计算机仿真与模拟0-概述.ppt

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1、1返回上一次计算机仿真与模拟计算机仿真与模拟2返回上一次参考教材参考教材nMatlab及在电子信息课程中的应用，陈怀及在电子信息课程中的应用，陈怀琛，电子工业出版社，琛，电子工业出版社，06.03nMatlab/simulink建模与仿真，张德丰，电建模与仿真，张德丰，电子工业出版，子工业出版，09.06nMatlab程序设计与应用，刘卫国，高等教程序设计与应用，刘卫国，高等教育出版社，育出版社，06.073返回上一次课程内容简介课程内容简介nMATLAB基础知识基础知识n基于基于MATLAB的数值运算的数值运算n利用利用MATLAB绘制图形绘制图形n利用利用MATLAB求解电路求解电路/信号

2、处理的问题信号处理的问题n动态系统仿真：动态系统仿真：Simulink基础基础n基于基于Simulink的建模与仿真的建模与仿真4返回上一次学会学会Matlab将让你将让你终生受益终生受益!为什么要学这门课？5返回上一次 学习学习MatlabMatlab的基的基本原因本原因n不希望学生在编程上花太多时间，课程目不希望学生在编程上花太多时间，课程目的不是学习编程的不是学习编程n社会化的运行带来的好处：合理利用可以社会化的运行带来的好处：合理利用可以节约大量的时间节约大量的时间n面向对象的思想带来巨大的好处面向对象的思想带来巨大的好处n紧密结合科学的前沿紧密结合科学的前沿nFrom BBS:博士论

3、文博士论文=Matlab+word 6返回上一次 Matlab的学习方法的学习方法n必须做大量的练习，熟悉其中的函数必须做大量的练习，熟悉其中的函数n联系和自己的课题相关，深刻的体会联系和自己的课题相关，深刻的体会n多看帮助文件，一本好的参考书多看帮助文件，一本好的参考书n会提问题，寻求大家的帮助会提问题，寻求大家的帮助n记住：记住：Matlab可以做很多事情可以做很多事情7返回上一次 概述概述 MATLAB基本使用基本使用 MATLAB的基本矩阵分析的基本矩阵分析 矩阵操作矩阵操作 流程控制流程控制MATLAB基础基础8返回上一次一、一、概述概述nMATLAB是一种以矩阵为基础的交互是一种以

4、矩阵为基础的交互式系统计算平台式系统计算平台,它用于科学和工程的它用于科学和工程的计算与可视化计算与可视化在于快速开发计算方法，在于快速开发计算方法，而不在于计算速度。而不在于计算速度。9返回上一次1.1 MATLAB的的发展发展n70s末期，末期，Cleve Moler开发开发了了“通俗易懂通俗易懂”Fortran接口程序，用于矩阵运算，接口程序，用于矩阵运算，取名取名为为MATLAB，即即MATrix LABoratoryn1983年春天，工程师年春天，工程师John Little与与Moler、Steve Bangert一起一起用用C语言开发了第二代语言开发了第二代专业版专业版MATLA

5、Bn1984年年MathWorks公司成立，公司成立，MATLAB正正式式推向市场推向市场n1993年年 Matlab 4.010返回上一次1.1 MATLAB的的发展发展(续续)n1995年年 Matlab 4.2（带有（带有Simulink）n1997年年 Matlab 5.0n2000.10 matlab 6.0n2002.8 Matlab 6.5 n2004.7 Matlab 7.0n2006年年 Matlab R 系列，采用系列，采用“R+年代年代+代代码码”，n代码：春季代码：春季a，秋季，秋季b11返回上一次1.2 Matlab能做什么能做什么n基本的数据处理基本的数据处理n优化

6、和解方程优化和解方程n动态过程仿真：实时的和非实时的动态过程仿真：实时的和非实时的n数据来源：数据来源：Excel、数据库、数据库、A/D等等等等n嵌入式的控制：嵌入式的控制：Pc/104和和DSPn神经元网络、小波分析、神经元网络、小波分析、GA等等等等n虚拟现实仿真虚拟现实仿真12返回上一次1.3 MATLAB特点特点1MATLAB是一种解释性语言是一种解释性语言 MATLAB以解释方式工作的，键入算式立即得结以解释方式工作的，键入算式立即得结果，无需编译，它对每条语句解释后立即执行。果，无需编译，它对每条语句解释后立即执行。2变量的变量的“多功能性多功能性”(1)每个变量代表一个矩阵，它

