第1章 Matlab語言系統(tǒng)

1、第一章第一章Matlab語言系統(tǒng)語言系統(tǒng) Matlab與控制系統(tǒng)仿真 宋燕星宋燕星 防災儀器系防災儀器系內內 容容Matlab語言概述語言概述 Matlab操作入門操作入門 MATLAB語言的發(fā)展語言的發(fā)展MATLAB的主要功能及應用的主要功能及應用 MATLAB的的優(yōu)勢優(yōu)勢 MATLAB工作環(huán)境認識工作環(huán)境認識 MATLAB的常用工具的常用工具 MATLAB的的m文件與文件與m函數(shù)函數(shù) Matlab語言語言概述概述 MATLAB語言的發(fā)展語言的發(fā)展Matlab與控制系統(tǒng)仿真 MATLAB的主要功能及應用的主要功能及應用 MATLAB的優(yōu)勢的優(yōu)勢 （1） MATLAB語言的發(fā)展語言的發(fā)展 Ma

2、tlab語言是由美國的語言是由美國的Clever Moler博士博士于于1980年開發(fā)的。年開發(fā)的。 設計者的初衷是為解決設計者的初衷是為解決“線性代數(shù)線性代數(shù)”課程課程的矩陣運算問題，取名的矩陣運算問題，取名MATLAB即即Matrix Laboratory 矩陣實驗室的意思。矩陣實驗室的意思。 MATLAB是由美國是由美國Mathworks公司于公司于1984年正式推出的一種科學計算軟件。年正式推出的一種科學計算軟件。MATLAB的的3.x(DOS)版本于版本于1988年推出，隨后年推出，隨后1992年推出年推出了了4.x(Windows)版本。隨著新版本的推出，版本。隨著新版本的推出，M

3、ATLAB的擴展函數(shù)越來越多，功能越來越強的擴展函數(shù)越來越多，功能越來越強大。主要應用于數(shù)學處理，像數(shù)值計算、信號大。主要應用于數(shù)學處理，像數(shù)值計算、信號處理、圖形生成等。處理、圖形生成等。（2） MATLAB的主要功能及應用的主要功能及應用 1）數(shù)值計算和符號計算功能）數(shù)值計算和符號計算功能3）編程語言）編程語言4）MATLAB工具箱工具箱豐富的數(shù)值計算函數(shù)豐富的數(shù)值計算函數(shù)*對圖形句柄進行的低層繪圖操作對圖形句柄進行的低層繪圖操作*建立在低層繪圖操作之上的高層繪圖建立在低層繪圖操作之上的高層繪圖 操作操作2）繪圖功能。）繪圖功能。具有程序結構控制、函數(shù)調用、數(shù)具有程序結構控制、函數(shù)調用、數(shù)

4、據結構、輸入輸出、面向對象等程據結構、輸入輸出、面向對象等程序語言特征，而且簡單易學、編程序語言特征，而且簡單易學、編程效率高效率高具有程序結構控制、函數(shù)調用、數(shù)具有程序結構控制、函數(shù)調用、數(shù)據結構、輸入輸出、面向對象等程據結構、輸入輸出、面向對象等程序語言特征，而且簡單易學、編程序語言特征，而且簡單易學、編程效率高效率高主要功能主要功能 數(shù)值分析數(shù)值分析 數(shù)值和符號計算數(shù)值和符號計算 工程與科學繪圖工程與科學繪圖 控制系統(tǒng)的設計與仿真控制系統(tǒng)的設計與仿真 數(shù)字圖像處理技術數(shù)字圖像處理技術 數(shù)字信號處理技術數(shù)字信號處理技術 通訊系統(tǒng)設計與仿真通訊系統(tǒng)設計與仿真 財務與金融工程財務與金融工程 應

5、應 用用 （3） MATLAB的優(yōu)勢的優(yōu)勢 1）友好的工作平臺和編程環(huán)境）友好的工作平臺和編程環(huán)境 3）強大的科學計算機數(shù)據處理能力）強大的科學計算機數(shù)據處理能力 4）出色的圖形處理功能）出色的圖形處理功能 2）簡單易用的程序語言）簡單易用的程序語言 5）應用廣泛的模塊集合工具箱）應用廣泛的模塊集合工具箱 6）實用的程序接口和發(fā)布平臺）實用的程序接口和發(fā)布平臺 7）應用軟件開發(fā)（包括用戶界面）應用軟件開發(fā)（包括用戶界面） Matlab操作入門操作入門 MATLAB工作環(huán)境認識工作環(huán)境認識 Matlab與控制系統(tǒng)仿真 MATLAB的的常用工具常用工具 (6) MATLAB的的幫助系統(tǒng)幫助系統(tǒng) M

