MATLAB课件1 概述

1、Matlab在工程中的应用在工程中的应用王永刚王永刚联系电话：联系电话mail：Matlab及其应用2MatlabMatlab在工程中的应用在工程中的应用oMatlab是什么？o Matrix laboratory （Lab）o 矩阵实验室（工作室矩阵实验室（工作室Studio）Matlab及其应用3MatlabMatlab在工程中的应用在工程中的应用o什么是矩阵？我们什么时候用矩阵Matrix？o 当我们要考虑的问题具有多个要涉及的因素当我们要考虑的问题具有多个要涉及的因素时。例如：时。例如：o 考察某地区或某国家的人口问题考察某地区或某国家的人口问题,o 年龄层次

2、，平均寿命，健康状况，身高，身高变异，饮年龄层次，平均寿命，健康状况，身高，身高变异，饮食习惯食习惯Matlab及其应用4MatlabMatlab在工程中的应用在工程中的应用o 考察电力系统运行情况考察电力系统运行情况o 电流，电压，相位，功率因数，有功、无功电流，电压，相位，功率因数，有功、无功o 工厂生产机械工厂生产机械o 速度，方向，切削厚度速度，方向，切削厚度o 环境控制环境控制o 温度，湿度，有害气体浓度温度，湿度，有害气体浓度o 航天飞行器航天飞行器o 速度，姿态，能量，干扰抑制速度，姿态，能量，干扰抑制.Matlab及其应用5MatlabMatlab在工程中的应用在工程中的应用o

3、矩阵计算？o命令inv（）?432112500. 00000.102500.157500. 00000.337500.505000. 00000.255000.38?7151714859531500. 0-500. 1000. 1000. 2Matlab及其应用6MatlabMatlab在工程中的应用在工程中的应用o矩阵计算-多元多次方程组的求解0,04962012510016423452345yxxyxyxyxyxx04962012 5016 22121211xxxxxxxxMatlab及其应用7MatlabMatlab在工程中的应用在工程中的应用04965016212211xxxxxx54

4、91_6/51/5165/ )496(162121212211xxxxxxxxxx常系数非齐次方程组Matlab及其应用81 课程内容o MATLAB界面认识界面认识o matlab的数值分析的数值分析n矩阵矩阵n数组数组n数据类型数据类型o 编程基础编程基础o 绘制图形基础绘制图形基础o 动态系统仿真：动态系统仿真：Simulink基础简介基础简介o 文件文件I/Oo 工程应用及举例工程应用及举例Matlab及其应用92 Matlab的学习方法o 带着问题来学习-自学的好方法。o 必须做大量的练习，熟悉其中的各项常用功能和函数；o 联系自己的专业知识，深刻的体会；o 多看帮助文件，有一本好的

5、参考书；o 结合实际多做探讨；o Matlab可以做很多工程问题。Matlab及其应用103 课程要求：o 成绩：平时占50%，期末考试占50%。o 平时成绩： 出勤率（10%）、作业（10%）、 实验（20%）、实验报告（10%）。o 期末考试：闭卷考试或大作业。Matlab及其应用114 参考书o 张威编，张威编，MATLABMATLAB基础与编程入门（基础与编程入门（2 2版）版）. .西安电子科技大西安电子科技大学出版社学出版社,2008.1,2008.1o 吴天明主编，吴天明主编，MATLABMATLAB电力系统设计与分析（电力系统设计与分析（3 3版），国防工版），国防工业出版社业

6、出版社2010.32010.3o 于群编著，于群编著，MATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink电力系统建模与仿真，机械工电力系统建模与仿真，机械工业出版社，业出版社，2012.12012.1o 洪乃刚编著，电力电子、电机控制系统的建模与仿真，机洪乃刚编著，电力电子、电机控制系统的建模与仿真，机械工业出版社，械工业出版社，2012.12012.1o 等等，很多等等，很多Matlab及其应用12第一章 MATLAB概述o MATLABMATLAB由美国的由美国的MathWorksMathWorks公司推出的一个公司推出的一个科技应用软件，它是由科技应用软件，它是由MatrixM