7、可以有每个变量代表一个矩阵，它可以有n m元素元素 (2)每个元素都看作复数每个元素都看作复数 (3)矩阵行数、列数无需定义矩阵行数、列数无需定义3运算符号的运算符号的“多功能性多功能性”所有的运算，包括加、减、乘、除、函数运算都所有的运算，包括加、减、乘、除、函数运算都对矩阵和复数有效。对矩阵和复数有效。13返回上一次1.3 MATLAB特点特点4人机界面适合科技人员人机界面适合科技人员 语言规则与笔算式相似：语言规则与笔算式相似：MATLAB的程序与科技的程序与科技人员的书写习惯相近，因此，易写易读易交流。人员的书写习惯相近，因此，易写易读易交流。5强大而简易的作图功能强大而简易的作图功能

8、 (1)能根据输入数据自动确定坐标绘图；能根据输入数据自动确定坐标绘图；(2)能规定多种坐标绘图；能规定多种坐标绘图；(3)能绘制三维坐标中的曲线和曲面；能绘制三维坐标中的曲线和曲面；(4)可设置不同颜色、线型、视角等。可设置不同颜色、线型、视角等。6智能化程度高智能化程度高14返回上一次1.3 MATLAB特点特点7 7功能丰富，可扩展性强功能丰富，可扩展性强 MATLABMATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分。软件包括基本部分和专业扩展部分。n基本部分包括：矩阵的运算和各种变换，代数和基本部分包括：矩阵的运算和各种变换，代数和超越方程的求解，数据处理和傅里叶变换，数值超越方程的求解，数

9、据处理和傅里叶变换，数值积分等等。积分等等。n扩展部分称为工具箱扩展部分称为工具箱(toolbox)(toolbox)，用于解决某一，用于解决某一个方面的专门问题，或实际某一类的新算法。现个方面的专门问题，或实际某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络、小波分析等辨识、模糊集合、神经元网络、小波分析等2020余余个工具箱，并且还在继续发展中。个工具箱，并且还在继续发展中。15返回上一次Matlab产品家族产品家族nMatlabMatlab扩展支持在扩展支持在matlabmatlab中队系统的实中队系统的实施

10、和开发。施和开发。n工具箱：专用的函数工具箱：专用的函数库，解决特定领域的库，解决特定领域的问题。问题。nSimulinkSimulink非线性系统非线性系统仿真仿真nBlocksetBlockset是专门为是专门为simulinksimulink建立的模块。建立的模块。16返回上一次1.4 网络资源网络资源1.新闻组新闻组nMATLAB的的新新闻闻组组是是comp.soft-sys.MATLAB。浏览器指向浏览器指向nhttp:/ nhttp:/2.网络上的工具箱网络上的工具箱 nhttp:/ MATLAB安装与启动安装与启动 nMatlab的安装的安装nnMatlab的启动的启动1.选择桌

11、面上的选择桌面上的MATLAB应用程序图标，应用程序图标，双双击。击。2.或单击或单击“开始开始/程序程序/MATLAB/R2008a/Matlab R2008a”）18返回上一次2.2 Matlab的工作环境的工作环境 通常情况下，通常情况下，MATLAB的工作环境主要有：的工作环境主要有：n命令窗口（命令窗口（Command Window）、）、n当前路径窗口（当前路径窗口（Current Directory）、）、n工作区间浏览器（工作区间浏览器（Workspace）、）、n命令历史窗口（命令历史窗口（Command History）、）、n图形窗口图形窗口(Figure)、n文本编辑窗

12、口文本编辑窗口(Editor)。19返回上一次2.2 Matlab的工作环境的工作环境 当前路径当前路径 标题栏标题栏 命令命令 窗口窗口 工作空间工作空间 历史命令历史命令 工具栏工具栏 20返回上一次2.2 Matlab的工作环境的工作环境命令窗口下的File子菜单21返回上一次nNew及其子菜单：及其子菜单：允许用用户建立新的文件（M文件）、新的图形窗（Figure）、变量(variable)、仿真模型文件(model)和图形用户界面文件(GUI)。nOpen.：打开一个已经存在的文件。nClose Command Window：关闭命令窗口。nImport Data.：在MATALB工

