第1章 MATLAB简介教材

1、 第第1章章 MATLAB简介简介1.1 MATLAB的发展历史1.2 MATLAB的特点1.3 MATLAB的安装和启动1.4 MATLAB操作界面1.5 MATLAB的帮助系统1.6 SIMULINK简介1.1 MATLAB的发展历史的发展历史 20世纪70年代中后期，美国新墨西哥大学用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。 1983-1984年，用C语言来改写，形成了新一代的MATLAB；并成立了MathWorks公司，正式将MATLAB推向市场。 20世纪90年代，它已经发展成为国际控制界公认的标准计算软件 。从1997年推出MATLAB5.0版到2010年3月推出最新的MATL

2、AB 7.10版。 1.2 MATLAB的特点的特点 友好的工作平台和编程环境 语言简洁 强大的数据处理能力 强大的图形绘制能力 具有功能强大的工具箱 具有极好的开放性 1.3 MATLAB的安装和启动的安装和启动 MATLAB系统的安装首先，点击setup.exe后将显示“Welcome to the MathWorks Installer”对话框（图1-1） 然后单击图1-1中的“Next”按钮，将出现图1-2协议基本信息对话框，填入相应的内容；单击“Next”按钮，进入图1-3软件许可协议对话框，选中“yes”后；单击“Next”按钮进入图1-4安装类型选择对话框，有两个选项：“Typi

3、cal”选项表示安装所有组件，是完全安装，“Custom”选项表示自定义安装，根据需要进行选择，这里选择的是“Typical”完全安装，单击“Next”按钮进入图1-5安装目录选择对话框，单击“Browse”按钮选择路径后，单击“Next”按钮。将进入图1-6安装进度对话框，安装完成后，就可以启动MATLAB了。 MATLAB系统的3种启动方法 使用Windows的“开始”菜单。 运行MATLAB系统的启动程序matlab.exe。 利用桌面上的快捷方式。 MATLAB系统的退出方法在MATLAB命令窗口中输入“exit”或“quit”命令。 在MATLAB的File菜单中选择Exit MAT

4、LAB命令。 直接单击MATLAB命令窗口右上角的按钮。1.4 MATLAB操作界面操作界面操作界面主要包括lMATLAB主窗口l命令窗口(Command Window)l当前目录窗口(Current Directory)l工作空间窗口(Workspace)l命令历史窗口(Command History)。l菜单栏 File菜单：实现文件的有关操作，如新建文件、打开文件和导入文件等。 Edit菜单：实现命令窗口的编辑，如复制、粘贴和删除等操作。 View菜单：用于设置如何显示当前目录下的文件，或如何在工作空间窗口中显示变量。 Graphics菜单：用来打开绘图工具。 Debug菜单：设置程序的

5、调试。 Desktop菜单：设置主窗口中需要打开的子窗口。 Window菜单：实现已打开的各窗口间的切换，或关闭所有的窗口。 Help菜单：用于进入帮助系统。MATLAB主窗口l 工具栏 工具栏中各项的作用由左到右依次是：新建一个M文件；打开一个已有的M文件；剪切；复制；粘贴；撤销上一步操作；恢复上一步操作；打开Simulink仿真器；打开用户界面设计窗口；打开MATLAB帮助系统；设置当前目录 MATLAB主窗口l主要用于命令行的输入和除图形以外的执行结果的显示 l在“”命令提示符后输入命令，按“enter”键，在此窗口中显示运行结果。l一般一行输入一条命令，当命令较长需占用两行或多行时，要

6、在行尾加上“”，也可以输入多条命令，这时各命令间要以逗号或分号分隔开。命令窗口(Command Window) 例：已知a=1,b=2,c=3,求d=a2+b2+c2，求d的平方根。在命令窗口输入命令，按enter键，输入的命令和运算结果见下图l工作空间窗口(Workspace) 用来显示当前计算机内存中MATLAB变量的名称、类型、字节数和数据结构。选中变量后，双击或右键单击可以修改变量的内容。l当前目录窗口(Current Directory) 当前目录是指MATLAB运行文件时的工作目录，只有在当前目录或搜索路径下的文件、函数才能被运行或调用。当需要被执行的文件或函数不在当前目录时，可以

