大学计算机控制与仿真技术（第二版）-杨立-课件PPT
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大学计算机
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杨立
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大学计算机控制与仿真技术（第二版）-杨立-课件PPT,大学计算机,控制,节制,仿真技术,第二,杨立,课件,ppt
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1,通过本章学习，应该掌握以下内容：,第4章 MATLAB 7使用基础,MATLAB功能与特点 MATLAB的环境 MATLAB的基本操作 MATLAB的基本应用,2,20世纪70年代后期，新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler ，在给学生开线性代数课程时，开始用业余时间为学生编写使用方便的LINPACK和EISPACK的接口程序。 Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB，意思是“矩阵实验室（MATrix LABoratory）”,4.1.1 MATLAB的产生与发展,4.1 MATLAB 7简介,3,1984年，Mathworks公司成立，把MATLAB推向了市场，并继续MATLAB的研制和开发。,1993年，MATLAB的第一个Windows版本MATLAB 3.5k问世。同年，支持Windows3.x的MATLAB 4.0版本推出。,1993年11月，Mathworks公司又推出了MATLAB4.1版本 。,1997年，MATLAB 5.0版本问世。,1999年推出的MATLAB5.3版 。,4,2000年下半年，Mathworks公司推出了最新产品MATLAB 6.0（R12）的试用版，并于2001年初推出正式版。,2001年6月MATLAB 6.1版及Simulink 4.0版问世 。,2001年6月Mathworks公司推出了MATLAB 6.5/ Simulink 5.0,2004年5月，Mathworks公司推出了MATLAB 7/ Simulink 6.0,目前，社会上广为流传的是MATLAB 7.0.0和MATLAB 7.0.1。,5,1. MATLAB的优点,4.1.2 MATLAB 的特点,（1）容易使用 （2）支持多种操作系统 （3）丰富的内部函数 （4）强大的图形功能 （5）可以自动选择算法 （6）具有与其他软件和语言良好的对接性,6,2. MATLAB的缺点,首先，由于MATLAB是一种合成语言，因此，与其他高级语言相比，用MATLAB编写的程序运行起来需要的时间要长一些。 其次， MATLAB这个软件比较贵，一般的用户可能支付不起它的高昂费用。 就性价比来说，MATLAB绝对是物有所值。,7,4.1.3 MATLAB 7的新特点,1开发环境 2编程 3数学 4图形和3-D可视化 5数据I/O和外部接口 6性能与系统平台支持,8,1 .启动MATLAB,4.2 MATLAB 7的开发环境,4.2.1 MATLAB 7桌面平台,常用的方法是双击系统桌面的MATLAB图标，也可以在开始菜单的程序选项中选择MATLAB快捷方式，还可以在MATLAB的安装路径的bin子目录中双击可执行文件matlab.exe。,9,2. 桌面平台,图4-1所示为MATLAB默认设置情况下的桌面平台，该桌面上可弹出的窗口有5个: MATLAB主窗口 命令窗口（Command Window） 历史窗口（Command History） 当前目录窗口（Current Directory） 工作间管理窗口（Workspace）,10,图4-1 MATLAB的桌面平台,图4-1 MATLAB的桌面平台,11,4.2.2 MATLAB的程序编辑器,MATLAB提供了程序编辑器（图4-6所示）。在MATLAB的命令窗口中有三种方式可进入程序编辑/调试器： 选择菜单栏的“File”项中的“New”或“Open”项。 选择工具栏的“New”或“Open”项。 在命令窗口中输入edit命令。,12,图4-6 程序编辑器窗口,13,在程序编辑器里，不同文本内容分别用不同颜色字体显示。其中MATLAB的关键字如for、if、end等为蓝色，注释语句为绿色，字符串为红色，其他文本为黑色，这样的颜色设置非常醒目，便于调试。 使用MATLAB程序编辑器的编辑窗口可以编写出具有特殊目的的程序，这些程序可以是M函数，也可以是M文件（文件名为.m）。 标准的MATLAB数据文件的后缀名为.mat，这些文件是由一种特殊的二进制编码构成的。,14,4.2.3 MATLAB帮助系统,进入MATLAB联机帮助系统的方法很多，以下是其中的三种。 直接按下MATLAB主窗口中的按钮 选择“Help”下拉菜单的前四项中的任何一项 在命令窗口中执行helpwin、helpdesk或doc 联机帮助系统窗口如图4-7所示。,1联机帮助系统,15,图4-7 联机帮助窗口,16,2. 命令窗口查询帮助,（1）help系列 Help命令是常用的命令。