7、atrix（矩阵）和（矩阵）和LaboratoryLaboratory（实验室）的前三个字母组合而（实验室）的前三个字母组合而成的。成的。o MATLABMATLAB是一种交互式的高性能的用于工程计是一种交互式的高性能的用于工程计算的编程软件；算的编程软件；o 以矩阵和数组为基本单位；以矩阵和数组为基本单位；o 把科学计算、程序编写及结果的可视化等集把科学计算、程序编写及结果的可视化等集中在一个方便的环境中。中在一个方便的环境中。Matlab及其应用131.1 MATLAB的发展状况o 7070年代中期，年代中期，Cleve Cleve MolerMoler博士博士和他的同事开发和他的同事开发

8、了了LINPACKLINPACK和和EISPACKEISPACK的的FortranFortran子程序库子程序库; ;o 7070年代末期，年代末期，Cleve Cleve MolerMoler 在新墨西哥大学给在新墨西哥大学给学生开线性代数，为学生编写了接口程序，这学生开线性代数，为学生编写了接口程序，这程序取名为程序取名为MATLABMATLAB，即即MATrix LABoratory;MATrix LABoratory;o 19831983年春天，工程师年春天，工程师John LittleJohn Little与与MolerMoler、Steve BangertSteve Bangert

9、一起开发了第二代专业版一起开发了第二代专业版MATLAB;MATLAB;o 19841984年，年，MathWorksMathWorks公司成立，公司成立，MATLABMATLAB正是推向正是推向市场。市场。Matlab及其应用141.1.1 Matlab的版本演化o Matlab 1.0o Pc matlab-matlab 386o Matlab3.5+simulinko Matlab 4.0：simlink内嵌o Matlab 5.0 :全面的面向对象o Matlab 5.15.3o Matlab 6.0o Matlab 6.5：购并了MATRIXxo Matlab 7.0:2004-Ma

10、tlab 8.0Matlab及其应用151.1.2 MATLAB特点o 超强的数值计算功能：超强的数值计算功能：在6.0版本中已有500种数学、统计、科学及工程方面的函数，且使用简便快速；o 语法限制不严格，程序设计自由度大：语法限制不严格，程序设计自由度大：如矩阵无需定义即可直接使用。 o 程序的可移植性好程序的可移植性好：基本可以不用修改就可用于各操作系统中。o 强大的数据可视化功能强大的数据可视化功能:二维、三维绘图很容易；o 丰富的工具箱：丰富的工具箱：由各领域专家设计，可以信赖。Matlab及其应用161.1.3 Matlab的应用领域o 数值分析；数值分析；o 数值和符号计算；数值

11、和符号计算；o 工程与科学绘图；工程与科学绘图；o 控制系统的设计与仿真；控制系统的设计与仿真；o 数字图像处理；数字图像处理；o 数字信号处理；数字信号处理；o 通信系统设计与仿真；通信系统设计与仿真；o 电力系统仿真；电力系统仿真；o 财务与金融工程等等财务与金融工程等等。 Matlab及其应用171.1.4 Matlab还能做什么？o 优化和解方程优化和解方程o 动态过程仿真：实时的和非实时的动态过程仿真：实时的和非实时的o 数据来源：数据来源：Excel、数据库、数据库、A/D等等等等o 嵌入式的控制：嵌入式的控制：Pc/104和和DSPo 神经元网络、小波分析、遗传算法神经元网络、小

12、波分析、遗传算法GA等等等等o 虚拟现实仿真，如虚拟仪器等。虚拟现实仿真，如虚拟仪器等。Matlab及其应用181.1.5Matlab产品家族oMatlab扩展：支持在matlab中对系统的设计和开发。o工具箱：专用的函数库，解决特定领域的问题。oSimulink非线性系统仿真oBlockset是专门为simulink建立的模块。Dials:拨号，刻度盘；gauges：仪表盘，仪器；GARCH：广义自回归条件异方差（generalized autoregressive conditional heteroskedasticity); mapping:地图，映射，绘图；LMI：线性矩阵不等式，鲁

13、棒控制的一个工具；QFT：定量反馈理论（Quantitative feedback theory) ,定量荧光分析法；xPC target是 Real-time Workshop (RTW)实时工作空间中的一个实时仿真工具；NAG foundation：曲线拟合，曲面拟合等数学和函数基础工具箱。Matlab及其应用191.1.6Matlab是所有系统工具的基础Matlab及其应用20设计自动化工具Matlab及其应用21一般用途工具Matlab及其应用22信号和图像处理Matlab及其应用23控制系统设计和分析Matlab及其应用241.1.7 与MATLAB相似的软件o Mathmatica

