数学建模案例分析MATLAB在电气工程中的应用.pptx
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1、2023/2/141MATLAB简介对一般的计算语言来说,必须采用两层循环才能得到结果:vari,j:integer;/用pascal语言x,y:array0.10ofarray0.20ofreal;constm=10;n=20;beginfori:=1tomdoforj:=1tondoyij:=exp(xij)*sin(xij);end;MATLAB只用一条指令:y=exp(-2*x).*sin(5*x)。例:已知x是(nm)维数组,计算:第1页/共82页2023/2/142MATLAB简介例:对于求解代数方程问题:当A的列数大于行数时,有无数解。MATLAB只用一条指令:x=Ab。当A是标
2、量时:当A是非奇异矩阵时:当A是行数大于列数的满秩阵时,称超定方程组或矛盾方程组:第2页/共82页2023/2/143MATLAB简介在MATLAB中仅用以下指令:ezsurf(y/(1+x2+y2)例:绘制二元函数曲面:第3页/共82页2023/2/144MATLAB简介MATLAB是专门为科学计算而设计的,具有强大数据图示功能的工具软件。语法结构简明、数值计算高效、图形功能完备、易学易用。在矩阵代数、数值计算、数字信号处理、震动理论、神经网络控制、动态仿真、建模、系统识别、控制系统、非线性系统、模糊控制、优化技术、通讯系统、财政金融等领域有着广泛应用。第4页/共82页2023/2/145教
3、学内容n第一章MATLAB基础n第二章MATLAB基本语法n第三章数组及矩阵运算n第四章数值计算n第五章符号运算n第六章MATLAB计算结果可视化n第七章MATLAB在系统仿真中的应用n第八章MATLAB在信号处理中的应用第5页/共82页2023/2/146通过本课程学习,使学生掌握利用MATLAB进行数值计算的基本方法,熟悉MATLAB编程环境、语 言 语 法、程 序 结 构、编 程 及 调 试 技 术,掌 握MATLAB中M文件、M函数编写方法及调试技术、MATLAB的绘图和图形控制函数等内容,上机练习MATLAB数值解算方法,具备上机操作的技能,学习MATLAB在电气工程学科中的建模与分
4、析方法,为后续专业课程学习奠定基础。课程任务第6页/共82页2023/2/147考试形式考试方式:1、平时成绩(出勤率+课堂习题报告)2、考试第7页/共82页2023/2/148MATLAB的发展历程MATLAB 是 Matrix Laboratory的 缩 写。20世 纪 70年 代 由 CleveMoler博士用FORTRAN语言开发了最初版本的矩阵分析软件。80年代初期,由Moler、JohnLittle和SteveBangert采用C语言改写了MATLAB的内核。并于1984年成立了Mathworks软件开发公司,将MATLAB正式推向市场。1988年推出了MATLAB3.1(DOS)
5、版本。1993年,推出了应用于Windows操作系统的MATLAB4.0版本。1996年12月,推出MATLAB5.0版本(Release8)。1997年5月,推出MATLAB5.1版本(Release9)。1998年3月,推出MATLAB5.2版本(Release10)。1999年11月,推出MATLAB5.3版本(Release11)。2000年11月,推出MATLAB6.0版本(Release12)。2001年6月,推出MATLAB6.1版本(Release12.1)。2002年7月,推出MATLAB6.5版本(Release13)。第8页/共82页2023/2/149MATLAB的发展
6、历程2004年6月,推出MATLAB7.0版本(Release14)。2004年11月,推出版本(Release14SP1)。2005年3月,推出版本(Release14SP2)。2005年9月,推出MATLAB7.1版本(Release14SP3)。2006年3月,推出MATLAB7.2版本(Release2006a)。2006年9月,推出MATLAB7.3版本(Release2006b)。2007年3月,推出MATLAB7.4版本(Release2007a)。2007年9月,推出MATLAB7.5版本(Release2007b)。2008年3月,推出MATLAB7.6版本(Release2
7、008a)。2008年10月,推出MATLAB7.7版本(Release2008b)。2009年3月,推出MATLAB7.8版本(Release2009a)。2009年9月,推出MATLAB7.9版本(Release2009b)。2010年3月,推出MATLAB7.10版本(Release2010a)。第9页/共82页2023/2/1410MATLAB的主要特点 MATLAB 的基本单位为矩阵。MATLAB 语言以解释方式工作。具有非常友好的人机界面。具有强大的作图和数据可视化功能.智能化程度高。具有极强的可扩展性。第10页/共82页2023/2/1411第一章 MATLAB 基础第11页/共