在命令窗口直接输入Help命令再回车，将会显示当前的帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。 （2）lookfor函数 lookfor命令的使用方法是在MATLAB命令窗口输入： lookfor 函数名,17,1 .变量与常量,4.3 MATLAB 7的基本应用,4.3.1 MATLAB 7数值运算基础,（1）变量 与常规的程序设计语言不同的是，MATLAB语言并不要求对所使用变量进行事先声明，也不需要指定变量类型，它会自动根据所赋予变量的值或对变量所进行的操作来确定变量的类型。在赋值过程中，如果变量已存在，MATLAB语言将使用新值代替旧值，并以新的变量类型代替旧的变量类型。,18,在MATLAB语言中变量的命名遵守如下规则： 变量名区分大小写； 变量名长度不超过31位，第31个字符之后的字符将被忽略； 变量名以字母开头，变量名中可包含字母、数字、下划线，但不能使用标点。,（2）常量 MATLAB有一些预定义的变量，这些特殊的变量称为常量。,19,在MATLAB中，标点符号的使用相对比较灵活，不同的标点符号代表不问的运算，或是被赋予了特定的含义。,2. 标点符号的使用,3. 矩阵的基本运算,（1）矩阵变量的赋值 在MATLAB中，矩阵的输入是很直观的，矩阵的元素用 括起来，相邻元素之间用逗号或空格分隔，而采用分号来换行。,20,（2）矩阵元素的赋值 MATLAB中允许用户对矩阵的单个或多个元素进行赋值和操作。,（3）特殊矩阵的生成 MATLAB中提供了一些生成特殊矩阵的函数 。,（4）矩阵的基本运算 MATLAB中的矩阵运算只要符合矩阵维数的要求即可。,21,（1）绘制函数曲线 MATLAB提供了绘制曲线的专用函数fplot，该函数在指定范围内绘制函数曲线。常用的调用格式为： fplot(function,limits,tol,Linespec) ; 直接绘制函数曲线，function是函数名或表达式，limits是指定x轴范围的向量xmin,xmax，tol是相对误差容限，Linespec指定线条属性。 X,Y=fplot(function,limits,tol,Linespec) ; 不画图，返回计算得到的横纵座标数据。,4. 数值分析,22,（2）极小化 在数值分析中，经常要求确定函数的极值，即最大值或最小值。MATLAB提供了fminbnd、fminsearch和fminunc三个函数，分别用来寻找一元和多元函数的极值。,（3）求零点 MATLAB提供了求函数零极点的函数，函数fzero()用于寻找一维函数的过零点 。,23,（4）数值积分 MATLAB提供了三个函数trapz、quadl和quadz计算函数在有限区域内的积分。,（5）数值微分 MATLAB提供了一个粗略计算的微分函数diff，可以做数值微分，但使用有限插分进行近似将导致噪声的放大，造成较差的结果。,（6）FFT变换 FFT变换即快速傅立叶变换，是数据分析的基本方法。,24,1 .二维图形,4.3.2 MATLAB 7绘图,绘制二维图形最常用的函数就是plot函数，对于不同形式的输入，该函数可以实现不同的功能。其调用格式如下： plot(Y) plot(X,Y) plot(X,Y,s),25,（1）plot3函数 函数plot3是函数plot的三维扩展。其调用格式有如下几种： plot3(x,y,z) ； 其中x、y和z为3个相同维数的向量。函数绘出这些向量所表示的点的曲线。 plot3(X,Y,Z) ； 其中X、Y和Z为3个相同阶数的矩阵，函数绘出3矩阵的列向量的曲线。,2. 三维图形,26,（2）mesh函数 MATLAB语言中提供了一系列的网图函数。函数meshgrid是网图函数中最简单的一个，其作用是将给定的区域按一定的方式划分平面网格，该平面网格可以用来绘制三维曲面。 具体调用方式如下： （X,Y）=meshgrid(x,y),（3）surf函数 MATLAB中的surf函数用于绘制表面图形，其使用方法与mesh函数类似。,27,1 . M文件,4.3.3 MATLAB 7程序设计基础,MATLAB程序有两种形式，一种是M文件，另一种是M函数，两种形式的程序文件名后缀都是.m，但使用方法却不同。 MATLAB下的M文件可以直接执行，用户只需在MATLAB的命令窗口输入该文件名回车即可。和M文件不同，M函数必须其他语句来调用，一般不能在命令窗口单独键入函数名来运行一个M函数。 MATLAB的大多数应用程序都是由M函数的形式给出的。,28,MATLAB程序书写格式与函数的结构类似，也比较简单。程序的基本结构组成示意如下：,2. MATLAB程序设计基本规则,29,MATLAB程序设计也与其他高级计算机程序设计语言一样，有三大基本控制结构用以实现各种不同的运算功能，即有顺序、选择、循环三个结构。,3. MATLAB程序流程控制,（1）分支选择语句 分支选择语句有两种：if条件分支语句与switch开关分支语句。,（2）循环语句 MATLAB中的循环语句分为for循环语句（指定循环次数的）和while循环语句（不指定循环次数的）两种。,30,（3）MATLAB程序流程控制指令 MATLAB程序的语句流程除了有分支选择结构与循环结构来进行控制外，还
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