6、ATLAB的的m文件與文件與m函數(shù)函數(shù) (5) MATLAB的的文件管理文件管理 (4) MATLAB的的工作空間工作空間 （1） MATLAB工作環(huán)境認識工作環(huán)境認識 工具欄工具欄分類幫助窗口分類幫助窗口歷史紀錄窗口歷史紀錄窗口命令窗口命令窗口菜單欄菜單欄File菜單項實現(xiàn)有關文菜單項實現(xiàn)有關文件的操作件的操作。菜單欄菜單欄 Edit菜單項用于命令菜單項用于命令窗口的編輯操作。窗口的編輯操作。 View菜單項用于設置菜單項用于設置MATLAB集成環(huán)境的集成環(huán)境的顯示方式。顯示方式。Debug菜單項用菜單項用于于MATLAB程序程序調試調試 。Desktop菜單項用菜單項用于選擇軟件顯示于選擇

7、軟件顯示窗口的設置窗口的設置 。Window菜單只包含一個子菜單只包含一個子菜單菜單Close all Documents，用于關閉所有打開的編輯器用于關閉所有打開的編輯器窗口，包括窗口，包括M-file、Figure、Model和和GUI窗口。窗口。Help菜單項用于提菜單項用于提供幫助信息。供幫助信息。分類幫助窗口分類幫助窗口工作空間窗口工作空間窗口（workspace）即變量）即變量空間，是空間，是MATLAB用于用于存儲各種變量和結果的存儲各種變量和結果的內存空間。在該窗口中內存空間。在該窗口中顯示工作空間中所有變顯示工作空間中所有變量的名稱、大小、字節(jié)量的名稱、大小、字節(jié)數(shù)和變量類型

8、說明，可數(shù)和變量類型說明，可對變量進行觀察、編輯、對變量進行觀察、編輯、保存和刪除。保存和刪除。當前路徑窗口當前路徑窗口(Current Directory)主要顯示當前工作在什么路主要顯示當前工作在什么路徑下，包括徑下，包括M文件的打開路徑等。當前路徑窗口允許用戶對文件的打開路徑等。當前路徑窗口允許用戶對MATLAB的路徑進行查看和修改，如果修改了路徑會立即產的路徑進行查看和修改，如果修改了路徑會立即產生作用。通常啟動生作用。通常啟動MATLAB之后的默認當前路徑是之后的默認當前路徑是MATLABwork，如果不改變當前目錄，用戶自己的工作空，如果不改變當前目錄，用戶自己的工作空間和文件都將

9、保存到該目錄。間和文件都將保存到該目錄。命 令 歷 史 窗 口命 令 歷 史 窗 口 ( C om m an d H i s t o r y ) 主 要 顯 示 曾 經 在主 要 顯 示 曾 經 在command Window窗口執(zhí)行過窗口執(zhí)行過的命令。在默認設置下，歷史的命令。在默認設置下，歷史記錄窗口中會自動保留自安裝記錄窗口中會自動保留自安裝起所有用過的命令的歷史記錄，起所有用過的命令的歷史記錄，并且還標明了使用時間，從而并且還標明了使用時間，從而方便用戶查詢。方便用戶查詢。 命令窗口（命令窗口（command window）,是是MATLAB的主要交互窗口，用于輸入命的主要交互窗口，用

10、于輸入命令并顯示除圖形以外的所有執(zhí)行結果。令并顯示除圖形以外的所有執(zhí)行結果。 MATLAB命令窗口中的命令窗口中的“”為命為命令提示符，表示令提示符，表示MATLAB正在處于準備正在處于準備狀態(tài)。在命令提示符后鍵入命令并按下狀態(tài)。在命令提示符后鍵入命令并按下回車鍵后，回車鍵后，MATLAB就會解釋執(zhí)行所輸就會解釋執(zhí)行所輸入的命令，并在命令后面給出計算結果。入的命令，并在命令后面給出計算結果。（2） MATLAB的常用工具的常用工具 常用工具箱常用工具箱Matlab Main Toolboxmatlab主工具箱主工具箱 Control System Toolbox控制系統(tǒng)工具箱控制系統(tǒng)工具箱 C