7、使用cd命令将其目录变成当前目录。 l命令历史窗口(Command History)显示用户在命令窗口中所输入命令的历史记录；如果要再次执行某条命令时，直接在命令历史窗口中双击该命令即可；如果想从命令历史窗口中删除某条命令，选中命令后，单击鼠标右键，选择“Delete Selection”。如果要清除所有历史记录，除了可使用上面的方法外，还可选择Edit菜单中的“Clear Command History”来实现。 lMATLAB主窗口的左下角有一个按钮1.5 MATLAB的帮助系统的帮助系统 帮助窗口帮助窗口打开方法： 单击MATLAB主窗口工具栏中的”?”图标。 选择菜单Help中的“MA

8、TLAB Help”选项。 在命令窗口中输入helpwin、helpdesk或doc。 按快捷键F1。 帮助命令帮助命令 help命令显示当前帮助系统中所包含的所有项目。也可对查询某函数或命令 lookfor命令搜索所有的MATLAB help标题和MATLAB搜索路径中M文件的第一行，返回所包含关键字的那些项。 模糊查询 在命令窗口中输入命令的前几个字母,然后按Tab键，将得到以这几个字母开头的所有命令。 帮助演示帮助演示 选择菜单Help中的“Demo”选项。 在帮助导航/浏览器窗口中选择“Demo”面板。 在命令窗口中输入“Demo”命令。1.6 SIMULINK简介简介lSimulin

9、k模块库模块库 在命令窗口输入在命令窗口输入simulink或者单击工具栏中的或者单击工具栏中的Simulink图标，打开图标，打开Simulink模块库窗口。模块库窗口。1.6.1 Simulink基本知识基本知识单击图中单击图中Simulink前的前的+图标，图标，可以在窗口右栏和可以在窗口右栏和Simulink目目录下浏览各个录下浏览各个Simulink模块组。模块组。 基本模块及其功能基本模块及其功能 Commonly Used Blocks：常用模块组。常用模块组。 包括输入（In1）、输出（Out）、接地（Ground）、常数（Constant）、示波器（Scope）、复用（Mux

10、）、解复用（Demux）、求和（Sum）、相乘（Product）、逻辑运算（Logical Operator）、积分（Integrator）等。 Continuous：连续模块组。连续模块组。 包含积分（Integrator）、微分（Derivative）、状态方程模型（State-Space）、传递函数模型（Transfer Fcn）、零-极点增益模型（Pole-Zero）、把输入信号按给定时间做延迟（Transfer Delay）、把输入信号做可变时间延迟（Variable Transport Delay） Discontinuities：非连续模块组。：非连续模块组。 包括间隔非线性（包

11、括间隔非线性（Backlash）.量化非线性（量化非线性（Quantizer）.动态饱和输出（动态饱和输出（Saturation Dynamic）等）等 Discrete:离散模块组。离散模块组。 差分（差分（Difference）、采样保持（延迟一个周期）（）、采样保持（延迟一个周期）（Unit Delay）、采样保持（延迟整数倍周期）（）、采样保持（延迟整数倍周期）（Integer Delay）、离散传递函数（）、离散传递函数（Discrete Transfer FCN）、离）、离散滤波器散滤波器IIR，FIR（Discrete filter）、离散状态方程）、离散状态方程（Discret

12、e State-Space）、离散派生方程（）、离散派生方程（Discrete Derivative）、离散时间积分（）、离散时间积分（Discrete-Time Integrator）、零阶保持器（）、零阶保持器（Zero-Order Hold）、离散零）、离散零-极点模型（极点模型（Discrete Zero-Pole）、一阶保持器（）、一阶保持器（First-Order Hold）、输出上一步输入值（）、输出上一步输入值（Memory）、延迟）、延迟（Tapped Delay）。）。 Logic and Bit Operations:逻辑和位操作模数块组 包含常用的逻辑运算（Logica