14、 是目前比较流行的符号运算是目前比较流行的符号运算软件之一，它不仅可以完成微积分、线性软件之一，它不仅可以完成微积分、线性代数及数学各个分支公式推演中的符号演代数及数学各个分支公式推演中的符号演算，而且可以数值求解非线性方程、优化算，而且可以数值求解非线性方程、优化等问题。它不仅是数学建模的得力助手，等问题。它不仅是数学建模的得力助手，也是大学数学教育和科学研究不可或缺的也是大学数学教育和科学研究不可或缺的工具。工具。 Matlab及其应用25o Mathcad 数学文字软件，直接写出报告。数学文字软件，直接写出报告。o Mathcad是由是由MathSoft公司推出的一种交互公司推出的一种交

15、互式数值系统，定位于教师、学生、工程人式数值系统，定位于教师、学生、工程人员，提供兼具文字处理、数学和图形能力员，提供兼具文字处理、数学和图形能力的集成环境，可以方便地准备教案、完成的集成环境，可以方便地准备教案、完成作业和准备科学分析报告。作业和准备科学分析报告。1.1.7 与MATLAB相似的软件Matlab及其应用26o Maple是加拿大滑铁卢大学是加拿大滑铁卢大学(University of Waterloo)和和Waterloo Maple Software公司注册的一套软件包。公司注册的一套软件包。o 是当今世界上最优秀的几个数学软件之一，以良好的使用是当今世界上最优秀的几个数学

16、软件之一，以良好的使用环境、强有力的符号计算、高精度的数值计算、灵活的图环境、强有力的符号计算、高精度的数值计算、灵活的图形显示和高效的编程功能，为越来越多的教师、学生和科形显示和高效的编程功能，为越来越多的教师、学生和科研人员所喜爱，并成为他们进行数学处理的工具。研人员所喜爱，并成为他们进行数学处理的工具。o Maple软件适用于解决微积分、解析几何、线性代数、微软件适用于解决微积分、解析几何、线性代数、微分方程、计算方法、概率统计等数学分支中的常见计算问分方程、计算方法、概率统计等数学分支中的常见计算问题。题。1.1.7 与MATLAB相似的软件Matlab及其应用27 根据仿真研究的对象

17、，分为输电网仿真和配电网仿真。根据仿真研究的对象，分为输电网仿真和配电网仿真。 根据仿真元件精细程度，分为集总元件仿真和分布参数根据仿真元件精细程度，分为集总元件仿真和分布参数元件仿真。元件仿真。1.1.8 电力系统仿真软件Matlab及其应用2810-710-510-310-1101103105LightningSwitchingSubsynchronous resonanceTransient stabilityLong term dynamicsTie-line regulationDaily load variationTimescale (seconds)HVDC, FACTS, e

18、tc.Generator controlProtectionPrime mover controlLFCOperator actions1 cycle1 sec1 min1 hr1 dayImpulsive transientsOscillatory transientsShort-duration variationsLong-duration variationsImbalance, harmonics, inter-harmonics, notching, noiseVoltage fluctuationsFrequency variationsMatlab及其应用29 1.1.8 电力

19、系统仿真软件Matlab及其应用301.1.8 电力系统仿真软件Matlab及其应用31PSS/EMatlab及其应用32PSS/EMatlab及其应用33PSASPMatlab及其应用34PSASPMatlab及其应用35PSD-BPAp PSD-BPA是一个大型电力系统分析软件包。p 是中国电力科学研究院系统所电力系统分析软件包的统一标志，简称PSD 软件或PSD 程序，p PSD 是电力系统研究所的英文缩写（Power System Department ).Matlab及其应用36PSD-BPAo PSD 软件主要包含下述程序：oPSD-BPA 潮流及暂态稳定程序（原中国版潮流及暂态稳

20、定程序（原中国版BPA 程序）；程序）；oPSD-PSDB 电网计算数据库系统；电网计算数据库系统；oEMTPE 电力电子与电磁暂态仿真程序；电力电子与电磁暂态仿真程序；oPSD-FDS 电力系统全过程动态仿真程序；电力系统全过程动态仿真程序；oPSD-SCCP 电力系统短路电流计算程序；电力系统短路电流计算程序；oPSD-DEQU 电力系统动态等值程序；电力系统动态等值程序；oPSD-SSAP 电力系统小干扰稳定性分析程序；电力系统小干扰稳定性分析程序；oPSD-OPF 无功优化程序；无功优化程序；oPSD-VSAP 电压稳定分析程序；电压稳定分析程序；oPSD-NET 电力系统快速分布式统

