MATLAB課程總結(jié)

1、信陽師范學院Matlab程序設計課程總結(jié)學院 班級 學號 姓名 摘要：Matlab是MathWorks公司推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件。它是一個高度集成的系統(tǒng)，集科學計算、圖像處理、聲音處理于一體，具有極高的編程效率。關(guān)鍵字： Matlab；繪圖；計算；本書簡單介紹了以下幾個方面：MATLAB簡介和基本運算 ：1. MATLAB的集成環(huán)境2. MATLAB的通用命令和幫助命令3. 距陣函數(shù)和矩陣運算4. 數(shù)組函數(shù)和數(shù)組運算5. 數(shù)據(jù)輸入和輸出數(shù)據(jù)和函數(shù)的可視化1. 二維繪圖（plot）2. 三維繪圖（mesh surf）3. 特殊圖形繪圖MATLAB程序設計1. M文件2. 程序結(jié)構(gòu)

2、3. 程序流程控制4. M文件調(diào)試符號運算1. 創(chuàng)建，修改符號表達式和符號矩陣2. 符號運算特點3. 符號運算的應用4. maple函數(shù)調(diào)用simulink仿真建模1. simulink的特點2. 構(gòu)建模型（方框圖）的過程3. 仿真過程MATLAB在數(shù)值分析中的應用1. 插值運算2. 數(shù)值積分，微分3. 解方程圖像處理1. 圖像的輸入與輸出2. 圖像的顯示3. 圖像處理MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)，數(shù)據(jù)可視化，數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是矩陣實驗室的簡稱，MATLA

3、B和Mathematica，Maple并成為三大數(shù)學軟件它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值方面首屈一指。MATLAB語言有不同于其它高級語言的特點，被稱為第四代計算機語言。正如第三代計算機語言如Fortran語言與C語言等使人們擺脫了對計算機硬件的操作一樣，MATLAB語言使人們從繁瑣的程序代碼中解放出來。主要特點如下：(1)以復數(shù)矩陣或數(shù)組為數(shù)據(jù)單元進行運算，可直接處理矩陣或數(shù)組； (2)語言結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)涵豐富，編程效率高，用戶使用方便；(3)有大的繪圖功能。用戶只需一條或幾條語句可方便的給出復雜的二維、三維圖形；(4)含有豐富的內(nèi)部函數(shù)，可直接調(diào)用而不需另行編程，如用來求解微分方程或微分方程組

4、的dsolve函數(shù)、求解線性方程組的solve函數(shù)；(5)帶有Simulink動態(tài)模擬工具及toolbox等其他功能，可方便地生成模擬模型；(6)便于系統(tǒng)擴充，通過M文件形式，共享C、Fortran等語言的資源；(7)在涉及復雜算法的仿真中（如電氣傳動控制系統(tǒng)），彌補了PSpice傳遞函數(shù)的不足。MATLAB可以進行矩陣運算，繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)算法，創(chuàng)建用戶界面，連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算，控制設計，信號處理與通訊，圖像處理，信號檢測，金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學，工程中常用的形式十分相似，故用matlab來解算問題要比用

5、C,FORTRAN等語言便捷的多，并且matlab也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C,FORTRAN,C+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。此高級語言可用與技術(shù)計算，此開發(fā)環(huán)境可對代碼，文件和數(shù)據(jù)進行管理，交互式工具可以按迭代的方式探查，設計及求解問題，數(shù)學函數(shù)可用于線性代數(shù)，統(tǒng)計，傅立葉分析，篩選，優(yōu)化以及數(shù)值積分等，二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù)，各種工具可用于構(gòu)建自定義的

6、圖形用戶界面，各種函數(shù)可將基于matlab的算法與外部應用程序和語言集成本專業(yè)應用1.分析處理電路應用MATLAB語言編程的方法來對復雜電路進行分析和計算，不僅節(jié)約時間，方便調(diào)試電路參數(shù)，而且還可以非常直觀的觀察和測量電路中的電壓，電流和功率等物理量。結(jié)論證明，MATLAB提供了高效簡潔的編程方法，其強大而簡易的繪圖功能，矩形和數(shù)組運算能力以及很強的擴充性，能充分的滿足基本電路分析，計算的需要，從而可以大大地提高計算精度和工作效率，在電路理論學科研究與工程實踐中具體很好的應用價值。2.便于非計算機專業(yè)操作電腦MATLAB語言是基于C+語言的基礎上的，因此語法特征與C+語言極為相似，而且更加簡單