11、ommunication Toolbox通訊工具箱通訊工具箱 Financial Toolbox財政金融工具箱財政金融工具箱 System Identification Toolbox系統(tǒng)辨識工具箱系統(tǒng)辨識工具箱 Fuzzy Logic Toolbox模糊邏輯工具箱模糊邏輯工具箱 Higher-Order Spectral Analysis Toolbox高階譜分析工具箱高階譜分析工具箱 Image Processing Toolbox圖象處理工具箱圖象處理工具箱 LMI Control Toolbox線性矩陣不等式工具箱線性矩陣不等式工具箱 Model predictive Control

12、Toolbox模型預測控制工具箱模型預測控制工具箱 -Analysis and Synthesis Toolbox分析工具箱分析工具箱 Neural Network Toolbox神經網絡工具箱神經網絡工具箱 Optimization Toolbox優(yōu)化工具箱優(yōu)化工具箱 Partial Differential Toolbox偏微分方程工具箱偏微分方程工具箱 Robust Control Toolbox魯棒控制工具箱魯棒控制工具箱 Signal Processing Toolbox信號處理工具箱信號處理工具箱 Spline Toolbox樣條工具箱樣條工具箱 Statistics Toolbo

13、x統(tǒng)計工具箱統(tǒng)計工具箱 Symbolic Math Toolbox符號數(shù)學工具箱符號數(shù)學工具箱 Simulink Toolbox動態(tài)仿真工具箱動態(tài)仿真工具箱 Wavele Toolbox小波工具箱小波工具箱 常用函數(shù)常用函數(shù)Matlab內部常數(shù)內部常數(shù): eps：浮點相對精度：浮點相對精度 exp：自然對數(shù)的底數(shù)：自然對數(shù)的底數(shù)e i 或或 j：基本虛數(shù)單位：基本虛數(shù)單位 inf 或或 Inf：無限大，：無限大， 例如例如1/0 nan或或NaN：非數(shù)值（：非數(shù)值（Not a number），例如），例如0/0 pi：圓周率：圓周率 p（= 3.1415926.） realmax：系統(tǒng)所能表示

14、的最大數(shù)值：系統(tǒng)所能表示的最大數(shù)值 realmin：系統(tǒng)所能表示的最小數(shù)值：系統(tǒng)所能表示的最小數(shù)值 nargin: 函數(shù)的輸入引數(shù)個數(shù)函數(shù)的輸入引數(shù)個數(shù) nargout: 函數(shù)的輸出引數(shù)個數(shù)函數(shù)的輸出引數(shù)個數(shù) lasterr：存放最新的錯誤信息：存放最新的錯誤信息 lastwarn：存放最新的警告信息：存放最新的警告信息 MATLAB常用基本數(shù)學函數(shù)常用基本數(shù)學函數(shù) abs(x)：純量的絕對值或向量的長度：純量的絕對值或向量的長度 angle(z)：復數(shù)：復數(shù)z的相角的相角(Phase angle) sqrt(x)：開平方：開平方 real(z)：復數(shù)：復數(shù)z的實部的實部 imag(z)：復數(shù)

15、：復數(shù)z的虛部的虛部 conj(z)：復數(shù)：復數(shù)z的共軛復數(shù)的共軛復數(shù) round(x)：四舍五入至最近整數(shù)：四舍五入至最近整數(shù) fix(x)：無論正負，舍去小數(shù)至最近整數(shù)：無論正負，舍去小數(shù)至最近整數(shù) floor(x)：下取整，即舍去正小數(shù)至最近整數(shù)：下取整，即舍去正小數(shù)至最近整數(shù) ceil(x)：上取整，即加入正小數(shù)至最近整數(shù)：上取整，即加入正小數(shù)至最近整數(shù) rat(x)：將實數(shù)：將實數(shù)x化為多項分數(shù)展開化為多項分數(shù)展開 rats(x)：將實數(shù)：將實數(shù)x化為分數(shù)表示化為分數(shù)表示 sign(x)：符號函數(shù)：符號函數(shù) (Signum function)。 當當x0時，時，sign(x)=1。

