計(jì)算機(jī)建模與仿真-第1-2-章-new

1、 計(jì)算機(jī)建模與仿真主 講：應(yīng)明峰聯(lián)系方式： 金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n1、什么是建模與仿真？n建模：對所要研究的系統(tǒng)在某些特定方面的抽象n仿真：以系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法。n2、對我們電氣、自動(dòng)化專業(yè)發(fā)展的幫助n為控制系統(tǒng)各種實(shí)驗(yàn)提供方便、廉價(jià)、靈活可靠數(shù)學(xué)模型。金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院學(xué)習(xí)參考資料學(xué)習(xí)參考資料n書籍：nMATLAB教程 羅建軍 電子工業(yè)出版社n網(wǎng)站： nhttp:/ 第二章第二章 MATLAB系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述2.1 MATLAB語言的發(fā)展2.2 MATLAB語言的特點(diǎn)2.3 MATLAB的工作環(huán)境2.4 MATLAB演示程序金陵科技學(xué)院機(jī)

2、電工程學(xué)院2.1 MATLAB語言的發(fā)展語言的發(fā)展 作為一種科學(xué)計(jì)算語言，同類的有Maple、Mathematica、MathCAD等語言，而MATLAB語言具有如下特點(diǎn)：l科學(xué)計(jì)算強(qiáng)l科學(xué)繪圖和多媒體效果強(qiáng)l公式推導(dǎo)較強(qiáng)l實(shí)時(shí)運(yùn)行發(fā)展中l(wèi)與其他算法語言相比，編程量只有幾分之一， 而且作圖和多媒體功能豐富金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院nMATLAB是由Mathwork公司于1984年正式推出的，l1988年出了3.1（Dos）版本；l1992年出了4.1（Windows）版本；l1997年出了5.1（Windows）版本；l2001年初，推出了MATLAB6.1（R12）的正式版；l2002年出了6

3、.3（R13）版本；l2003年底，出現(xiàn)了MATLAB7.0測試版；n對于學(xué)習(xí)語法基礎(chǔ)的人來說，各版本的差別不太大，本書以7.0為基礎(chǔ)給大家進(jìn)行講解。2.1 MATLAB語言的發(fā)展語言的發(fā)展金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院nMATLAB是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”（MATrix LABoratory）的縮寫，是以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語言。其主要特點(diǎn)是： 1. 友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境2.簡單易用的程序語 3.強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力 4.出色的圖形處理功能 5.應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱2.2 MATLAB語言的特點(diǎn)語言的特點(diǎn)金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n 6.實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái) 7.應(yīng)用軟件開發(fā)（包括

4、用戶界面） 8. Matlab常用工具箱介紹(英漢對照)金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n1.友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境 （MATLAB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系

5、統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。2.2 MATLAB語言的特點(diǎn)語言的特點(diǎn)金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n2.簡單易用的程序語言 Matlab一個(gè)高級的距陣/陣列語言，它包含控制語句、 函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序(M文件)后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，

6、這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。2.2 MATLAB語言的特點(diǎn)語言的特點(diǎn)金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n3.強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力lMATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C+ 。在計(jì)算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會(huì)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)到諸如距陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解

7、決的問題其大致包括矩陣運(yùn)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(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。2.2 MATLAB語言的特點(diǎn)語言的特點(diǎn)金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n4.出色的圖形處理功能lMATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和距陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫和表達(dá)式作圖?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使他不僅在一般數(shù)據(jù)可視化

8、軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）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、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。2.2 MATLAB語言的特點(diǎn)語言的特點(diǎn)金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n5.應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱lMATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來說，他們都是由特定領(lǐng)域

9、的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。2.2 MATLAB語言的特點(diǎn)語言的特點(diǎn)金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n6.實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)n新

10、版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C+數(shù)學(xué)庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C+代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。nMATLAB的一個(gè)重要特色就是他有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n7.應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）n在

11、開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel。 金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n8 Matlab常用工具箱介紹(英漢對照)n Matlab Main Toolboxmatlab主工具箱nControl System Toolbox控制系統(tǒng)工具箱nCommunication Toolbox通訊工具箱nFinancial Toolbox財(cái)政金融工具箱nSystem Identification Toolbox系統(tǒng)辨識工具箱nFuzzy Logic Too

12、lbox模糊邏輯工具箱nHigher-Order Spectral Analysis Toolbox高階譜分析工具箱nImage Processing Toolbox圖象處理工具箱nLMI Control Toolbox線性矩陣不等式工具箱nModel predictive Control Toolbox模型預(yù)測控制工具箱n-Analysis and Synthesis Toolbox分析工具箱nNeural Network Toolbox神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院nOptimization Toolbox優(yōu)化工具箱nPartial Differential Toolbox偏微分方

