第1章_matlab-介绍及环境设置

MATLAB语言应用及仿真 主讲 祁亚萍山东科技大学信息科学与工程学院 MATLAB课程介绍 定位 专业选修课目标 了解MATLAB 能够熟练掌握数学 矩阵 运算 简单编程 简单的数据处理及基本图形绘制 应用Matlab进行系统分析与设计 熟悉simulink仿真环境 MATLAB6 5环境MATLAB的数值计算 符号计算MATLAB的计算的可视化和GUI设计MATLAB程序设计线性控制系统分析与设计Simulink仿真环境 学习内容 第一节MATLAB语言概述 matlab语言是由美国的CleveMoler博士于1980年和其同事开发的 设计者的初衷是为解决 线性代数 课程的矩阵运算问题 取名MATLAB即MatrixLaboratory矩阵实验室的意思 MATLAB是一种直译式的高级语言 比其它程序设计语言容易 MATLAB语言与C语言及Fortran的关系就如C语言与汇编语言的关系 一 MATLAB语言的发展 MATLAB语言是功能强大的计算机高级语言 它以超群的风格与性能风靡全世界 成功地应用于各工程学科的研究领域 MATLAB在美国已经作为大学工科学生必修的计算机语言之一 C FORTRAN ASSEMBLER MATLAB 近年来 MATLAB语言已在我国推广使用 现在已应用于各学科研究部门和许多高等院校 工业研究与开发数学教学 特别是线性代数数值分析和科学计算方面的教学与研究电子学 控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究经济学 化学和生物学等计算问题的所有其他领域中的教学与研究 二 matlab在各领域的应用 x linspace 0 6 y1 sin 2 x y2 sin x 2 y3 sin x 2 plot x y1 x y2 x y3 例 用简短命令计算并绘制在0 x 6范围内的sin 2x sinx2 sin2x 用四种方法描述cos x sin y 图形 语言简洁紧凑 语法限制不严 程序设计自由度大 可移植性好运算符 库函数丰富图形功能强大界面友好 编程效率高扩展性强Simulink动态仿真功能 三 MATLAB语言的特点 强大的数值 矩阵 运算功能广泛的符号运算功能高级与低级兼备的图形功能 计算结果的可视化功能 可靠的容错功能应用灵活的兼容与接口功能信息量丰富的联机检索功能 四 MATLAB语言的功能 1 矩阵运算功能 MATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能 是基于矩阵运算的处理工具 变量 矩阵 运算 矩阵的运算 例如C A B A B C都是矩阵 是矩阵的加运算 即使一个常数 Y 5 MATLAB也看做是一个1 1的矩阵 符号运算即用字符串进行数学分析 允许变量不赋值而参与运算 用于解代数方程 微积分 复合导数 积分 二重积分 有理函数 微分方程 泰勒级数展开 寻优等等 可求得解析符号解 2 符号运算功能 3 丰富的绘图功能与计算结果的可视化 具有高层绘图功能 两维 三维绘图具有底层绘图功能 句柄绘图使用plot函数可随时将计算结果可视化 4 图形化程序编制功能 动态系统进行建模 仿真和分析的软件包用结构图编程 而不用程序编程只需拖几个方块 连几条线 即可实现编程功能 5 丰富的MATLAB工具箱 MATLAB主工具箱符号数学工具箱SIMULINK仿真工具箱控制系统工具箱信号处理工具箱图象处理工具箱通信工具箱系统辨识工具箱神经网络工具箱财政金融工具箱 许多学科 在MATLAB中都有专用工具箱 现在其本身已有40多个工具箱 另外还有其他研究单位开发的工具箱 大多可以在网上免费得到 MATLAB语言的扩展开发还远远没有结束 各学科的相互促进 将使得MATLAB更加强大 可与C语言 FORTRAN语言跨平台兼容 用函数CMEX FMEX实现 6 MATLAB的兼容功能 1 0Warning Dividebyzeroans Inf 7 MATLAB的容错功能 非法操作时 给出提示 并不影响其操作 8 MATLAB的开放式可扩充结构 可随时检索matlab函数可随时查询matlab函数的使用方法 matlab所有函数都是开放的用户可按自己意愿随意更改正因为此功能 使得matlab的应用越来越广泛 9 强大的联机检索帮助系统 1 2MATLAB6 5环境设置 1 命令窗口 CommandWindow 1 命令行的显示方式 a 12 7a 12 7000 b