī)則：區(qū)分大小寫不超過(guò)63個(gè)字符，超過(guò)的字符將被忽略必須字母打頭，不含有空格和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)不能和特殊變量重名2.注釋和標(biāo)點(diǎn)注釋：%后的文字是說(shuō)明文字，不能被執(zhí)行標(biāo)點(diǎn)：（；不顯示）（，顯示）要采用英文下的標(biāo)點(diǎn)3.復(fù)數(shù)表示：a+bi;sqrt（－x）其中x為正實(shí)數(shù)用real,imag,abs,angle可分別求出復(fù)數(shù)的實(shí)部,虛部,幅值,相角4.常用數(shù)學(xué)函數(shù):p391.2Matlab的變量與函數(shù)2023-06-03201.矩陣表示矩陣用[]表示，元素間用空格或逗號(hào)隔開，行用分號(hào)隔開A1=[123]A2=[123;456;789]轉(zhuǎn)置A3=A2'2.矩陣大小查詢查詢矩陣的行數(shù)和列數(shù)[m,n]=size(A1)矩陣最大維數(shù)：m=length(A1)元素的查找：

[i,j]=find(A>3)%找出矩陣元素中大于３的元素的位置

K=find(abs(A)>1)%找出A中絕對(duì)值大于1的元素3.矩陣的塊操作:元素更改，插入子塊，提取子塊，擴(kuò)大維數(shù)等1.3矩陣運(yùn)算2023-06-03214.矩陣運(yùn)算加減：相加減的矩陣的行數(shù)和列數(shù)應(yīng)該都相等乘:

A*B,%A的列數(shù)應(yīng)等于B的行數(shù)除：左除A\B,B為方矩陣,AB的列數(shù)相等右除A/B,A為方矩陣,AB的行數(shù)相等1.3矩陣運(yùn)算小竅門：如何修改matlab默認(rèn)路徑？右鍵點(diǎn)擊桌面程序快捷圖標(biāo)，選擇屬性，在起始位置上輸入新的默認(rèn)路徑EX1:matrix_cal.m2023-06-03225.解方程組

寫成矩陣形式AX=B左除求解：X=A\B1.3矩陣運(yùn)算EX2:equation.m2023-06-03231.多項(xiàng)式的表示：P(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e表示為p=[abcde]2.求根及逆運(yùn)算

r=roots(p)p=poly(r)3.加、減、乘P1+p2,p1-p2,conv(p1,p2)4.微分

polyder(p)EX3:ploy-cal.m1.5多項(xiàng)式運(yùn)算2023-06-03241.循環(huán)語(yǔ)句：1)for…(循環(huán)變量)end以固定的次數(shù)求一組命令的值，滿足次數(shù)才結(jié)束。2)while以不定次數(shù)求一組命令的值，滿足給定的條件就結(jié)束。2.條件語(yǔ)句：

if….end；if…else…end滿足條件就執(zhí)行命令1.6控制語(yǔ)句與邏輯運(yùn)算2023-06-03253.關(guān)系運(yùn)算

>,<，>=,<=,==4.邏輯運(yùn)算＆（與），｜（或），～（非）5.字符運(yùn)算字符串用單引號(hào)括起來(lái)字符串轉(zhuǎn)換函數(shù)：p142表5-1Ex4:計(jì)算contol-cal.m1.6控制語(yǔ)句與邏輯運(yùn)算2023-06-03261.曲線擬合：在大量的應(yīng)用領(lǐng)域中，人們經(jīng)常面臨用一個(gè)解析函數(shù)描述數(shù)據(jù)(通常是測(cè)量值)的任務(wù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題人們?cè)O(shè)法找出某條光滑曲線，它最佳地?cái)M合數(shù)據(jù)，但不必要經(jīng)過(guò)任何數(shù)據(jù)點(diǎn)。多項(xiàng)式函數(shù)擬合：a=polyfit(xdata,ydata,n)

其中n表示多項(xiàng)式的最高階數(shù)，xdata，ydata為將要擬合的數(shù)據(jù)，它是用數(shù)組的方式輸入．輸出參數(shù)a為擬合多項(xiàng)式的系數(shù)多項(xiàng)式在x處的值y可用下面程序計(jì)算

y=polyval(a,x)

Ex5:fit-cal1.7曲線擬合與插值2023-06-03272.插值：在離散數(shù)據(jù)之間補(bǔ)充一些數(shù)據(jù),使這組離散數(shù)據(jù)能夠符合某個(gè)連續(xù)函數(shù)一維插值：對(duì)一個(gè)自變量的插值

interp1(x,y,xi,’method’)

x,y:給定的數(shù)組xi：要插值的位置method：nearest（臨近點(diǎn)插值）,Linear(線性－缺省),Spline(三次樣條),Cubic(立方插值)Ex6:interp_cal_11.7曲線擬合與插值運(yùn)算時(shí)間

占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存

光滑程度

快

少

差稍長(zhǎng)

較多

稍好最長(zhǎng)

較多

最好較長(zhǎng)

多

較好2023-06-03282.插值：在離散數(shù)據(jù)之間補(bǔ)充一些數(shù)據(jù),使這組離散數(shù)據(jù)能夠符合某個(gè)連續(xù)函數(shù)二維插值：對(duì)兩個(gè)自變量的插值，用于圖形圖象處理和三維曲線擬合等領(lǐng)域

interp2(x,y,z,xi,yi,’method’)method:nearest,linear,spline,cubic立方插值法，利用三次多項(xiàng)式函數(shù)作插值樣條插值法，利用分段三次多項(xiàng)式函數(shù)作插值，Ex7:interp-cal_2Ex8:interp-cal_31.7曲線擬合與插值2023-06-0329功能：多項(xiàng)式積分、微分，求解代數(shù)方程式等符號(hào)運(yùn)算與數(shù)值運(yùn)算的區(qū)別

數(shù)值運(yùn)算中必須先對(duì)變量賦值，然后才能參與運(yùn)算。

符號(hào)運(yùn)算無(wú)須事先對(duì)獨(dú)立變量賦值，運(yùn)算結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)的符號(hào)形式表達(dá)。1.8符號(hào)運(yùn)算2023-06-03301.符號(hào)表達(dá)式：包括數(shù)字、代數(shù)或有理運(yùn)算和符號(hào)變量的字符串，它不需要有預(yù)先確定的值就可以參與運(yùn)算。

y=sym(’cos(x)’)%聲明符號(hào)表達(dá)式

y=sym(2)%聲明符號(hào)常量

y=sym(’x^2-9=0’)%聲明符號(hào)方程

符號(hào)常量：數(shù)字及運(yùn)算f=sym(‘3*3’)y=single(f)%將符號(hào)表達(dá)式轉(zhuǎn)換為單精度數(shù)值y=double(f)%將符號(hào)表達(dá)式轉(zhuǎn)換為雙精度數(shù)值

符號(hào)變量：如果不做指定，一般將x或在字母表中靠近x的字符默認(rèn)為字符變量（i,j除外），

指定arg為變量：Syms

arg1.8符號(hào)運(yùn)算2023-06-03312.符號(hào)表達(dá)式運(yùn)算提取分子分母：[n,d]=numden(f)代數(shù)運(yùn)算：加symadd(f1,f2),減symsub(f1,f2),乘symmul(f1,f2),除symdiv(f1,f2),冪sympow(f1,f2)高級(jí)運(yùn)算：復(fù)合compose(f(x),g(x))