13、程工具箱nRobust Control Toolbox魯棒控制工具箱nSignal Processing Toolbox信號處理工具箱nSpline Toolbox樣條工具箱nStatistics Toolbox統(tǒng)計(jì)工具箱nSymbolic Math Toolbox符號數(shù)學(xué)工具箱nSimulink Toolbox動(dòng)態(tài)仿真工具箱nWavele Toolbox小波工具箱金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n雙擊MATLAB圖標(biāo)，可見MATLAB的桌面由三個(gè)視窗組成。l右半個(gè)視窗為命令窗【Command Window】l左上視窗為當(dāng)前目錄【Current Directory】，可切換為工作空間【W(wǎng)orkspac

14、e】l左下視窗為歷史命令【Command History】n命令窗【Command Window】是我們進(jìn)行編程的主要窗口，是MATLAB的工作環(huán)境之一。2.3 MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)境桌面構(gòu)成桌面構(gòu)成金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n主菜單【Desktop】的下拉子菜單中l(wèi)【desktop Layout】選擇桌面布局；【default】為默認(rèn)，出現(xiàn)默認(rèn)視窗；其后三個(gè)分別為只顯示命令窗、顯示命令和歷史窗、以標(biāo)簽形式顯示所有窗口；l【Undock *】使*窗游離；點(diǎn)擊箭頭可返回；l另外還有移動(dòng)命令窗、改變命令窗大小、保存布局、單獨(dú)打開或關(guān)閉特定窗口等子菜單；2.3 MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)

15、境用菜單【用菜單【Desktop】控制桌面】控制桌面金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院2.3 MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)境環(huán)境簡介環(huán)境簡介 MATLAB的工作環(huán)境主要由三個(gè)組成n命令窗（Command Window） ；l默認(rèn)方式打開n文本編輯窗（File Editor） ；l通過打開路徑打開，如打開q21n圖形窗（Figure Window） ；l鍵入figure或繪圖命令，如logon下面介紹命令窗的主要菜單。金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n主菜單中各項(xiàng)功能：n【file】中的New，Open，Preferencesn【edit】中的Cut，Copy，Pasten【window】中的顯示當(dāng)前打開的各視

16、窗n【help】進(jìn)入幫助視窗2.3 MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)境菜單簡介菜單簡介金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n調(diào)出上一行命令；n調(diào)出下一行命令；nFormat命令：改變顯示格式；nHelp命令：給出MATLAB當(dāng)前管理的所有程序庫名；向下依次給出MATLAB中每一個(gè)函數(shù)庫的函數(shù)用法；nExit或quit命令：正常退出MATLAB2.3 MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)境常用命令常用命令金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 鍵名 作 用 鍵名 作 用 前尋式調(diào)回已輸入過的指令行 Home 使光標(biāo)移動(dòng)到當(dāng)前行的 首端 后尋式調(diào)回已輸入過的指令行 End 使光標(biāo)移動(dòng)到當(dāng)前行的尾端 在當(dāng)前行中左移光標(biāo) Delete

17、 刪去光標(biāo)右邊的字符 在當(dāng)前行中右移光標(biāo) Backspace 刪去光標(biāo)左邊的字符 PageUp 前尋式翻閱當(dāng)前窗中的內(nèi)容 Esc 清除當(dāng)前行的全部內(nèi)容 PageDown 后尋式翻閱當(dāng)前窗中的內(nèi)容 2.3 MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)境命令行編輯的常用操作鍵命令行編輯的常用操作鍵金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院2.3 MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)境關(guān)于關(guān)于format命令命令nFormat compact ：密集顯示格式nFormat loose（默認(rèn)） ：稀疏顯示格式n注意：format可以改變數(shù)字的顯示方式，但是MATLAB內(nèi)部采用雙精度格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和運(yùn)算。金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院2.3

18、MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)境關(guān)于關(guān)于format命令命令金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院n（1）helpl得到全部子程序和工具箱庫名；n（2）help 庫名l得到庫中所有子程序名；n（3）help 子程序名l得到該子程序的功能和用法說明；2.3 MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)境關(guān)于關(guān)于help命令命令金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院nExit或quit命令：正常退出MATLAB。退出后整個(gè)進(jìn)程中輸入的命令都保存在歷史命令中，下次可以利用。n點(diǎn)擊右上方號：強(qiáng)制非正常退出MATLAB。進(jìn)程中輸入的命令都不保存。（建議不用）nSave命令：在退出前保存數(shù)據(jù)，下次用load命令再調(diào)出數(shù)據(jù)。2.3 MATLAB的工作環(huán)境的工作環(huán)境關(guān)于退出關(guān)于退出金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院2.4 演示程序演示程序ndemol可以得到MAT