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MATLAB 仿真实验

MATLAB 仿真实验. 通信于信息工程学院 电路实验中心 朱治国. 实验一. MATLAB 程序入门和基础应用 安装 启动 与退出 Matlab 的数值计算功能 Matlab 程序设计入门 Matlab 的符号运算功能 Matlab 的可视化功能. MATLAB 简介. MATLAB 是一套功能强大的工程技术人员必备的高端数学类科技应用软件 产生的背景： matlab 语言是由美国的 Clever Moler 博士于 1980 年开发的 , 设计者的初衷是为解决 “ 线性代数 ” 课程的矩阵运算问题

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MATLAB 仿真实验

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Presentation Transcript

  1. MATLAB仿真实验 通信于信息工程学院 电路实验中心 朱治国

  2. 实验一 • MATLAB 程序入门和基础应用 • 安装 启动 与退出 • Matlab的数值计算功能 • Matlab程序设计入门 • Matlab的符号运算功能 • Matlab 的可视化功能

  3. MATLAB简介 MATLAB是一套功能强大的工程技术人员必备的高端数学类科技应用软件 产生的背景： matlab语言是由美国的Clever Moler博士于1980年开发的,设计者的初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题 • MATLAB＝ matrix + laboratory 矩阵实验室

  4. 产生的历史 • 美国的mathwork公司于1984年推出

  5. 其DOS版本（MATLAB1.0）发行于1984年，到现在已经到了MATLAB7.X。 MATLAB已发展成为由MATLAB语言、MATLAB工作环境、MATLAB图形处理系统、MATLAB数学函数库和MATLAB应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统

  6. MATLAB基本功能 MATLAB具有一下基本功能： • 数值计算功能,矩阵运算功能 • 符号计算功能 • 图形处理集可视化功能 • 可视化建模集动态仿真功能

  7. 1、数值计算功能,矩阵运算功能 • MATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能，是基于矩阵运算的处理工具。 • 变量矩阵，运算矩阵的运算 • 例如 C = A + B ，A,B,C都是矩阵,是矩阵的加运算 • 即使一个常数，Y=5，MATLAB也看做是一个11的矩阵

  8. 2.符号运算功能 • 符号运算即用字符串进行数学分析 • 允许变量不赋值而参与运算 • 用于解代数方程、微积分、复合导数、积分、二重积分、有理函数、微分方程、泰乐级数展开、寻优等等，可求得解析符号解

  9. 3.丰富的绘图功能与计算结果的可视化 • 具有高层绘图功能——两维、三维绘图 • 具有底层绘图功能——句柄绘图 • 使用plot函数可随时将计算结果可视化

  10. 4.图形化程序编制功能 • 动态系统进行建模、仿真和分析的软件包 • 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

  11. 5.丰富的MATLAB工具箱 • MATLAB主工具箱 • 符号数学工具箱 • SIMULINK仿真工具箱 • 控制系统工具箱 • 信号处理工具箱 • 图象处理工具箱 • 通讯工具箱 • 系统辨识工具箱 • 神经元网络工具箱 • 金融工具箱

  12. 许多学科，在MATLAB中都有专用工具箱，现已有30多个工具箱，但MATLAB语言的扩展开发还远远没有结束，各学科的相互促进，将使得MATLAB更加强大许多学科，在MATLAB中都有专用工具箱，现已有30多个工具箱，但MATLAB语言的扩展开发还远远没有结束，各学科的相互促进，将使得MATLAB更加强大

  13. matlab能在各领域做什麽 • 工业研究与开发 • 数学教学，特别是线性代数 • 数值分析和科学计算方面的教学与研究 • 电子学、控制理论和物理学等工程和科学 学科方面的教学与研究 • 经济学、化学和生物学等计算问题的所有其他领域中的教学与研究

  14. MATLAB 工作环境 在工具栏下的大窗口就是MATLAB的主窗口，在大窗口里设置右4个小窗口(这是桌面平台的默认设置)： “Workspace”、 “Current Directory”、 “Command History”、 “Command Windows

  15. 如何使用帮助 • 每个软件的掌握过程就是好好看帮助文档的过程

  16. 例、用一个简单命令求解线性系统 3x1+ x2 - x3 = 3.6 x1+2x2+4x3 = 2.1 -x1+4x2+5x3 = -1.4 A=[3 1 -1;1 2 4;-1 4 5];b=[3.6;2.1;-1.4]; x=A\b x = 1.4818 -0.4606 0.3848

  17. 例、用简短命令计算并绘制在0x6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。例、用简短命令计算并绘制在0x6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。 • x=linspace(0,6) • y1=sin(2*x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2; • plot(x,y1,x, y2,x, y3)

  18. 用四种方法描述cos(x)*sin(y)图形

  19. 启动MATLAB • 开机执行程序 c:\matlab\bin\matlab.exe • 用鼠标双击matlab图标） 即可打开matlab命令平台

  20. 菜单项File，其功能如下 New 建立新文件 Open M-File 打开M-文件 Open selected 打开选定文件 Save Workspace As 将工作区存为 Run M-File 运行 M-文件 Look For Selected 寻找选定文件 Print 打印 Print Setup 打印设置 Exit MATLAB 退出 MATLAB

  21. MATLAB的工作方式 • 交互式的指令行工作方式和M文件的编程工作方式。前者适用于运算过程简单，几条指令即可完成运算的情况，在这种情况下，只需在命令窗口中逐条输入命令按回车即出现运算结果，比如在命令窗口中输入如下指令，然后按回车健： • [(24＋57)*39-88]/13 • 马上显示出如下答案： ans=236.2308 • 这是对于问题较简单的情况，但是当解决的问题变得庞大而复杂时，一次需要执行很多条指令，显然用交互式的指令工作方式直接逐条输入指令是不现实的，这就要用到后一种工作方式：M文件的编程工作方式。

