第一章 matlab操作基础.ppt
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1、工程系统建模与仿真工程系统建模与仿真王丽平王丽平2023/1/92第一部分第一部分Matlab/SimulinkMatlab/Simulink教学内容教学内容一、MATLABMATLAB基础准备及入门基础准备及入门二、二、MATLABMATLAB矩阵及其运算矩阵及其运算三、三、MATLABMATLAB程序设计程序设计四、四、MATLABMATLAB文件操作文件操作五、五、MATLABMATLAB绘图绘图 六、六、MATLABMATLAB数据分析与多项式计算数据分析与多项式计算教学内容教学内容七七、MATLABMATLAB解方程及函数极值解方程及函数极值八、八、数值积分与微分数值积分与微分九、九
2、、符号计算符号计算十、十、SimulinkSimulink 仿真基础仿真基础2023/1/95MatlabMatlab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和自己的部分课程相联系从而进行应用,和自己的部分课程相联系从而进行应用,从而有了深刻的体会从而有了深刻的体会n多看帮助文件,这是一本很好的参考书多看帮助文件,这是一本很好的参考书n寻求大家的帮助,每个同学都会有独到的寻求大家的帮助,每个同学都会有独到的方法,综合起来就是最大的财富方法,综合起来就是最大的财富n记住:记住:MatlabMatlab可以做很多事情可以做很多事情2023/1/96第
3、一章第一章MATLABMATLAB基础准备及入门基础准备及入门2023/1/97n概述概述nMatlabMatlab的基本使用方法的基本使用方法nMatlabMatlab中的基本变量中的基本变量2023/1/98一、概述 MATLABMATLAB语言是一种广泛应用于工程计语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言,自算及数值分析领域的新型高级语言,自19841984年由美国年由美国MathWorksMathWorks公司推向市场以来,公司推向市场以来,历经二十多年的发展与竞争,现已成为国历经二十多年的发展与竞争,现已成为国际公认的最优秀的工程应用开发环境。际公认的最优秀的工程应用
4、开发环境。MATLABMATLAB功能强大、简单易学、编程效率高,功能强大、简单易学、编程效率高,深受广大科技工作者的欢迎深受广大科技工作者的欢迎。2023/1/99 在欧美各高等院校,在欧美各高等院校,MATLABMATLAB已经成为线已经成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等课程的基本教学工具,成为大学生、硕等课程的基本教学工具,成为大学生、硕士生、以及博士生必须掌握的基本技能。士生、以及博士生必须掌握的基本技能。MATLAB:MATLAB:是英文是英文MATrixMATrix
5、 LABorotoryLABorotory(矩阵实矩阵实验室验室)的缩写。的缩写。2023/1/9101.11.1 MATLABMATLAB的出现的出现n n70707070年代中期,年代中期,年代中期,年代中期,Cleve Cleve Cleve Cleve MolerMolerMolerMoler和他的同事开发了和他的同事开发了和他的同事开发了和他的同事开发了LINPACKLINPACKLINPACKLINPACK和和和和EISPACKEISPACKEISPACKEISPACK的的的的FortranFortranFortranFortran子程序库子程序库子程序库子程序库n n 70707
6、070年代末期,年代末期,年代末期,年代末期,Cleve Cleve Cleve Cleve MolerMolerMolerMoler 在新墨西哥大学给学生在新墨西哥大学给学生在新墨西哥大学给学生在新墨西哥大学给学生开线性代数,为学生编写了接口程序,这程序取名开线性代数,为学生编写了接口程序,这程序取名开线性代数,为学生编写了接口程序,这程序取名开线性代数,为学生编写了接口程序,这程序取名为为为为MATLABMATLABMATLABMATLAB,即即即即MATrixMATrix LABoratoryLABoratoryn n1983198319831983年春天,工程师年春天,工程师年春天,工