21、一计算平台电力系统快速分布式统一计算平台oPSD 软件辅助分析工具系统：软件辅助分析工具系统：oPSD-PCS 电力系统数字平台；电力系统数字平台；Matlab及其应用37DSAMatlab及其应用38DSAMatlab及其应用39Matlab及其应用40PSCADMatlab及其应用41EDSAp 由美国EDSA公司开发的电力系统设计分析软件包，p 针对电力系统设计、分析、模拟、控制的综合性工具软件。p EDSA软件提供了交、直流短路分析、潮流分析、电动机启动、保护设备整定、谐波分析、暂态稳定性分析以及可靠性分析等多种工具程序。Matlab及其应用421.2 MATLAB桌面环境1.2.1

22、MATLABMATLAB的多窗口用户界面：的多窗口用户界面： o 历史命令窗口（历史命令窗口（Command History)Command History)o 命令行窗口命令行窗口(Command Window)(Command Window)o 当前目录浏览器当前目录浏览器(Current Directory Browser)(Current Directory Browser)o 工作空间浏览器（工作空间浏览器（Workspace Browser)Workspace Browser)o 目录分类浏览器目录分类浏览器(Launch Pad):(Launch Pad):同同StartStar

23、t开始菜单。开始菜单。o 数组编辑器数组编辑器(Array Editor)(Array Editor)o M M文件编辑器文件编辑器/ /调试器调试器(Editor/Debugger)(Editor/Debugger)o 超文本帮助浏览器超文本帮助浏览器(Help Navigator/Browser(Help Navigator/Browser) )Matlab及其应用431.2 MATLAB桌面环境1.2.2 多窗口用户界面的设定：多窗口用户界面的设定：o 通过菜单通过菜单“desktop”下的下的“Desktop Layout”n Default n Command Window only

24、:速度快，占内存少速度快，占内存少n Simple: Command window 和和 Command Historyn Short History 和和 Tall History：同默认状态，只同默认状态，只是排放顺序不同。是排放顺序不同。n Five panelo 可用可用“ ”打开和关闭窗口。打开和关闭窗口。Matlab及其应用441.3命令行窗口和指令命令行窗口和指令o MatlabMatlab的功能是通过大量的的功能是通过大量的函数函数和和指令指令来实来实现的。现的。o 1.3.11.3.1命令行窗口：命令行窗口： 函数有些可以通过图形用户界面直接使用，函数有些可以通过图形用户界面

25、直接使用，但大多是通过但大多是通过命令行窗口命令行窗口实现。实现。n 计算计算-5/(4.8+5.32)2-5/(4.8+5.32)2n 复数运算复数运算(1+2i)(1+2i)* *(1-3i)(1-3i)n 调用函数调用函数cos(pi/2)cos(pi/2)n exp(acos(0.3exp(acos(0.3)Matlab及其应用451.3命令行窗口和指令注意：注意：o MatlabMatlab使用浮点型双精度数表示计算结果，浮使用浮点型双精度数表示计算结果，浮点单精度数表示显示结果；点单精度数表示显示结果；o 指令严格区分大小写；指令严格区分大小写；o 命令行的记忆功能：命令行的记忆功

26、能：n 使用上（使用上（）下（）下（）光标键逐次出现已）光标键逐次出现已操作的命令；操作的命令；n 上次执行的命令的头几个字母加光标上键上次执行的命令的头几个字母加光标上键（）；）；Matlab及其应用461.3.2 设置命令行窗口的显示方式：o字体和颜色字体和颜色：File/Preference/Command Window/ font&colorso数值的格式的设定：数值的格式的设定：formatnformat ，format short:数据的默认格式，即数据的默认格式，即short格式：格式：如如2.7021，1000写成：写成：1.0e+003nformat long：具有固

27、定的：具有固定的15位有效数字；位有效数字；nformat hex：十六进制数据表示形式；：十六进制数据表示形式；nformat +：显示大矩阵式用：显示大矩阵式用+、-、空格，表示正数、负数、空格，表示正数、负数、零。零。nformat bank：金融表示法，保留两位小数。：金融表示法，保留两位小数。n其它见书其它见书P15-表表1-2。n注意：格式的改动只在本窗口中有效。注意：格式的改动只在本窗口中有效。o x=4/3 1.2345e-6 %默认short 格式o x =1.3333 0.0000o format short e %短格式科学表示o x =1.3333e+000 1.234