  22. M文件的编程工作方式是在命令窗口中调用M文件，从而执行文件中的多条指令，M文件是由MATLAB命令行构成的文本文件，以.m为后缀名。当用户在命令窗口中输入M文件的文件名按回车后，系统将收索该文件并逐条执行该文件中的命令。它又分为两种形式：命令M文件和函数M文件，分别简称为命令文件和函数文件

  23. matlab与dos兼容命令 • 1.dir—可列出指定目录下的文件和子目录清单 • 例如: • Dir 可显示当前目录下的所有文件 • Dir c:\matlab • Dir c:\matlab\*.m

  24. 2.cd—可改变当前工作目录 • cd _ _ ——显示当前子目录 • cd c:\matlab\toolbox • cd _ . . ——退出当前子目录到上一级目录 • cd _\ ——回到根目录

  25. 3.type —可显示指定文件的 • 全部内容 • type myfile.m • 与dos下的用法完全一样

  26. 4.delete —删除指定文件 • del abc —删除当前目录下的abc文件 • del c:\matlab\aaa.m • 注意：只可删除用户文件，其它文件不要轻易删除，否则系统会瘫痪

  27. 基本概念 • 变量： • 以字母开头 • 可以由字母、数字和下划线混合组成 • 区分字母大、小写 • 字符长度不超过31个

  28. 系统默认的固定变量 • i • j • pi • inf

  29. 数值 • 每一个数组元素都是双精度表示和存储的 • 16位有效数字 • 默认为short格式 • 小数点后4位有效数字

  30. 矩阵 • 是matlab进行数据处理和运算的基本元素 • 大部分运算和命令都是在矩阵的意义进行的 • 仅有一行或一列的矩阵称为向量 • 学好线性代数

  31. 数组

  32. 函数 • 给用户提供了丰富且功能各异的函数 • 用户直接调用 • A＝sin（b）

  33. 运算符 • ＋ － * .* ^ .^ A\B a.\b A’ • 关系运算符 • 逻辑运算符 • 特殊运算符

  34. Matlab的语句

  35. 分号的作用： • 结尾加分号：将计算结果存入内存， 但不显示在屏幕上 结尾不加分号：将计算结果存入内存， 同时显示在屏幕上

  36. 矩阵的创建 • 直接输入 • 利用matlab内部函数 • 外部数据文件（*.mat）装载

  37. 向量的生成 • a＝m：n • a＝m：p：n

  38. 矩阵的下标 • A（i，j） 从1开始

  39. 矩阵运算和数组运算 • 加 • 减 • 矩阵乘 • 数组乘 • 矩阵除 • 数组除

  40. Matlab常用矩阵运算函数 • Size • Rand • Length • Pord • sum

  41. 关系运算和逻辑运算 • > < == >= <= ~= • & | ~

  42. Matlab符号运算功能 • sym

  43. MATLAB的符号运算功能 • 在数学运算中除了数值计算以外，在数学、物理、应用工程和科学方面的抽象运算，即计算式中带有x,y等符号变量、表达式的运算，也占有相当大的比例。1993年，MathWorks公司购得了主要针对符号运算的MAPLE使用权，并不断扩展符号运算功能，在MAPLE的基础上开发了在MATLAB环境下实现符号计算的工具包Symbolic Math Toolbox，使其具有了强大的符号运算功能

  44. 需要注意的是，在符号运算的整个过程中，所有的运算均是以符号进行的，即使以数字形式出现的量也是字符量。举一个简单的例子，在命令窗口中输入如下符号表达式按回车：需要注意的是，在符号运算的整个过程中，所有的运算均是以符号进行的，即使以数字形式出现的量也是字符量。举一个简单的例子，在命令窗口中输入如下符号表达式按回车： • f='sin(x/2)'; • dfdx=diff(f) • 显示如下结果： dfdx = 1/2*cos(1/2*x) • 上式是对sin(x/2)求导的过程，一切都是由符号变量和符号表达式完成，没有涉及到具体的数值运算，其中1/2也被当作是字符量

  45. 使用符号变量前先要进行定义，定义语句是：sym 或syms 变量名列表。前者定义一个单一的符号变量，后者可以一次定义多个符号变量。如下例： • sym a 定义a为符号变量 • syms a b c 定义a,b,c均为符号变量 • 符号表达式是由符号变量组成的一个表达式，符号方程是将一个符号表达式通过等号给一个符号变量。凡是用到sym命令的时候，表达式和方程式对空格都是敏感的，因此不要随意添加空格符到式中

  46. 符号表达式的创建 • 用sym命令直接创建符号表达式，这种创建方式不需要在前面有任何说明，使用快捷方便。例如： • f=sym(‘a+b+c’) • 在命令窗口中输入上述语句按回车键，出现以下结果:f= a+b+c。说明已成功将符号表达式a+b+c赋给变量f。

  47. ．按照普通书写方式创建符号表达式。它需要在具体创建一个符号表达式之前，将这个表达式所包含的全部符号变量创建完毕。例如：．按照普通书写方式创建符号表达式。它需要在具体创建一个符号表达式之前，将这个表达式所包含的全部符号变量创建完毕。例如： • syms a b c • f=a+b+c • 在命令窗口中输入上述语句后，也出现和上面相同的结果。创建符号表达式成功

  48. matlab 绘图 • ——matlab语言丰富的图形表现方法，使得数学计算结果可以方便地、多样性地实现了可视化，这是其它语言所不能比拟的。

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