7、程师年春天,工程师John John John John LittleLittleLittleLittle与与与与MolerMolerMolerMoler、SteveSteveSteveSteve BangertBangertBangertBangert一起开发了第二代专业版一起开发了第二代专业版MATLABMATLABn n19841984年,年,MathWorksMathWorks公司成立,公司成立,MATLABMATLAB正正式式推推向市场向市场。2023/1/9111.2 MATLAB1.2 MATLAB的版本演化的版本演化n nMatlabMatlab 1.0 1.0n nPc Pc
8、 MatlabMatlab-MatlabMatlab 386 386n nMatlab3.5+SimulinkMatlab3.5+Simulinkn nMatlabMatlab 4.0 4.0:SimulinkSimulink内嵌内嵌内嵌内嵌n nMatlabMatlab 5.0:5.0:全面的面向对象全面的面向对象全面的面向对象全面的面向对象n nMatlabMatlab 5.15.3 5.15.3n nMatlabMatlab 6.0 6.0n nMatlabMatlab 6.5 6.5:购并了购并了购并了购并了MATRIXMATRIXn nMatlabMatlab 7.11:7.11:也
9、已经出现也已经出现也已经出现也已经出现2023/1/9121.3 MATLAB1.3 MATLAB的功能的功能n强大的数值(矩阵)运算功能强大的数值(矩阵)运算功能n广泛的符号运算功能广泛的符号运算功能n高级与低级兼备的图形功能(计算结果的高级与低级兼备的图形功能(计算结果的可视化功能)可视化功能)n可靠的容错功能可靠的容错功能n应用灵活的兼容与接口功能应用灵活的兼容与接口功能n信息量丰富的联机检索功能信息量丰富的联机检索功能2023/1/9131.1.矩阵运算功能矩阵运算功能n nMATLABMATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能,提供了丰富的矩阵运算处理功能,是是基于矩阵运算的处理工具基
10、于矩阵运算的处理工具n n变量变量 矩阵,运算矩阵,运算 矩阵的运算矩阵的运算n n例如例如 C=A+B C=A+B,A,B,CA,B,C都是矩阵都是矩阵,是是矩阵的加运算矩阵的加运算n n即使一个常数,即使一个常数,Y=5Y=5,MATLABMATLAB也看做是一也看做是一个个1 1 1 1的矩阵的矩阵2.2.符号运算功能符号运算功能n n符号运算即用字符串进行数学分析符号运算即用字符串进行数学分析n n允许变量不赋值而参与运算允许变量不赋值而参与运算n n用于解代数方程、微积分、复合导数、积分、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、泰乐级数二重积分、有理函数
11、、微分方程、泰乐级数展开、寻优等等,可求得解析符号解展开、寻优等等,可求得解析符号解2023/1/9153.3.高级与低级兼备的图形功能高级与低级兼备的图形功能n具有高层绘图功能具有高层绘图功能两维、三维两维、三维绘图绘图n具有底层绘图功能具有底层绘图功能句柄绘图句柄绘图n使用使用plotplot函数可随时将计算结果可函数可随时将计算结果可视化视化2023/1/9164.4.图形化程序编制功能图形化程序编制功能n动态系统进行建模、仿真和分析的软动态系统进行建模、仿真和分析的软件包件包n用结构图编程,而不用程序编程用结构图编程,而不用程序编程n只需拖几个方块、连几条线,即可实只需拖几个方块、连几
12、条线,即可实现编程功能现编程功能2023/1/9175.5.丰富的丰富的MATLABMATLAB工具箱工具箱nMATLABMATLAB主工具箱主工具箱n符号数学工具箱符号数学工具箱nSIMULINKSIMULINK仿真工具箱仿真工具箱n控制系统工具箱控制系统工具箱n信号处理工具箱信号处理工具箱n图象处理工具箱图象处理工具箱n通讯工具箱通讯工具箱n系统辨识工具箱系统辨识工具箱n神经元网络工具箱神经元网络工具箱n金融工具箱金融工具箱2023/1/918 目前,目前,MATLABMATLAB的产品的产品有四十多个工有四十多个工具箱,分别涵盖了数据获取、科学计算、具箱,分别涵盖了数据获取、科学计算、控
13、制系统设计与分析、数字信号处理、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域遗传工程等专业领域,但,但MATLABMATLAB语言的语言的扩展开发还远远没有结束,各学科的相扩展开发还远远没有结束,各学科的相互促进,将使得互促进,将使得MATLABMATLAB更加强大。更加强大。6.MATLAB6.MATLAB的兼容功能的兼容功能n可与可与C C语言、语言、FORTUREFORTURE语言跨平台兼容语言跨平台兼容n用函数用函数CMEXCMEX、FMEXFMEX实现实现n此功能不推荐使用此功能不推荐使用7.MATLAB7.