7、，更加符合科技人員對數(shù)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好，可擴展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。4. 強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，已經(jīng)過各種優(yōu)化和容錯處理。通常，可以用它來代替底層編程語言，如C,C+等。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向

8、量，快速傅立葉變換的復雜函數(shù)。函數(shù)所解決的問題包括矩陣運算和線性方程組的求解，微分方程及偏微分方程的組的求解，符號運算，傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，工程中的優(yōu)化問題，稀疏距陣運算，復數(shù)的各種運算，三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算，多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。5. 出色的圖形處理功能新版本的MATLAB不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能方面更加完善，而且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的光照處理，色衰處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等）。高層次的作圖包括動畫和表達式作圖等，可用于科學計算等。MATLAB在本專業(yè)課業(yè)應用實例1. 測量直流電路最大功率的實例：直流電路如圖所示，元件的參數(shù)已標在圖中。試利

9、用Simulink創(chuàng)建一個模型測量出電阻RL為何值時獲得最大功率并測出最大功率的值。分析：即求出ab兩端的戴維南等效電路。1 測量ab兩端開路電壓UOC的模型和仿真結(jié)果：2 測量ab兩端等效電阻Req的模型和仿真結(jié)果：(由于該電路存在受控源故采用加壓求流法)3測量電阻RL獲得的最大功率的模型和仿真結(jié)果。2.利用燃料電池的經(jīng)驗方程建立了質(zhì)子交換膜燃料電池（）的一維穩(wěn)態(tài)模型，進行了仿真和結(jié)果分析，仿真結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好利用（）編寫人機交互界面作為前臺用戶程序，以的在后臺運行，發(fā)展了一種基于和軟件包的質(zhì)子交換膜燃料電池特性參數(shù)仿真實驗軟件，并對的工作溫度、反應氣壓力等參數(shù)對其性能的影響進行了仿真

10、分析，有助于進行燃料電池特性參數(shù)仿真實驗以及對燃料電池的分析、設計和優(yōu)化3. MATLAB在自動控制理論實驗中的應用 針對傳統(tǒng)在模擬機上進行的自動控制理論實驗的缺點，提出了將MATLAB尤其是SUMULINK與模擬實驗互相結(jié)合起來的方法。詳細介紹了電氣工程自動化專業(yè)自動控制理論實驗所涉及的主要內(nèi)容。實際應用結(jié)果表明，通過仿真與模擬實驗結(jié)果的對比分析，不僅可以讓學生發(fā)現(xiàn)模擬實驗存在的錯誤，鍛煉學生分析，解決問題的能力，而且增強了學生的學習興趣，并為以后從事相關(guān)研究工作打下午基礎。4. 基于Matlab的交流斬波型PFC電路仿真研究大量電力電子裝置和非線性負載的廣泛應用，使得電力系統(tǒng)電壓及電流波形

11、發(fā)生畸變，產(chǎn)生了大量的諧波，導致電源輸入功率因數(shù)降低，對電網(wǎng)環(huán)境造成嚴重的污染，使用電設備所處環(huán)境惡化，也對周圍的通信系統(tǒng)和公共電網(wǎng)以外的設備帶來危害。為了改善電網(wǎng)環(huán)境，必須了解產(chǎn)生諧波污染的原因，并對諧波進行有效的抑制，進行功率因數(shù)校正。為了提高供電線路功率因數(shù)，保護用電設備，世界上許多國家和相關(guān)國際組織制定出相應的技術(shù)標準，以限制諧波電流含量。如：IEC555-2，IEC61000-3-2，EN60555-2等標準，規(guī)定允許產(chǎn)生的最大諧波電流。我國于1994年也頒布了電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波標準(GBT14549-93)。因此，功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)便成為電力電子研究的熱點。傳統(tǒng)功率因數(shù)校