13、l Operator）和关系运算（Relation Operator）模块， 另外还有检测开区间（Interval Test）、动态检测开区间（Interval Test Dynamic）、组合逻辑（Combinatorial Logic）、与零比较（Compare to Zero）、与常数比较（Compare to Constant）、位置位（Bit Set）、位清零（Bit Clear）、逐位操作（Bitwise Operator）、移位运算（Shift Arithmetic）、位提取（Extract Bits）、检测递增（Detect Increase）、检测递减（Detect Decr

14、ease）、检测跳变（Detect Change）、检测正上升沿（Detect Rise Positive）、检测负下降沿（Detect Fall Negative）、检测非负上升沿（Detect Rise Nonnegative）、检测非负下降沿（Detect Fall Nonnegative）。表1-1 逻辑运算模块及其功能运算模块功能 运算模块功能 AND输入全部为真时输出为真 NAND输入有一个为非时输出为真OR输入有一个为真时输出为真 NOR输入全部为非时输出为真XOR输入中有奇数个输入为真时输出为真 NOT输入为非时输出为真表1-2 关系运算模块及其功能运算模块功能 运算模块功能

15、=两个输入相等时为真=两个输入不相等时为真第一个输入大于第二个输入时为真=第一个输入大于或等于第二个输入时为真=第一个输入小于等于第二个输入时为真 Math Operations：数学操作模块组。名称名称功能功能名称名称功能功能Sum对输入求代数和对输入求代数和Gain常量增益（输入为一个常数）常量增益（输入为一个常数）Polynomial多项式多项式Product对输入求积或商对输入求积或商Dot Product点积（内积）点积（内积）Sign取输入的正负符号取输入的正负符号MinMax求最值求最值Squeeze矩阵维数压缩矩阵维数压缩Abs求输入的绝对值或模求输入的绝对值或模Math Fu

16、nction数学运算函数数学运算函数Slider Gain可以用滑动条改变的增可以用滑动条改变的增益益Rounding Function取整函数取整函数Algebraic Constant强制输入信号为零强制输入信号为零Complex To Magnitude-Angle求复数的幅值、相角求复数的幅值、相角Magnitude-Angle to Complex根据幅值，相角得到复根据幅值，相角得到复数数Complex to Real-Imag求复数的实部、虚部求复数的实部、虚部Real-Imag to Complex根据实部、虚部求复数根据实部、虚部求复数Trigonometric Functi

17、on 三角函数三角函数 Lookup Tables：查找表操作组。查找表操作组。 包括一维查表（Look-up Table）、二维查表（Look-up Table(2-D)）、动态查表（Look-up Table Dynamic）、直接查表（Direct Lookup Table(nD)）等。 Model Verification：确认模块组：确认模块组。包括确定操作（Assertion）、检查动态偏差（Check Dynamic Gap）、检查静态范围（Check Static Range） Model-Wide Utilities：模型扩展应用。模型扩展应用。包括文档模块（DocBlock

18、）、时间线性分析（Timed-Based Linearization）等。 Signal Attributes：信号属性。数据类型转换（Data Type Conversion）、数据类型继承（Data Type Propagation）、信号转换（Signal Conversion）、权值采样时间（Weighted Sample Time）等。 Ports&Subsystems：端口与子系统模块组。：端口与子系统模块组。 包括输入端口（包括输入端口（In1）、输出端口（）、输出端口（Out1）、触发操作（）、触发操作（Trigger）、触发）、触发子系统（子系统（Trigger Su

19、nsystem）、使能（）、使能（Enable）、子系统）、子系统（Subsystem）、假设（）、假设（If）、单元子系统（）、单元子系统（Atomic Subsystem）、代）、代码重用子系统（码重用子系统（CodeReuseSubsystem）、模型（）、模型（Model）、重复操作）、重复操作子系统（子系统（For Iterator Subsystem）、函数响应生成器（）、函数响应生成器（Function-Call Generator）、转换时间子系统（）、转换时间子系统（Switch Case Action Subsystem）等。）等。 Signal Routing：信号路由模