Hello b Hello ifa 0c 5 endc 5 1 2 3通用操作界面窗口 2 命令窗口中命令行的编辑 3 命令窗口中的标点符号 a 12 5 b Hello a 12 5000b Hello c 12 34 56 c 123456 d a c 4 数值计算结果的显示格式及设置 默认显示格式为 当数值为整数 以整数显示 当数值为实数 以小数后4位的精度近似显示 即以 Short 格式显示 如果数值的有效数字超出了这一范围 则以科学计数法显示结果 显示格式设置 选择菜单 File Preferences 直接在命令窗口中输入 format 命令来进行数值显示格式的设置 2 当前目录浏览器窗口 CurrentDirectoryBrowser 通过命令设置cd 显示当前目录cd目录 指定当前目录cd 指定上一级目录为当前目录在当前目录设置区设置 5 命令窗口的常用控制命令clc 用于清空命令窗口中的显示内容 more 在命令窗口中控制其后每页的显示内容行数 语法 more n moreon moreoff 3 历史命令窗口 CommandHistory 4 工作空间浏览器窗口 WorkspaceBrowser 1 当前目录浏览器窗口中变量的操作 说明 变量1 变量2可以省略 省略时则装载所有变量 loadFilename1 把FileName1 mat文件中的全部变量装入内存 loadFileName2ab 把FileName2 mat文件中的a b变量装入内存 load 从数据文件中取出变量到工作空间 loadFileName变量1变量2 whos 查阅MATLAB内存变量变量名 大小 类型和字节数 whosNameSizeBytesClassa1x18doublearrayb1x510chararrayc3x248doublearrayGrandtotalis12elementsusing66bytes 说明 i 1 表示存在一个变量名为 X 的变量 i 2 表示存在一个名为 X m 的文件 i 3 表示存在一个名为 X mex 的文件 i 4 表示存在一个名为 X mdl 文件 i 5 表示存在一个名为 X 的内部函数 i 0 表示不存在以上变量和文件 exist 查询工作空间中是否存在某个变量 i exist X 查询工作空间中是否有 X 变量 5 数组编辑器窗口 ArrayEditor 6 交互界面分类目录窗口 LaunchPad 7 M文件编辑 调试器窗口 Editor Debugger 8 帮助导航 浏览器窗口 HelpNavigator Browser helpwin 打开并显示帮助导航 浏览器窗口 help 列出所有主要的帮助主题 每个帮助主题与MATLAB搜索路径的一个目录名相对应 helptopic 给出指定主题的帮助 主题可以是函数 目录或局部路径 helpwinhelpwintopic 打开帮助导航 浏览器窗口显示指定的主题信息 1 3MATLAB6 5帮助 help 显示MATLAB命令和M文件帮助信息 Lookfor 在所有的帮助条目中搜索关键字 常用来查找具有某种功能而不知道准确名字的命令 lookfortopic 把在搜索中发现与关键字相匹配的所有M文件的H1行 第一行注释 都显示出来 lookfortopic all 在所有M文件中搜索关键字 Demo演示 1 4MATLAB6 5其他管理 1 4 1MATLAB用户文件格式 1 程序文件 m 2 数据文件 mat 3 可执行文件 mex 4 图形文件 fig 5 模型文件 mdl 1 MATLAB的基本搜索过程 1 在MATLAB内存中进行检查 检查X是否为工作空间的变量或特殊变量 2 检查X是否为MATLAB的内部函数 Built inFunction 3 在当前目录上 检查是否有名为 X m 或 X mex 的文件存在 4 在MATLAB搜索路径的所有其他目录中 检查是否有名为 X m 或 X mex 的文件存在 如果都不是 则MATLAB发出错误信息 1 4 2设置搜索路径 2 MATLAB搜索路径的扩展和修改当用户的某些目录不在搜索路径上 必须修改搜索路径 1 利用设置路径对话框修改搜索路径在MATLAB界面选择菜单 File SetPath 命令 在命令窗口运行 pathtool 命令 what 列出当前目录下的M MAT MEX文件清单dir 列出指定目录下的文件和子目录清单type文件名 显示指定M文件的内容which文件名 指出M文件 MEX文件 工