16、rem(x,y)：求：求x除以除以y的馀數(shù)的馀數(shù) gcd(x,y)：整數(shù)：整數(shù)x和和y的最大公因數(shù)的最大公因數(shù) lcm(x,y)：整數(shù)：整數(shù)x和和y的最小公倍數(shù)的最小公倍數(shù) exp(x) ：自然指數(shù)：自然指數(shù) pow2(x)：2的指數(shù)的指數(shù) log(x)：以：以e為底的對數(shù)，即自然對數(shù)或為底的對數(shù)，即自然對數(shù)或 log2(x)：以：以2為底的對數(shù)為底的對數(shù) log10(x)：以：以10為底的對數(shù)為底的對數(shù) MATLAB常用三角函數(shù)常用三角函數(shù) sin(x)：正弦函數(shù)：正弦函數(shù) cos(x)：余弦函數(shù)：余弦函數(shù) tan(x)：正切函數(shù)：正切函數(shù) asin(x)：反正弦函數(shù)：反正弦函數(shù) acos(

17、x)：反余弦函數(shù)：反余弦函數(shù) atan(x)：反正切函數(shù)：反正切函數(shù) atan2(x,y)：四象限的反正切函數(shù)：四象限的反正切函數(shù) sinh(x)：雙曲正弦函數(shù)：雙曲正弦函數(shù) cosh(x)：雙曲余弦函數(shù)：雙曲余弦函數(shù) tanh(x)：雙曲正切函數(shù)：雙曲正切函數(shù) asinh(x)：反雙曲正弦函數(shù)：反雙曲正弦函數(shù) acosh(x)：反雙曲余弦函數(shù)：反雙曲余弦函數(shù) atanh(x)：反雙曲正切函數(shù)：反雙曲正切函數(shù) 適用于向量的常用函數(shù)有適用于向量的常用函數(shù)有: min(x): 向量向量x的元素的最小值的元素的最小值 max(x): 向量向量x的元素的最大值的元素的最大值 mean(x): 向量向量

18、x的元素的平均值的元素的平均值 median(x): 向量向量x的元素的中位數(shù)的元素的中位數(shù) std(x): 向量向量x的元素的標準差的元素的標準差 diff(x): 向量向量x的相鄰元素的差的相鄰元素的差 sort(x): 對向量對向量x的元素進行排序（的元素進行排序（Sorting） length(x): 向量向量x的元素個數(shù)的元素個數(shù) norm(x): 向量向量x的歐氏（的歐氏（Euclidean）長度）長度 sum(x): 向量向量x的元素總和的元素總和 prod(x): 向量向量x的元素總乘積的元素總乘積 cumsum(x): 向量向量x的累計元素總和的累計元素總和 cumprod(

19、x): 向量向量x的累計元素總乘積的累計元素總乘積 dot(x, y): 向量向量x和和y的內積的內積 cross(x, y): 向量向量x和和y的外積的外積 MATLAB基本繪圖函數(shù)基本繪圖函數(shù) plot: x軸和軸和y軸均為線性刻度（軸均為線性刻度（Linear scale） loglog: x軸和軸和y軸均為對數(shù)刻度（軸均為對數(shù)刻度（Logarithmic scale） semilogx: x軸為對數(shù)刻度，軸為對數(shù)刻度，y軸為線性刻度軸為線性刻度 semilogy: x軸為線性刻度，軸為線性刻度，y軸為對數(shù)刻度軸為對數(shù)刻度 plot繪圖函數(shù)的參數(shù)繪圖函數(shù)的參數(shù) 字元字元 顏色顏色 字元字

20、元 圖線型態(tài)圖線型態(tài) y 黃色黃色 . 點點 k 黑色黑色 o 圓圓 w 白色白色 x x b 藍色藍色 + + g 綠色綠色 * * r 紅色紅色 - 實線實線 c 亮青色亮青色 : 點線點線 m 錳紫色錳紫色 -. 點虛線點虛線 - 虛線虛線 注解注解 xlabel(Input Value); % x軸注解軸注解 ylabel(Function Value); % y軸注解軸注解 title(Two Trigonometric Functions); % 圖形標題圖形標題 legend(y = sin(x),y = cos(x); % 圖形注解圖形注解 grid on; % 顯示格線顯示格