13、作空间中生成一变量，并从指定的路径和相应的文件中获取数据。nSave Workspace As.：将工作空间中的所有变量数据保存在指定的路径下的相应的文件(.mat)中。nSet Path.：设置MATLAB的搜索路径。nPreferences.：允许用户对系统的一些性能参数进行设置，如数据格式、字体大小与颜色等。22返回上一次MATLAB命令窗口的工具栏介绍工具栏上按钮的含义部分：工具栏上按钮的含义部分：n 打开一个新的打开一个新的.m文件编辑器窗口。文件编辑器窗口。n 在编辑器中打开一个已有的在编辑器中打开一个已有的MATALB相关相关文件。文件。n 创建一个新的创建一个新的Simulin

14、k模块文件。模块文件。n 打开打开MATLAB的帮助。的帮助。n设置当前路径设置当前路径23返回上一次24返回上一次n窗口布局窗口布局ndocknundock25返回上一次2.2 Matlab的工作环境的工作环境命令窗中的菜单与功能命令窗中的菜单与功能n MATLAB命令窗口命令窗口(Command Window)是用是用户和户和MATLAB系统交互的主要窗口。系统交互的主要窗口。在命在命令窗口中可以直接输入相应的命令，系统令窗口中可以直接输入相应的命令，系统将自动显示信息将自动显示信息。用户可以运行函数、执。用户可以运行函数、执行行MATLAB的基本操作命令以及对的基本操作命令以及对MATL

15、AB系统的参数设置等操作系统的参数设置等操作。n在命令窗口的菜单条下，一般有在命令窗口的菜单条下，一般有6个下拉子个下拉子菜单：菜单：File、Edit、Debug、Desktop、Windows和和Help。26返回上一次n在命令窗口中在命令窗口中提示符后面可以输入相关命令提示符后面可以输入相关命令n运算结果立即得到运算结果立即得到27返回上一次命令窗口的编辑功能命令窗口的编辑功能nMATLAB的特殊的功能键的特殊的功能键n 调出上一个（历史）命令行n 调出下一个命令行nEsc恢复命令输入的空白状态n当输入命令的语句过长，需要两行或多行才能输入，则要使用“”作连接符号，按回车键(Enter)

16、转入下一行继续输入。nQuit：退出：退出MATLAB。28返回上一次显示行间距的格式控制显示行间距的格式控制n命令：命令：formatn紧凑格式紧凑格式 format compactn稀疏格式稀疏格式 format loose （默认格式）（默认格式）29返回上一次数据精度显示格式数据精度显示格式nMATLAB中所有的量为双字长浮点数，显示中所有的量为双字长浮点数，显示按下面显示规则：按下面显示规则：1.在缺省情况下，当结果为整数，作为整数显示；在缺省情况下，当结果为整数，作为整数显示；当结果为实数，以小数后当结果为实数，以小数后4位的精度近似显示。位的精度近似显示。2.如果结果中的有效数字

17、超出了这一范围，以科如果结果中的有效数字超出了这一范围，以科学计数法显示结果。学计数法显示结果。3.format命令改变显示格式，常用的的格式有命令改变显示格式，常用的的格式有 format type 注：注：type具体类型如下具体类型如下30返回上一次数据精度显示格式数据精度显示格式Matlab命令命令显示形式显示形式范例范例(圆周率圆周率pi)说明说明format short(默认默认)3.14164位十进制数位十进制数format long3.14159265358979315位十制数位十制数format short e3.1416e+0005位十进制数加指数位十进制数加指数forma

18、t long e3.141592653589793e+00016位十进制数加指数位十进制数加指数format hex400921fb54442d1816位十六进制数位十六进制数format bank3.14两位小数两位小数format+正、负、零正、负、零format rat355/113分数近似分数近似31返回上一次历史命令窗口历史命令窗口命令历史窗口命令历史窗口(Command History)主要显示曾经在Command Window窗口执行过的命令可以直接调入可以直接调入到命令窗口到命令窗口32返回上一次工作空间窗口工作空间窗口n工作空间工作空间它允许用户查看当前MATLAB工作空间的