8、82页2023/2/14121.1MATLAB的基本组成MATLAB软件主要由主包、Simulink 动态系统仿真和工具箱(Toolbox)三大部分组成。*主包包括了 MATLAB 语言、数学函数库、工作环境、图形处理系统和应用程序接口五部分。*Simulink是用于系统仿真的交互式图形系统,是MATLAB非常重要的共生产品。第12页/共82页2023/2/1413 *Toolbox实际是用MATLAB的基本语句编成的开放式各种子程序集,用于解决各专业领域的特定问题,例如:控制系统、信号处理、图像处理、模糊集合、神经网络、小波分析等。*MATLAB编译器,可以将M文件转化为C或C+语言代码,增
9、强了MATLAB灵活性。第13页/共82页2023/2/14141.2MATLAB系统界面MATLAB的启动桌面快捷方式启动开始菜单方式启动MATLAB的退出Matlab菜单命令/关闭按钮在Matlab命令窗口输入exit或quit第14页/共82页2023/2/1415MATLAB的用户界面窗口CommandwindowWorkspaceHistorycommandwindowCurrentdirectoryLaunchpadM-FileFigureModelGUI第15页/共82页2023/2/1416历史命令历史命令发射台发射台命令命令窗口窗口标题栏标题栏菜单栏菜单栏常用工具栏常用工具栏
10、工作区间工作区间当前目录当前目录第16页/共82页2023/2/1417第17页/共82页2023/2/1418 MATLAB命令窗口lMATLAB语句形式变量表达式;当键入回车键时,该语句被执行。语句执行之后,窗口自动显示出语句执行的结果。如果希望结果不被显示,则需在语句之后加上分号。此时尽管结果没有显示,但它依然被赋值并在MATLAB工作空间中分配了内存。l 方向键可以编辑修改已输入的命令 :调出上一行语句;:调出下一行语句;第18页/共82页2023/2/1419l 多行命令()如果命令语句超过一行或者太长希望分行输入,则可以使用多行命令继续输入。例如:S=1-12+13+4+9-4-1
11、8;等价于:S=1-12+13+4+9-4-18;命令窗口的分页输出 more off:不允许分页 more on:允许分页 more(n):指定每页输出的行数 回车键显示下一行,空格键显示下一页,q结束当前显示。第19页/共82页2023/2/1420l页面显示的疏密控制formatloose(默认):稀疏显示格式;formatcompact:密集显示格式;l清命令窗口 clc第20页/共82页2023/2/1421显示所有目前内存中的MATLAB变量、数学结构、类型以及所占的空间并可进行变量的编辑等。MATLAB的workspace中的变量管理who:显示当前工作空间中所有变量的一个简单列
12、表;whos:显示出变量的大小、数据格式等详细信息;clear:清除工作空间中所有的变量;clear变量名:清除指定的变量;MATLAB工作空间 第21页/共82页2023/2/1422lMATLAB的workspace中的变量保存和载入save:将工作空间的所有变量存到matlab.mat的二进制文件中。savefilename:将所有变量保存到磁盘文件filename中。savefilenamevariables:将variables所表示的变量列表保存到磁盘文件filename中。各个不同的变量之间只能用空格来分隔。load(filename)(variables):将数据文件载入MAT
13、LAB工作空间。第22页/共82页2023/2/1423 MATLAB历史命令窗 MATLAB当前目录l各种历史命令输入的记载,便于随时查看和调用,通过M文件运行的命令不显示。l显示和改变当前目录,显示目录下的文件并提供搜索功能。第23页/共82页2023/2/1424helpwin指令在命令窗口中键入helpwin,进入帮助窗口;helpdesk指令在命令窗口中键入helpdesk(或doc,或点击工具条中的?按钮),进入帮助窗口,显示HTML格式的帮助内容。1.3 MATLAB帮助系统第24页/共82页2023/2/1425help命令help:列出所有的帮助主题,每个帮助主题对应于MAT
14、LAB搜索路径中的一个目录;help库名:得到库中全部函数名;help函数名或命令;得到函数或命令的帮助信息;lookfor命令如在命令窗口中键入:lookforsu,则只要有与su匹配的单词就显示出来。其收索条件比help命令宽。demo命令demo:可得到MATLAB及其所以工具箱中的全部演示程序。是学习MATLAB的一种很好的途径。第25页/共82页2023/2/14261.5MATLAB两种工作方式指令行操作方式键入命令行。执行M文件方式键入程序名。1.4 MATLAB常用命令第26页/共82页2023/2/1427第二章 MATLAB 基本语法第二章 数组及矩阵运算第27页/共82页