20、块组。：信号路由模块组。总线模块（总线模块（Bus Assignment）、总线生成（）、总线生成（Bus Creator）、总线）、总线选择（选择（Bus Selector）、数据存储（）、数据存储（Data Store Memory）、数）、数据存储读取（据存储读取（Data Store Read）、数据存储写入（）、数据存储写入（Data Store Write）、解复用（）、解复用（Demux）、信号来源（）、信号来源（From）、信号去向）、信号去向（Goto）、标签可视化（）、标签可视化（Goto Tag Visibility）、索引向量）、索引向量（Index Vector）、信

21、号合并（）、信号合并（Merge）、多端口开关（）、多端口开关（Multiport Switch）、复用（）、复用（Mux）、信号选择器（）、信号选择器（Selector）等。）等。 Sinks：接收器模块组。：接收器模块组。 包含输出（包含输出（Out1）、收端（）、收端（Terminator）、保存到文件（）、保存到文件（To File）、输出到工作空间（）、输出到工作空间（To Workspace）、示波器（）、示波器（Scope）、）、浮动示波器（浮动示波器（Floating Scope）、显示二维图形（）、显示二维图形（XY Graph）、）、数字显示器（数字显示器（Display）

22、、仿真停止（）、仿真停止（Stop Simulation）。）。 Sources：信号源模块组。：信号源模块组。 输入（输入（In1）、接地（）、接地（Ground）、从文件读数据（）、从文件读数据（From File）、）、从工作空间读数据（从工作空间读数据（From Workspace）、常数（）、常数（Constant）、）、信号发生器（信号发生器（Signal Generator）、脉冲发生器（）、脉冲发生器（Pulse Generator）、信号创建器（）、信号创建器（Signal Builder）、斜坡信号输入）、斜坡信号输入（Ramp）、正弦波（）、正弦波（Sine Wave）、

23、阶跃信号（）、阶跃信号（Step）、周期性）、周期性信号（信号（Repeating Sequence）、重复序列内插值（）、重复序列内插值（Repeating Sequence Interpolated）、重复阶梯序列（）、重复阶梯序列（Repeating Sequence Stair）、频率增大的正弦波（）、频率增大的正弦波（Chirp Signal）、正态分）、正态分布随机数（布随机数（Random Number）、均匀分布随机数（）、均匀分布随机数（Uniform Random Number）、带限白噪声（）、带限白噪声（Band-Limited White Noise）、无限计数器（）

24、、无限计数器（Counter Free-Running）、有限计数器）、有限计数器（Counter Limited）、仿真时间（）、仿真时间（Clock）、按指定速率输出）、按指定速率输出（Digital Clock）。）。 User-Defined Function：用户自定义模块组。：用户自定义模块组。 用自定义的函数进行运算（Fcn）、MATLAB函数（MATLAB Fcn）、嵌入式MATLAB函数（Embedded MATLAB Fcn）、S-函数（S-Function）、M文件编写的S函数（Level-2 M-File S-Function）、S-函数构造器（S-Function B

25、uilder）、S-函数例子（S-Function Examples）。 Additional Math&Discrete：附加操作组：附加操作组 模块的参数和属性设置模块的参数和属性设置只要双击需要设置的模块，就可以打开参数设置的对话框。只要双击需要设置的模块，就可以打开参数设置的对话框。如图，双击正弦波模块就可以打开其参数设置对话框，如图，双击正弦波模块就可以打开其参数设置对话框，另外，在模块上右键单击选择另外，在模块上右键单击选择Block Properties可以打开模块的属性对话框，可以打开模块的属性对话框，设置模块的优先级、标记和说明等内容。设置模块的优先级、标记和说明等内

26、容。 1.6.2 Simulink仿真仿真 步骤步骤 首先，要创建首先，要创建Simulink空白页。可以通过如下空白页。可以通过如下3种方法种方法：在MATLAB命令窗口中单击【File】菜单下的【New】选项下的【Model】命令。在Simulink模块库浏览器窗口中单击【File】菜单下的【New】选项下的【Model】命令。单击Simulink模块库浏览器工具栏中的new model（） 工具。 其次其次,从从Simulink模块库浏览器中向空白页添加模块、设模块库浏览器中向空白页添加模块、设置参数并连线。添加模块的方法有两种：置参数并连线。添加模块的方法有两种： 在预选模块上右击或者