19、内容，而且通过它可以对工作空间中的变量进行删除、保存、修改等操作。33返回上一次当前工作路径当前工作路径n当前路径窗口当前路径窗口(Current Directory)主要显主要显示当前工作在什么路径下，包括示当前工作在什么路径下，包括M文件的打文件的打开路径等。开路径等。n当前路径窗口允许用户对当前路径窗口允许用户对MATLAB的路径的路径进行查看和修改，如果修改了路径会立即进行查看和修改，如果修改了路径会立即产生作用。通常启动产生作用。通常启动MATLAB之后的默认之后的默认当前路径是当前路径是MATLABwork，如果不改变当，如果不改变当前目录，用户自己的工作空间和文件都将前目录，用户

20、自己的工作空间和文件都将保存到该目录。保存到该目录。34返回上一次MATLAB的搜索顺序的搜索顺序n如果在命令窗口中输入如下命令：如果在命令窗口中输入如下命令：testnMATLAB对这一命令的搜索顺序为：对这一命令的搜索顺序为：(1)检查检查“test”是否是存储在工作空间中的变量。是否是存储在工作空间中的变量。若为工作空间中变量，则返回该变量的内容；否若为工作空间中变量，则返回该变量的内容；否则进行下一步；则进行下一步；(2)检查检查“test”是否为是否为MATLAB的内部函数。若的内部函数。若为内部函数，则返回要求输入内部函数参数信息。为内部函数，则返回要求输入内部函数参数信息。否则进

21、行下一步；否则进行下一步；(3)检查当前目录中是否有检查当前目录中是否有test.m、test.mex或或test.dll文件；文件；(4)检查检查MATLAB搜索路径上是否存在搜索路径上是否存在test.m、test.mex或或test.dll文件；文件；(5)如不满足上述任何一条件，则返回出错信息。如不满足上述任何一条件，则返回出错信息。35返回上一次MATLAB的搜索顺序的搜索顺序n如果在搜索路径中存在两个或多个同名函如果在搜索路径中存在两个或多个同名函数，则只能发现搜索路径中的第一个函数，数，则只能发现搜索路径中的第一个函数，而其它同名函数不被执行。此搜索的顺序而其它同名函数不被执行。

22、此搜索的顺序只是一般情况下的顺序，而实际的搜索规只是一般情况下的顺序，而实际的搜索规则要复杂得多。则要复杂得多。36返回上一次设置当前工作路径设置当前工作路径方法一：在当前路径窗口(Current Directory)将文件所在的路径设置为当前路径；37返回上一次设置当前工作路径设置当前工作路径n方法二：单击File菜单中的Set Path项，弹出路径设置对话框如图所示。38返回上一次图像窗口图像窗口nMATLAB图形窗图形窗(Figure)主要用于显示用主要用于显示用户所绘制的图形。通常，只要执行了任意户所绘制的图形。通常，只要执行了任意一种绘图命令，图形窗就会自动产生。绘一种绘图命令，图形

23、窗就会自动产生。绘图都在这一个图形窗中进行。如果再建一图都在这一个图形窗中进行。如果再建一个图形窗，则可键入个图形窗，则可键入figure命令，命令，MATLAB会新建一个图形窗，并自动给它排出序号。会新建一个图形窗，并自动给它排出序号。39返回上一次文本窗口文本窗口n通常，通常，MATLAB命令编辑有行命令方式和文件方命令编辑有行命令方式和文件方式两种：式两种：n1、行命令方式。、行命令方式。在命令窗口中一行一行地输入命在命令窗口中一行一行地输入命令，计算机对每一行命令作出反应。令，计算机对每一行命令作出反应。n2、MATLAB文本编辑器。文本编辑器。MATLAB文本编辑器文本编辑器的功能就

24、是完成编写、修改和调试这种文件程序的功能就是完成编写、修改和调试这种文件程序就要用到就要用到M文件编辑器文件编辑器/调试器。文本编辑器调试器。文本编辑器/调调试器的启动可以从命令窗口中选择新建或打开文试器的启动可以从命令窗口中选择新建或打开文件按钮进入，或在命令窗口中键入：件按钮进入，或在命令窗口中键入：edit(回车回车)。其编辑模式如图所示。其编辑模式如图所示。40返回上一次文本编辑器的相关菜单功能文本编辑器的相关菜单功能Save and Run：保存并运行程序，直到遇到下一：保存并运行程序，直到遇到下一个断点。个断点。Single Step：单步执行。：单步执行。Step In：运行当前