14、MATLAB的容错功能的容错功能n非法操作时,给出提示并不影响其操作。如非法操作时,给出提示并不影响其操作。如1/0Warning:Divide by zeroans=Inf2023/1/9218.MATLAB8.MATLAB的开放式可扩充结构的开放式可扩充结构 n nMatlabMatlab 所有函数都是开放的所有函数都是开放的n n用户可按自己意愿随意更改,因此功能,用户可按自己意愿随意更改,因此功能,使得使得MatlabMatlab的应用越来越广泛的应用越来越广泛9.9.强大的联机检索帮助系统强大的联机检索帮助系统n n可随时检索可随时检索MatlabMatlab函数函数n n可随时查询
15、可随时查询MatlabMatlab函数的使用方法函数的使用方法2023/1/922n n工业研究与开发工业研究与开发n n数学教学,特别是线性代数数学教学,特别是线性代数n n数值分析和科学计算方面的教学与研究数值分析和科学计算方面的教学与研究n n电子学、控制理论和物理学等工程和科学电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究学科方面的教学与研究n n经济学、化学和生物学等计算问题的所有经济学、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其他领域中的教学与研究1.4 MATLAB1.4 MATLAB能在各领域做什么能在各领域做什么2023/1/923例例1 1 用一个简单命
16、令求解线性系统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=-1.4A=3 1-1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4;x=Abx=1.4818 -0.4606 0.3848对于线性系统有对于线性系统有Ax=b1.5 1.5 简单的例子简单的例子2023/1/924例例2 2 用简短命令计算并绘制在用简短命令计算并绘制在0 0 x x 6 6范范围内的围内的sin(2x)sin(2x)、sinx2sinx2、(sinx)2(sinx)2。x=linspace(0,6)x=linspace(0,6)y1=sin(
17、2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2;y1=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2;plot(x,y1,x,y2,x,y3)plot(x,y1,x,y2,x,y3)2023/1/925例例3 3 用四种方法描述用四种方法描述cos(xcos(x)*)*sin(ysin(y)图形图形2023/1/9261.6 1.6 网络资源网络资源1.USENET1.USENET新闻组新闻组n nMATLABMATLAB的新闻组是的新闻组是comp.soft-sys.MATLABcomp.soft-sys.MATLAB。n nhttp:/http:/ 2.2.
18、网络上的工具箱网络上的工具箱n nhttp:/http:/ nhttp:/ mathtoolsmathtools4.4.wwwwww服务服务nhttp:/http:/nhttp:/http:/nMatlabMatlab 大观园大观园:http:/http:/ MATLAB2.1 MATLAB安装启动安装启动 1.1.MatlabMatlab的安装的安装n定制安装定制安装n关于关于JavaJava的问题的问题:XP:XP系统必须安装虚拟机系统必须安装虚拟机n安装安装pdfpdf文件文件2.2.MatlabMatlab启动启动 与一般的与一般的WindowsWindows程序一样,启动程序一样,启
19、动MATLABMATLAB系统有系统有3 3种种常见方法:常见方法:n使用使用WindowsWindows“开始开始”菜单。菜单。n运行运行MATLABMATLAB系统启动程序系统启动程序matlab.exematlab.exe。n利用快捷方式利用快捷方式。2023/1/929 启动启动MATLAB后,将进入后,将进入MATLAB 7.0集成环境。集成环境。MATLAB 7.0集成环境包括集成环境包括MATLAB主窗口、命令窗口主窗口、命令窗口(Command Window)、工作空间窗口工作空间窗口(Workspace)、命命令历史窗口令历史窗口(Command History)、当前目录当
20、前目录窗口窗口(Current Directory)。2023/1/930 MATLABMATLAB安装完毕并安装完毕并安装完毕并安装完毕并首次启动时,首次启动时,首次启动时,首次启动时,展现在屏幕展现在屏幕展现在屏幕展现在屏幕上的界面为上的界面为上的界面为上的界面为MATLABMATLAB的的的的默认界面,默认界面,默认界面,默认界面,如右图所示。如右图所示。如右图所示。如右图所示。2023/1/9312.2 MATLAB2.2 MATLAB系统的退出系统的退出 要退出要退出MATLAB系统,也有系统,也有3 3种常见方法种常见方法:n n在在MATLAB主窗口主窗口File菜单中选择菜单中
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