计算机仿真与模拟0-概述.ppt

计算机仿真与模拟 参考教材 Matlab及在电子信息课程中的应用 陈怀琛 电子工业出版社 06 03Matlab simulink建模与仿真 张德丰 电子工业出版 09 06Matlab程序设计与应用 刘卫国 高等教育出版社 06 07 课程内容简介 MATLAB基础知识基于MATLAB的数值运算利用MATLAB绘制图形利用MATLAB求解电路 信号处理的问题动态系统仿真 Simulink基础基于Simulink的建模与仿真 学会Matlab将让你终生受益 为什么要学这门课 学习Matlab的基本原因 不希望学生在编程上花太多时间 课程目的不是学习编程社会化的运行带来的好处 合理利用可以节约大量的时间面向对象的思想带来巨大的好处紧密结合科学的前沿FromBBS 博士论文 Matlab word Matlab的学习方法 必须做大量的练习 熟悉其中的函数联系和自己的课题相关 深刻的体会多看帮助文件 一本好的参考书会提问题 寻求大家的帮助记住 Matlab可以做很多事情 概述MATLAB基本使用MATLAB的基本矩阵分析矩阵操作流程控制 MATLAB基础 一 概述 MATLAB是一种以矩阵为基础的交互式系统计算平台 它用于科学和工程的计算与可视化在于快速开发计算方法 而不在于计算速度 1 1MATLAB的发展 70s末期 CleveMoler开发了 通俗易懂 Fortran接口程序 用于矩阵运算 取名为MATLAB 即MATrixLABoratory1983年春天 工程师JohnLittle与Moler SteveBangert一起用C语言开发了第二代专业版MATLAB1984年MathWorks公司成立 MATLAB正式推向市场1993年Matlab4 0 1 1MATLAB的发展 续 1995年Matlab4 2 带有Simulink 1997年Matlab5 02000 10matlab6 02002 8Matlab6 52004 7Matlab7 02006年MatlabR系列 采用 R 年代 代码 代码 春季a 秋季b 1 2Matlab能做什么 基本的数据处理优化和解方程动态过程仿真 实时的和非实时的数据来源 Excel 数据库 A D等等嵌入式的控制 Pc 104和DSP神经元网络 小波分析 GA等等虚拟现实仿真 1 3MATLAB特点 1 MATLAB是一种解释性语言MATLAB以解释方式工作的 键入算式立即得结果 无需编译 它对每条语句解释后立即执行 2 变量的 多功能性 1 每个变量代表一个矩阵 它可以有n m元素 2 每个元素都看作复数 3 矩阵行数 列数无需定义3 运算符号的 多功能性 所有的运算 包括加 减 乘 除 函数运算都对矩阵和复数有效 1 3MATLAB特点 4 人机界面适合科技人员语言规则与笔算式相似 MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近 因此 易写易读易交流 5 强大而简易的作图功能 1 能根据输入数据自动确定坐标绘图 2 能规定多种坐标绘图 3 能绘制三维坐标中的曲线和曲面 4 可设置不同颜色 线型 视角等 6 智能化程度高 1 3MATLAB特点 7 功能丰富 可扩展性强MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分 基本部分包括 矩阵的运算和各种变换 代数和超越方程的求解 数据处理和傅里叶变换 数值积分等等 扩展部分称为工具箱 toolbox 用于解决某一个方面的专门问题 或实际某一类的新算法 现在已经有控制系统 信号处理 图像处理 系统辨识 模糊集合 神经元网络 小波分析等20余个工具箱 并且还在继续发展中 Matlab产品家族 Matlab扩展支持在matlab中队系统的实施和开发 工具箱 专用的函数库 解决特定领域的问题 Simulink非线性系统仿真Blockset是专门为simulink建立的模块 1 4网络资源 新闻组MATLAB的新闻组是comp soft sys MATLAB 浏览器指向网络上的工具箱 二 MATLAB基础使用 2 1MATLAB安装与启动Matlab的安装 Matlab的启动选择桌面上的MATLAB应用程序图标 双击 或单击 开始 程序 MATLAB R2008a MatlabR2008a 2 2Matlab的工作环境 通常情况下 MATLAB的工作环境主要有 命令窗口 CommandWindow 当前路径窗口 CurrentDirectory 工作区间浏览器 Workspace 命令历史窗口 CommandHistory 图形窗口 Figure 文本编辑窗口 Editor 2 2Matlab的工作环境 2 2Matlab的工作环境 命令窗口下的File子菜单 New及其子菜单 允许用用户建立新的文件 M文件 新的图形窗 Figure 变量 variable 仿真模型文件 model 和图形用户界面文件 GUI Open 打开一个已经存在的文件 CloseCommandWindow 关闭命令窗口 ImportData 在MATALB工作空间中生成一变量 并从指定的路径和相应的文件中获取数据 SaveWorkspaceAs 将工作空间中的所有变量数据保存在指定的路径下的相应的文件 mat 中 SetPath 设置MATLAB的搜索路径 Preferences 允许用户对系统的一些性能参数进行设置 如数据格式 字体大小与颜色等 MATLAB命令窗口的工具栏介绍 工具栏上按钮的含义部分 打开一个新的 m文件编辑器窗口 在编辑器中打开一个已有的MATALB相关文件 创建一个新的Simulink模块文件 打开MATLAB的帮助 设置当前路径 窗口布局dock undock 2 2Matlab的工作环境 