MATLAB仿真实例

1、 MATLAB/Simulink的推出得到了各个领域专家学者的关注，为各个层次的研究人员提供了有力的工具。本章将介绍MATLAB在信号处理、图像处理和自动控制领域的应用。 1.1 工具箱介绍 1.2 模型集介绍 1.3 实例 在计算机中，所有的信号都是离散信号，因此在使用MATLAB/Simulink进行信号处理之前，先要将时间信号进行离散化处理。 信号处理工具箱将大量函数分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。 波形产生（Waveform Generation） 滤波器分析（Filter Analysis） 滤波器实现（Filter Implementation）4线性系统变换（Li

2、near System Transformations）5FIR滤波器设计（FIR Digital Filter Design）6IIR滤波器设计（IIR Digital Filter Design）7IIR滤波器的阶评估（IIR Filter Order Estimation）8变换（Transforms）9统计信号处理和谱分析（Statistical Signal Processing and Spectral Analysis）10窗函数（Windows）11参数化建模（Parametric Modeling）12特殊操作（Specialized Operations）1 3 模 拟 低

3、 通 滤 波 器 原 型 （ A n a l o g Lowpass Filter Prototypes）14模拟滤波器设计（Analog Filter Design）15模拟滤波器转换（Analog Filter Transformation）16滤波器离散化（Filter Discretization）17模对数倒谱分析（Cepstral Analysis）18线性预测（Linear Prediction）19多速信号处理（Multirate Signal Processing）20图形用户界面（Graphical User Interfaces） 信号处理模型集将大量模块分成若干类，以方

4、便按功能查找，以下列出主要的类。 评估工具（Estimation） 滤波工具（Filtering） 数学函数（Math Functions） 输入输出接口（Platform-Specific I/O） 调制解调器（Quantizers） 信号管理（Signal Management） 信号操作（Signal Operations） 信号处理信宿（Signal Processing Sinks） 信号处理信源（Signal Processing Sources） 统计工具（Statistics） 信号转换工具（Transform） 运行该模型，并在命令窗口输入如下代码： figure stem(

5、yout) 运行结果如下图所示。 M文件的具体代码序列如下： b=0.2 0.1 0； a=1 -0.4 -0.5； h=impz(b,a,64)； %计算脉冲响应 figure stem(h) title(IMPZ function) 运行结果也如下图所示。 1二进制图像 2索引图像 3灰度图像 4多帧图像 5RGB图像 MATLAB提供了图像处理工具箱，并且Simulink提供了视频和图像处理模型集。 图像类型即数组数值与像素颜色之间定义的关系，在MATLAB中有以下5种类型的图像。 在一幅二进制图像中，每一个像素将取两个离散数值中的一个。二进制图像使用unit8或双精度类型的数组类存储，

6、下图是一幅典型的二进制图像实例。 索引图像是一种把像素值直接作为RGB调色板下标的图像。在MATLAB中，索引图像包含一个数据矩阵X和一个颜色映射矩阵map。下图显示了索引图像的结构。 灰度图像通常由一个unit8、unit16或双精度类型的数组来描述。下图为一个典型的双精度灰度图像。 多帧图像是一种包含多幅图像或帧的图像文件，它主要用于需要对时间或场景集合进行操作的场合，在MATLAB中它是一个4维数组，其中第4维用来指定帧的序号。 RGB图像又称为真彩图像，它是利用R、G、B三个分量标识一个像素的颜色，R、G、B分别代表红、绿、蓝3种不同的颜色，通过三基色可以合成出任意颜色。 下图为一幅典

7、型的双精度RGB图像，在此图中为了确定像素（2，3）的颜色，需要查看一组数据RGB（2，3，1：3）。 图像处理工具箱将大量函数分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。 图像输入、输出和显示（Image Input, Output, and Display） 交互式组件工具（Modular Interactive Tools） 空 间 变 换 和 注 册 （ S p a t i a l Transformation and Registration） 图像分析和统计（Image Analysis and Statistics） 图像数学算法（Image Arithmetic） 图 像

8、扩 展 和 修 补 （ I m a g e Enhancement and Restoration） 线性滤波和变换（Linear Filtering and Transforms） 形态操作（Morphological Operations） 图像指定区域工具（Region-Based, Neighborhood, and Block Processing） 图像颜色工具（Colormap and Color Space Functions） 其他函数（Miscellaneous Functions） 视频和图像处理模型集将大量模块分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。 分 析 和

9、 扩 展 （ A n a l y s i s & Enhancement） 变换工具（Conversions） 滤波工具（Filtering） 几 何 变 换 （ G e o m e t r i c Transformations） 形态操作（Morphological Operations） 信宿工具（Sinks） 信源工具（Sources） 统计工具（Statistics） 文本和图片工具（Text & Graphics） 转换工具（Transforms） 应用工具（Utilities）运行结果如下图所示。 M文件的具体代码序列如下： RGB = imread(mcr_sp

10、lash.bmp)； I = rgb2gray(RGB)； imshow(I,) 运行结果如下图所示。 10.3.1 工具箱介绍 10.3.2 实例 MATLAB提供了控制系统工具箱（Control System Toolbox），但在Simulink没有提供专门的模型集，而Simulink的现有模型集足以完成控制系统的计算和仿真。 控制系统工具箱将大量函数分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。 一般工具（General） 线性模型创建（Creating Linear Models） 数据提取（Data Extraction） 变换工具（Conversions） 系统互连（Syste

11、m Interconnections） 系统增益和特性（System Gain and Dynamics） 时域分析（Time Domain Analysis） 频域分析（Frequency Domain Analysis） 经典设计（Classical Design） 极点配置（Pole Placement） 最优设计（LQR/LQG Design） 状态模型（State-Space Model） 时延（Time Delays） 模型维数和特性（Model Dimensions and Characteristics） 重载的数学运算（Overloaded and Arithmetic Operators） 矩阵方程求解器（Matrix Equation Solvers） 命令行绘图工具（Command-Line Pl