15、2023/2/1428l任何MATLAB的语句的执行结果都可以在屏幕上显示,同时赋值给指定的变量,没有指定变量时,赋值给一个特殊的变量ans,数据的显示格式由format命令控制。lformat只是影响结果的显示,不影响其计算与存储;MATLAB总是以双字长浮点数(双精度)来执行所有的运算。数的显示格式 2.1 数值、变量及其赋值第28页/共82页2023/2/1429format命令控制数的显示格式:format(short)(默认):如pi=3.1416;formatlongformatrat:如pi=355/113;formatshorte:如pi=3.1416e+000;formatl
16、onge:如pi=;formatbank:2位十进制,如pi=3.14;formathex:如pi=400921fb54442d18;format+:正数、零、负数分别用“+”、空格、“-”表示第29页/共82页2023/2/1430常量MATLAB的保留常量和变量保留常量不能重复定义!第30页/共82页2023/2/1431MATLAB语言的标识符命名规则标识符:标志常量名、变量名、函数名和文件名的字符串的总称。标识符的合法字符是52个英文字母(区分大小写)、10个数字和下划线;第一个字符必须是英文字母(不能超过63个字符);标识符必须是不含空格的单个词;第31页/共82页2023/2/14
17、32矩阵和变量的赋值直接赋值语句赋值变量表达式(或常量)表达式由运算符、函数、变量名和数字组成,运 算 符 有+、-、*、/、等。(ex201)函数调用语句返回变量列表函数名(输入变量列表)例:a,b,c=my_fun(d,e,f,c)冒号表达式v=s1:s2:s3其中s1是起始值,s2是步长(若省略步长为1),s3是最大值。(ex202)第32页/共82页2023/2/1433复数i,j为MATLAB中的虚数符号,可以不用乘号,直接连写在数字后面。如果在程序中另外给i,j赋值,它们的虚数意义就失效。conj(z)命令表示对复数矩阵z进行共轭变换。Z命令表示对复数矩阵z进行共轭转置变换。(ex
18、203)第33页/共82页2023/2/1434 特殊矩阵的赋值函数linespace(a,b,N)均分向量,初值为均分向量,初值为a,终值为终值为b,元素个数为,元素个数为Nlogspace(a,b,N)向量初值为向量初值为10a,终值为终值为10b,元素个数为,元素个数为Nones(n,m)产生产生n*m阶全阶全1矩阵矩阵rand(n,m)产生产生n*m阶随机数矩阵阶随机数矩阵randn(n,m)产生产生n*m阶正态随机数矩阵阶正态随机数矩阵zeros(n,m)产生产生n*m阶全零矩阵阶全零矩阵eye(n)产生产生n*n阶单位方阵阶单位方阵(ex204)第34页/共82页2023/2/14
19、35 2.2 矩阵的初等运算*矩阵的加减法矩阵A和B进行加减运算的条件是:size(B)=size(B)*矩阵的乘法1)矩阵A*B的条件是:A的列数等于B的行数。2)不符合交换律,即A*BB*A(ex205)第35页/共82页2023/2/1436*矩阵的除法1)左除若线性方程组表示为A*X=B,如果A为非奇异方阵,即其逆阵存在,则方程组的解 用 MATLAB表 示 为:X=inv(A)*B 或 X=AB符号“”称为左除。2)右除若线性方程组表示为X*C=D,如果C为非奇异方阵,即其逆阵存在,则方程组的解 用 MATLAB表 示 为:X=D*inv(C)或 X=D/C符号“/”称为右除。第36
20、页/共82页2023/2/1437例:求解线性方程组的解 将该线性方程组表示为矩阵相乘为:(ex206)第37页/共82页2023/2/1438*数组运算矩阵运算遵循线性代数中的矩阵运算规则,数组运算将矩阵按逐个元素分别进行运算。MATLAB中几乎所有的初等函数都适合数组运算。运算运算矩阵矩阵数组数组运算符运算符规则规则运算符运算符规则规则乘法乘法*A*B:A的列数的列数=B的行数的行数.*同维数组同维数组幂幂方阵方阵.数数组组的的标标量量乘乘方方A.p:A对对应应元元素素的的p次次方方,结结果果和和A同维同维标量的数组乘方标量的数组乘方p.A:p的数组元素次方,结果和的数组元素次方,结果和A
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- 数学 建模 案例 分析 MATLAB 电气工程 中的 应用
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