第9章 MATLAB工具箱幻灯片.ppt

第9章MATLAB工具箱 第9章MATLAB工具箱 学习目标MATLAB工具箱的含义 MATLAB工具箱的作用与功能 MATLAB工具箱所应用的主要领域 MATLAB工具箱的使用方法 9 1MATLAB工具箱概述 MATLAB工具箱其实就是一些M文件的集合 用户可以修改工具箱中的函数 甚至可以通过编制M文件来任意添加工具箱中原来没有的工具函数 此功能充分体现了MATLAB语言的开放性 许多的专业领域在MATLAB中都有自己的工具箱 假如用户发现自己的专业领域没有该工具箱的话 也可以自己开发一个 MATLAB有20多个工具箱 大致可分为两类 一类是功能型工具箱 该工具箱主要用来扩充MATLAB的符号计算功能 图形建模仿真功能 文字处理功能以及与硬件实时交互功能 能用于多种学科 另一类是领域型工具箱 该工具箱专业性很强 如控制工具箱 ControlToolbox 信号处理工具箱 SignalProcessingToolbox 等 9 2打开MATLAB工具箱的方式 打开MATLAB工具箱的方式通常有两种 一种方式是打开MATLAB软件之后 在MATLAB窗口的左下角 单击 Start 按钮 选择其中Toolboxes命令另一种方式是在MATLAB命令提示符下输入相应工具箱的命令 也可以打开相应的工具箱 9 3MATLAB工具箱简要介绍 1 通信工具箱 CommunicationToolbox 2 控制系统工具箱 ControlSystemToolbox 3 财政金融工具箱 FinancialTooLbox 4 频率域系统辨识工具箱 FrequencyDomainSystemldentificationToolbox 5 模糊逻辑工具箱 FuzzyLogicToolbox 6 高阶谱分析工具箱 Higher OrderSpectralAnalysisToolbox 7 图像处理工具箱 ImageProcessingToolbox 8 线性矩阵不等式控制工具箱 LMIControlToolbox 9 模型预测控制工具箱 ModelPredictiveControlToolbox 10 u分析与综合工具箱 u AnalysisandSynthesisToolbox 11 神经网络工具箱 NeurslNetworkToolbox 12 优化工具箱 OptimizationToolbox 13 偏微分方程工具箱 PartialDifferentialEquationToolbox 14 鲁棒控制工具箱 RobustControlToolbox 15 信号处理工具箱 SignalProcessingToolbox 16 样条工具箱 SPlineToolbox 17 数理统计工具箱 StatisticsToolbox 18 符号数学工具箱 SymbolicMathToolbox 19 系统辨识工具箱 SystemIdentificationToolbox 20 小波工具箱 WaveletToolbox 9 4MATLAB常用工具箱的使用方法 在这里选择模糊逻辑工具箱 数理统计工具箱 符号数学工具箱作为应用实例 通过这3个工具箱的具体应用来说明其他工具箱也有类似的使用方法 以此来引导读者自学自己感兴趣的其他工具箱 9 4 1MATLAB模糊逻辑工具箱应用 MATLAB模糊逻辑工具箱为模糊控制器的设计提供了一种非常便捷的途径 通过它读者不需要进行复杂的模糊化 模糊推理及反模糊化运算 只需要设定相应参数 就可以很快得到读者所需要的控制器 而且修改也非常方便 1 MATLAB模糊逻辑工具箱打开方式在MATLAB窗口的左下角单击Start按钮选择Toolboxes FuzzyLogic FISEditorViewer命令 打开MATLAB模糊逻辑工具箱 如图 2 模糊控制器的设计在模糊逻辑工具箱中File NewFIS Mamdani命令 打开如图9 3所示的模糊控制系统编辑器 3 确定模糊控制器结构确定模糊控制器结构即根据具体的系统确定输入 输出量 这里根据需要选取标准的二维控制结构 即输入为误差I和误差变化IC 输出为控制量O 在模糊控制系统编辑器中的Name文本框中输入I 因为要用的是两个输入 所以选择Edit Addvariable input命令 添加一个输入量 然后修改input2为IC 在模糊控制系统编辑器中单击右边的output1图形 在Name文本框中将output1修改为O 应该注意这里的变量都是精确量 相应的模糊量I IC和为O 结果如图9 4所示 4 输入 输出变量的模糊化双击模糊控制系统编辑器右上角的I图形 打开一个新界面 在Range和DisplayRange文本框中 可以输入取值范围 在Name文本框中填写隶属函数的名称 在Type下拉列表框中选择trimf选项 三角形隶属函数曲线 当然也可选其他形状 在Params 参数 下拉列表框中选择三角形涵盖的区间 并填写3个值 分别为三角形底边的左端点 中点和右端点在横坐标上的值 这些值可以由读者自己确定 5 模糊推理决策算法设计首先要确定模糊规则 对于这个二维控制结构以及相应的输入模糊集 可以制定36条模糊控制规则 选择View Rules命令 再选择Edit Rules命令 单击Addrule按钮 6 对输出模糊量的解模糊选择File Exporttodisk命令 即可得到一个 fis文件 这个文件就是读者所设计的模糊控制器 9 4 2MATLAB数理统计工具箱应用 MATLAB的数理统计工具箱主要功能是概率分布和随机数生成 多变量分析 回归分析 主元分析 假设检验 MATLAB的数理统计工具箱是MATLAB工具箱中较为简单的一个 1 打开数理统计工具箱在MATLAB窗口的左下角单击Start按钮选择Toolboxes Statistics命令 如图9 7所示 其中有4个功能窗口 可以根据需要打开相应的内容 2 数理统计工具箱的参数估计函数 3 数理统计工具箱的累积分布函数 4 数理统计工具箱的概率密度函数 5 数理统计工具箱的逆累积分布函数 6 数理统计工具箱的分布矩函数 7 数理统计工具箱的统计特征函数 8 数理统计工具箱的统计绘图函数 9 数理统计工具箱的统计处理控制函数 10 数理统计工具箱的假设检验函数 11 数理统计工具箱的试验设计函数 9 4 3MATLAB符号数学工具箱应用 MATLAB符号数学工具箱主要功能是表达式和符号矩阵的创建 符号微积分 线性代数 方程求解 因式分解 展开和简化 符号函数的二维图形及图形化函数计算器等 MATLAB符号运算是通过集成在MATLAB中的符号数学工具箱 SymbolicMathToolbox 来实现的 和其他的工具箱有所不同 该工具箱不是基于矩阵的数值分析 而是使用字符串来进行符号分析与运算 MATLAB的符号数学工具箱可以完成几乎所有的符号运算功能 1 符号表达式的运算函数 2 符号与数值间的转换以及符号的可变精度计算函数 3 符号表达式的化简函数 4 符号矩阵函数 5 符号微积分