27、单击【Edit】菜单，选择【Add to Untitled】命令 将预选模块拖至Simulink空白页。 最后设置仿真切参数，运行仿真最后设置仿真切参数，运行仿真 模块的基本操作模块的基本操作 模块的选定（两种方法）：模块的选定（两种方法）：用鼠标单击欲选择的模块，按下鼠标任意键，拖拽鼠标，当出现的虚线框包含了要选的模块后，放开鼠标键。 模块的复制：模块的复制： 右击模块并拖动鼠标至合适的地方，松开鼠标。 按住【Ctrl】键，左击模块拖动鼠标至合适的地方，松开鼠标。 模块的删除：模块的删除： 单击【Edit】菜单或者在模块上单击鼠标右键，执行【Cut】或者【Clear】命令，其中cut执行后将

28、删除到剪贴板，clear执行后将彻底删除。 也可以选定模块后，按下键盘的【Delete】键。 模块的旋转：模块的旋转： 【Format】下的【Rotate Block】或【Filp Block】； 信号线的操作信号线的操作 连线：连线：在模块的输出端，当鼠标指针变成“+”字状后，左击并拖拽至目标模块的输入端，出现双“+”状后，放开鼠标。选定要连线的输出信号模块，按下【Ctrl】键并单击要连线的输入模块。 分支线段。分支线段。按下【Ctrl】键并左击要产生分支的连线，拖至目标模块；右击要产生分支的连线拖拽至目标模块； 移动移动：左击线段键拖至目标地点后，释放鼠标。 删除：删除：选定线段，当四周出

29、现黑色小框时，按下键盘上的【Delete】键；或选择【Edit】菜单下的【Delete】命令删除线段。 仿真实例仿真实例三角波发生器三角波发生器:双击双击“scope1”可以看到产可以看到产生的三角波生的三角波形，形，1.6.3子系统的创建及封装子系统的创建及封装 子系统的创建方法子系统的创建方法 方法方法1：通过子系统模块创建子系统：通过子系统模块创建子系统从从Ports&Subsystems库中选取库中选取Subsystem，并拖，并拖至模型窗口中；至模型窗口中；双击双击Subsystem模块，打开模块，打开Subsystem窗口；窗口；将要组合的模块拖到将要组合的模块拖到Subs

30、ystem窗口中加入输入窗口中加入输入Import、输出、输出Outport模块并连接连线。模块并连接连线。 方法方法2：组合已有的模块创建子系统：组合已有的模块创建子系统选中待组合的所有模块；选中待组合的所有模块；单击【单击【Edit】菜单或右击，在快捷菜单中执行】菜单或右击，在快捷菜单中执行【Create Subsystem】命令。】命令。由三角波产生器模型创建的子系统。1.6.3子系统的创建及封装子系统的创建及封装 子系统的创建方法子系统的创建方法 方法方法1：通过子系统模块创建子系统：通过子系统模块创建子系统从从Ports&Subsystems库中选取库中选取Subsystem

31、，并拖，并拖至模型窗口中；至模型窗口中；双击双击Subsystem模块，打开模块，打开Subsystem窗口；窗口；将要组合的模块拖到将要组合的模块拖到Subsystem窗口中加入输入窗口中加入输入Import、输出、输出Outport模块并连接连线。模块并连接连线。 方法方法2：组合已有的模块创建子系统：组合已有的模块创建子系统选中待组合的所有模块；选中待组合的所有模块；单击【单击【Edit】菜单或右击，在快捷菜单中执行】菜单或右击，在快捷菜单中执行【Create Subsystem】命令。】命令。1.6.3子系统的创建及封装子系统的创建及封装 子系统的封装子系统的封装 作用：简化模型的参数设置作用：简化模型的参数设置 步骤：步骤： 选中子系统模块；选中子系统模块； 执行【执行【Mask Subsystem】命令；】