12、正電路的結(jié)構(gòu)及其缺點基于PFC的拓撲電路的研究現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟，而且得到了十分廣泛的應用，使用得最多的是升壓斬波(Boost)和降壓斬波(Buck)電路。傳統(tǒng)的單相功率因數(shù)校正電路的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，Boost拓撲電路由于結(jié)構(gòu)簡單和成本低廉而最為流行，電路中交流電源通過專用整流橋轉(zhuǎn)換成直流，后經(jīng)過Boost PFC電路輸出，該方法具有較好的控制效果，在中小功率電源中應用較為廣泛。但其也存在一些缺點：(1)任何時刻都有三個半導體器件導通，隨著功率的提高，整流橋上消耗的功率也會隨之增加，從而提高了電源的發(fā)熱損失，降低了電源效率；(2)該Boost電路有很高的開關(guān)頻率，增大了電路的開關(guān)損耗；(3

13、)直流側(cè)的二極管降低了直流電壓，增加了電路功耗和不穩(wěn)定性。應用這里所提出的交流斬波功率因數(shù)校正電路，可以解決傳統(tǒng)校正電路中存在的以上問題。 交流斬波功率因數(shù)校正器的基本電路和工作原理1. Boost型交流斬波功率因數(shù)校正電路Boost型交流斬波功率因數(shù)校正電路的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。Q為雙向開關(guān)管。當開關(guān)管導通時，輸入電流通過電感和開關(guān)管，電感儲能，同時直流側(cè)濾波電容給負載供電；當開關(guān)管斷開時，輸入電流經(jīng)過電感和整流二極管到達負載端，電感儲能和交流電源同時給負載和電容供電?？梢钥闯觯c傳統(tǒng)的功率因數(shù)校正電路相比較，具有以下優(yōu)點：當開關(guān)管導通時，主回路電流不經(jīng)過整流橋的二極管，減小了功率損耗；傳統(tǒng)

14、電路中的快速恢復二極管VD在交流斬波功率因數(shù)校正電路中也不存在了，減小了功率損耗，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。該電路相當于兩個Boost電路的并聯(lián)，在克服傳統(tǒng)Boost PFC電路缺點的同時，保留了升壓電路的優(yōu)點。該方法的優(yōu)點在于：(1)增強了傳統(tǒng)PFC電路的諧波抑制和功率因數(shù)校正能力，可實現(xiàn)單位功率因數(shù)；(2)交流側(cè)的電感增強了電路的電磁兼容性；(3)降低了電路的傳導損失，任何時刻都只有兩個半導體器件導通；(4)通過開關(guān)管M1和M2的額定電流較小。2 Buck型交流斬波功率因數(shù)校正電路圖3所示的為Buck功率因數(shù)校正電路的基本結(jié)構(gòu)，Q為雙向開關(guān)管。當開關(guān)管斷開時，輸入電流通過電感、電容和開關(guān)管，

15、電容C1儲能。當開關(guān)管導通時，此時輸入電流經(jīng)過整流二極管到達負載端，電容儲能和交流電源同時給負載和電容供電。可以看出，Buck型交流斬波功率因數(shù)校正電路中，當開關(guān)管斷開，主回路電流不經(jīng)過整流橋的二極管，可達到減小功率損耗的目的。 仿真分析Simulink軟件是Matlab軟件包的擴展，專門用于動態(tài)系統(tǒng)的仿真，具有很強的動態(tài)系統(tǒng)仿真能力，仿真速度較快，特別是基于simuIink Power System工具箱進行功率因數(shù)校正電路的仿真，有兩個優(yōu)點：(1)基于器件模型，可以仿真器件參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響；(2)仿真模型復雜。精度較高?？梢詫⒂嬎銠C仿真技術(shù)運用到PFC裝置的分析和設計中。以Boost型為例，對文中所提出的交流斬波功率因數(shù)校正電路進行仿真分析。功率因數(shù)校正電路采用輸入電流斷續(xù)工作模式的峰值電流控制，仿真參數(shù)：uin=311sin t，L=07 mH，輸出功率P=500 W，uout=300 V。按圖4模型建模，仿真波形如圖5、圖6所示。其中，圖5為輸入電壓、電流的波形，圖6為輸出電壓的波形。 從圖5可以看出，輸入電壓和輸入電流進入穩(wěn)態(tài)后，輸入電壓和輸入電流相位幾乎一致，輸入電流也幾乎是正弦