25、程序行，如果当前行调用了另：运行当前程序行，如果当前行调用了另外一个函数，则跳转到这个函数里。外一个函数，则跳转到这个函数里。Exit Debug Mode：退出调试模式。：退出调试模式。Set/Clear Breakpoint：设置：设置/清除断点。清除断点。Clear All Breakpoints：清除所有的断点。：清除所有的断点。Stop If Error：程序运行时遇到错误则停止。：程序运行时遇到错误则停止。Stop If Warming：程序运行进遇到警告则停止。：程序运行进遇到警告则停止。Stop If NaN or Inf：程序运行时遇到不是数（：程序运行时遇到不是数（Not

26、a Number）或是无穷大（）或是无穷大（Infinite Value）。）。41返回上一次MATLAB的基本操作命令的基本操作命令1窗口命令窗口命令nclc：清除命令窗口里的内容，光标回到窗：清除命令窗口里的内容，光标回到窗口的左上角。口的左上角。n clf：清除当前：清除当前Figure窗口里的所有非隐藏窗口里的所有非隐藏图形对象。图形对象。nClose：关闭当前的：关闭当前的Figure窗口。窗口。nClose all：关闭所有的：关闭所有的Figure窗口。窗口。42返回上一次MATLAB的基本操作命令的基本操作命令2工作空间管理命令工作空间管理命令nwho：列出当前工作空间里的所有

27、变量。：列出当前工作空间里的所有变量。nWhos：列出当前工作空间里的所有变量及大小、：列出当前工作空间里的所有变量及大小、类型和所占的存储空间。类型和所占的存储空间。nClear：从工作空间清除所有变量。：从工作空间清除所有变量。nClear all：从工作空间清除所有变量、函数和：从工作空间清除所有变量、函数和MEX文件。文件。nSave：将工作空间里的变量保存到磁盘文件。：将工作空间里的变量保存到磁盘文件。nLoad：将磁盘文件里的变量加载到工作空间。：将磁盘文件里的变量加载到工作空间。nWorkspace：显示：显示Workspace浏览器。浏览器。43返回上一次2.3帮助的使用帮助的

28、使用1.help命令命令：它最常用、最快，往往也是最有效的。：它最常用、最快，往往也是最有效的。给出关键字就能找到相应的说明。给出关键字就能找到相应的说明。Help命令简命令简单易用，但是它要求准确给出关键字。单易用，但是它要求准确给出关键字。2.Help Desk：这是：这是MATLAB的的HTML格式的帮助格式的帮助文档。可以在命令行键入文档。可以在命令行键入helpdesk进入，进入，Help Desk的搜索可以使用不完全关键字。的搜索可以使用不完全关键字。3.电子版手册电子版手册PDF：MATLAB里包含了大量关于里包含了大量关于MATLAB安装、使用、编程以及各种工具箱等安装、使用、

29、编程以及各种工具箱等的电子版手册，全部为的电子版手册，全部为PDF格式格式,具有搜索功能，具有搜索功能，因此也可以在指定的手册中搜索关键字。因此也可以在指定的手册中搜索关键字。44返回上一次2.3帮助的使用帮助的使用-helpnhelp命令主要命令主要有以下几种格有以下几种格式：式：n格式一：格式一：help 不带任何参数，不带任何参数，这时将显示这时将显示MATLAB的所的所有目录项。有目录项。45返回上一次2.3帮助的使用帮助的使用-help格式二：格式二：help+目录名目录名 显示出指定目录中的显示出指定目录中的所有命令及其函数。所有命令及其函数。46返回上一次n格式三：格式三：help+命令名命令名 或或 help+函数名函数名 或或 help+符号符号 显示出有关指定命令显示出有关指定命令/函数函数/符号的详细信符号的详细信息，包括命令格式及注意事项。息，包括命令格式及注意事项。47返回上一次2.3帮助的使用帮助的使用 nhelp 命令：已知命令不知道用法命令：已知命令不知道用法nlookfor命令：知道命令的关键词命令：知道命令的关键词nMatlab Help:命令查找，索引，说明书命令查找，索引，说明书nDemo48返回上一次nNext 基本语法基本语法