命令窗中的菜单与功能MATLAB命令窗口 CommandWindow 是用户和MATLAB系统交互的主要窗口 在命令窗口中可以直接输入相应的命令 系统将自动显示信息 用户可以运行函数 执行MATLAB的基本操作命令以及对MATLAB系统的参数设置等操作 在命令窗口的菜单条下 一般有6个下拉子菜单 File Edit Debug Desktop Windows和Help 在命令窗口中 提示符后面可以输入相关命令运算结果立即得到 命令窗口的编辑功能 MATLAB的特殊的功能键 调出上一个 历史 命令行 调出下一个命令行Esc恢复命令输入的空白状态当输入命令的语句过长 需要两行或多行才能输入 则要使用 作连接符号 按回车键 Enter 转入下一行继续输入 Quit 退出MATLAB 显示行间距的格式控制 命令 format紧凑格式 formatcompact稀疏格式 formatloose 默认格式 数据精度显示格式 MATLAB中所有的量为双字长浮点数 显示按下面显示规则 在缺省情况下 当结果为整数 作为整数显示 当结果为实数 以小数后4位的精度近似显示 如果结果中的有效数字超出了这一范围 以科学计数法显示结果 format命令改变显示格式 常用的的格式有formattype注 type具体类型如下 数据精度显示格式 历史命令窗口 命令历史窗口 CommandHistory 主要显示曾经在CommandWindow窗口执行过的命令可以直接调入到命令窗口 工作空间窗口 工作空间它允许用户查看当前MATLAB工作空间的内容 而且通过它可以对工作空间中的变量进行删除 保存 修改等操作 当前工作路径 当前路径窗口 CurrentDirectory 主要显示当前工作在什么路径下 包括M文件的打开路径等 当前路径窗口允许用户对MATLAB的路径进行查看和修改 如果修改了路径会立即产生作用 通常启动MATLAB之后的默认当前路径是 MATLAB work 如果不改变当前目录 用户自己的工作空间和文件都将保存到该目录 MATLAB的搜索顺序 如果在命令窗口中输入如下命令 testMATLAB对这一命令的搜索顺序为 1 检查 test 是否是存储在工作空间中的变量 若为工作空间中变量 则返回该变量的内容 否则进行下一步 2 检查 test 是否为MATLAB的内部函数 若为内部函数 则返回要求输入内部函数参数信息 否则进行下一步 3 检查当前目录中是否有test m test mex或test dll文件 4 检查MATLAB搜索路径上是否存在test m test mex或test dll文件 5 如不满足上述任何一条件 则返回出错信息 MATLAB的搜索顺序 如果在搜索路径中存在两个或多个同名函数 则只能发现搜索路径中的第一个函数 而其它同名函数不被执行 此搜索的顺序只是一般情况下的顺序 而实际的搜索规则要复杂得多 设置当前工作路径 方法一 在当前路径窗口 CurrentDirectory 将文件所在的路径设置为当前路径 设置当前工作路径 方法二 单击File菜单中的SetPath 项 弹出路径设置对话框如图所示 图像窗口 MATLAB图形窗 Figure 主要用于显示用户所绘制的图形 通常 只要执行了任意一种绘图命令 图形窗就会自动产生 绘图都在这一个图形窗中进行 如果再建一个图形窗 则可键入figure命令 MATLAB会新建一个图形窗 并自动给它排出序号 文本窗口 通常 MATLAB命令编辑有行命令方式和文件方式两种 1 行命令方式 在命令窗口中一行一行地输入命令 计算机对每一行命令作出反应 2 MATLAB文本编辑器 MATLAB文本编辑器的功能就是完成编写 修改和调试这种文件程序就要用到M文件编辑器 调试器 文本编辑器 调试器的启动可以从命令窗口中选择新建或打开文件按钮进入 或在命令窗口中键入 edit 回车 其编辑模式如图所示 文本编辑器的相关菜单功能 SaveandRun 保存并运行程序 直到遇到下一个断点 SingleStep 单步执行 StepIn 运行当前程序行 如果当前行调用了另外一个函数 则跳转到这个函数里 ExitDebugMode 退出调试模式 Set ClearBreakpoint 设置 清除断点 ClearAllBreakpoints 清除所有的断点 StopIfError 程序运行时遇到错误则停止 StopIfWarming 程序运行进遇到警告则停止 StopIfNaNorInf 程序运行时遇到不是数 NotaNumber 或是无穷大 InfiniteValue MATLAB的基本操作命令 1 窗口命令clc 清除命令窗口里的内容 光标回到窗口的左上角 clf 清除当前Figure窗口里的所有非隐藏图形对象 Close 关闭当前的Figure窗口 Closeall 关闭所有的Figure窗口 MATLAB的基本操作命令 2 工作空间管理命令who 列出当前工作空间里的所有变量 Whos 列出当前工作空间里的所有变量及大小 类型和所占的存储空间 Clear 从工作空间清除所有变量 Clearall 从工作空间清除所有变量 函数和MEX文件 Save 将工作空间里的变量保存到磁盘文件 Load 将磁盘文件里的变量加载到工作空间 Workspace 显示Workspace浏览器 2 3帮助的使用 help命令 它最常用 最快 往往也是最有效的 给出关键字就能找到相应的说明 Help命令简单易用 但是它要求准确给出关键字 HelpDesk 这是MATLAB的HTML格式的帮助文档 可以在命令行键入helpdesk进入 HelpDesk的搜索可以使用不完全关键字 电子版手册PDF MATLAB里包含了大量关于MATLAB安装 使用 编程以及各种工具箱等的电子版手册 全部为PDF格式 具有搜索功能 因此也可以在指定的手册中