21、線 二維繪圖函數(shù)二維繪圖函數(shù) bar 長條圖長條圖 errorbar 圖形加上誤差范圍圖形加上誤差范圍 polar 極座標圖極座標圖 hist 累計圖累計圖 rose 極座標累計圖極座標累計圖 stairs 階梯圖階梯圖 stem 針狀圖針狀圖 fill 實心圖實心圖 feather 羽毛圖羽毛圖 compass 羅盤圖羅盤圖 quiver 向量場圖向量場圖 fplot 較精確的函數(shù)圖形較精確的函數(shù)圖形 (3) MATLAB的的m文件與文件與m函數(shù)函數(shù)獨立的獨立的m文件文件 不需要輸入輸出參數(shù)的帶有擴展名不需要輸入輸出參數(shù)的帶有擴展名.m的的m文件文件 注釋文件注釋文件 執(zhí)行文件執(zhí)行文件 No

22、Image M函數(shù)函數(shù) function y=sinc(x) 書寫格式：書寫格式： functiona1,a2.=myfunction（b1,b2.） 函數(shù)函數(shù)M文件需要相應的輸入輸出。文件需要相應的輸入輸出。NoImageNoImage（4） MATLAB的工作空間的工作空間 1.一組可以在命令窗口中調整（調用）的參數(shù)一組可以在命令窗口中調整（調用）的參數(shù)：who：顯示當前工作空間中所有變量的一個簡單列表：顯示當前工作空間中所有變量的一個簡單列表whos：則列出變量的大小、數(shù)據格式等詳細信息：則列出變量的大小、數(shù)據格式等詳細信息clear ：清除工作空間中所有的變量：清除工作空間中所有的變量

23、clear 變量名變量名：清除指定的變量：清除指定的變量2.保存和載入保存和載入workspace（1）save filename variables 將變量列表將變量列表variables所列出的變量保存到磁盤文件所列出的變量保存到磁盤文件filename中中 Variables所表示的變量列表中，不能用逗號，各個不同的所表示的變量列表中，不能用逗號，各個不同的變量之間只能用空格來分隔。變量之間只能用空格來分隔。 未列出未列出variables時，表示將當前工作空間中所有變量都保時，表示將當前工作空間中所有變量都保持到磁盤文件中。持到磁盤文件中。 缺省的磁盤文件擴展名為缺省的磁盤文件擴展名為

24、“.mat”，可以使用，可以使用“-”定義不同定義不同的存儲格式（的存儲格式（ASCII、V4等）等）（2）load filename variables 將以前用將以前用save命令保存的變量命令保存的變量variables從磁盤文件中從磁盤文件中調入調入MATLAB工作空間。工作空間。 用用load 命令調入的變量，其名稱為用命令調入的變量，其名稱為用save命令保存時命令保存時的名稱，取值也一樣。的名稱，取值也一樣。 Variables所表示的變量列表中，不能用逗號，各個不所表示的變量列表中，不能用逗號，各個不同的變量之間只能用空格來分隔。同的變量之間只能用空格來分隔。 未列出未列出va

25、riables時，表示將磁盤文件中的所有變量都時，表示將磁盤文件中的所有變量都調入工作空間。調入工作空間。3、退出工作空間、退出工作空間 quit 或或 exit（5） MATLAB的文件管理的文件管理 文件管理的命令，包括列文件名、顯示或刪除文件、文件管理的命令，包括列文件名、顯示或刪除文件、顯示或改變當前目錄等。（顯示或改變當前目錄等。（what、dir、type、delete、cd、which） what：顯示當前目錄下所有與：顯示當前目錄下所有與matlab相關的文件及相關的文件及它們的路徑。它們的路徑。 dir：顯示當前目錄下所有的文件：顯示當前目錄下所有的文件 which：顯示某個

26、文件的路徑：顯示某個文件的路徑 cd path：由當前目錄進入：由當前目錄進入path目錄目錄 cd .：返回上一級目錄：返回上一級目錄 cd：顯示當前目錄：顯示當前目錄 type filename：在命令窗口中顯示文件：在命令窗口中顯示文件filename delete filename：刪除文件：刪除文件filename（6） MATLAB的幫助系統(tǒng)的幫助系統(tǒng) 1. help命令主要有以下幾種格式：命令主要有以下幾種格式：格式一：格式一：help不帶任何參數(shù)，這時將顯示MATLAB的所有目錄項。格式二：格式二：help+目錄名目錄名顯示出指定目錄中的所有命令及其函數(shù)。格式三：格式三：help+命令名命令名 或或 help+函數(shù)名函數(shù)名 或或 help+符號符號顯示出有