28、5e-006o format long % 长格式o x =1.33333333333333 0.00000123450000o format long e %长格式科学表示o 1.333333333333333e+000 1.234500000000000e-006o format bank %银行格式o x = 1.33 0.00o format hex %十六进制格式o x = 3ff5555555555555 3eb4b6231abfd271o format + %显示大矩阵o x =+ +Matlab及其应用481.3.3 常用的控制指令控制控制指令指令说明说明ExitExitqui

29、tquit退出退出MatlabMatlab环境环境FormatFormat数字格式数字格式ClcClc清除当前的命令行窗口清除当前的命令行窗口HomeHome将当前命令行窗口的光将当前命令行窗口的光标设置在左上角标设置在左上角endend光标移到行末光标移到行末CloseClose 关闭当前的关闭当前的figurefigure窗窗口口CtrCtr +c +c终止运行程序（操作指令）终止运行程序（操作指令）WhatWhat显示当前路径下的显示当前路径下的MatlabMatlab文件文件WhichWhich判断当前文件的所在路径判断当前文件的所在路径ClearClear清除工作空间所有变量清除工作

30、空间所有变量Clear Clear AllAll清除工作空间的所有变量、函数清除工作空间的所有变量、函数和和MexMex 文件文件SaveSave将工作空间的变量保存到磁盘文将工作空间的变量保存到磁盘文件件LoadLoad将磁盘文件的变量加载到工作空将磁盘文件的变量加载到工作空间间Matlab及其应用49o Save % %工作间中的所有变量保存在磁盘上名为工作间中的所有变量保存在磁盘上名为matlab.matmatlab.mat 的文件的文件o save 文件名文件名 变量名变量名 % %将指定的变量保存在指定文件中将指定的变量保存在指定文件中 o save temp x y z % %把把

31、x,y,zx,y,z 这三个变量保存在文件这三个变量保存在文件temp.mattemp.mat o load % %将保存在将保存在matlab.matmatlab.mat 中的变量装入到中的变量装入到MATLAB MATLAB 工作空间工作空间o load 文件名文件名 变量名变量名 % % 从指定文件将指定变量装入从指定文件将指定变量装入MATLAB MATLAB 工作间工作间o load temp x % %从文件从文件temp.mattemp.mat 将变量将变量x x 装入到装入到MATLAB MATLAB 工作空间工作空间1.3.3 常用的控制指令Matlab及其应用501.4 命

32、令行历史窗口和历史记录命令行历史窗口和历史记录o 1.4.1 命令行历史窗口命令行历史窗口 记录了在记录了在MatlabMatlab中键入的所有指令，包括每次中键入的所有指令，包括每次启动的时间、每次启动后键入的所有命令，可启动的时间、每次启动后键入的所有命令，可以重新执行这些命令，也可以直接将它保存成以重新执行这些命令，也可以直接将它保存成M M文件（通过快捷菜单实现）。文件（通过快捷菜单实现）。快捷菜单：快捷菜单： copycopy、evaluate selectionevaluate selection、 create M-file create M-file、delete select

33、iondelete selection、delete entire historydelete entire history设置：设置：file/preferencesfile/preferencesMatlab及其应用511.5 帮助系统 o MatlabMatlab工具箱包含上万条指令，每个指令函工具箱包含上万条指令，每个指令函数对应不同的操作参数，不可能全记住，所数对应不同的操作参数，不可能全记住，所以利用帮助极其必要。以利用帮助极其必要。o MatlabMatlab 的帮助系统完善，帮助内容丰富，的帮助系统完善，帮助内容丰富，获取帮助的形式多样。获取帮助的形式多样。n 命令行帮助命令行帮助n 联机帮助联机帮助n 演示帮助演示帮助Matlab及其应用521.5.1命令行帮助 o help help ：已知命令名称，查用法；：已知命令名称，查用法；o lookforlookfor：已知命令的关键词，查相关命令：已知命令的关键词，查相关命令及用法；给出命令的第一行（及用法；给出命令的第一行（H1H1）内容。）内容。Matlab及其应用53