计算机建模与仿真-第1-2-章-new

1、 计算机建模与仿真主 讲：应明峰联系方式： 金陵科技学院机电工程学院n1、什么是建模与仿真？n建模：对所要研究的系统在某些特定方面的抽象n仿真：以系统数学模型为基础，以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法。n2、对我们电气、自动化专业发展的帮助n为控制系统各种实验提供方便、廉价、灵活可靠数学模型。金陵科技学院机电工程学院学习参考资料学习参考资料n书籍：nMATLAB教程 罗建军 电子工业出版社n网站： nhttp:/ 第二章第二章 MATLAB系统概述系统概述2.1 MATLAB语言的发展2.2 MATLAB语言的特点2.3 MATLAB的工作环境2.4 MATLAB演示程序金陵科技学院机

2、电工程学院2.1 MATLAB语言的发展语言的发展 作为一种科学计算语言，同类的有Maple、Mathematica、MathCAD等语言，而MATLAB语言具有如下特点：l科学计算强l科学绘图和多媒体效果强l公式推导较强l实时运行发展中l与其他算法语言相比，编程量只有几分之一， 而且作图和多媒体功能丰富金陵科技学院机电工程学院nMATLAB是由Mathwork公司于1984年正式推出的，l1988年出了3.1（Dos）版本；l1992年出了4.1（Windows）版本；l1997年出了5.1（Windows）版本；l2001年初，推出了MATLAB6.1（R12）的正式版；l2002年出了6

3、.3（R13）版本；l2003年底，出现了MATLAB7.0测试版；n对于学习语法基础的人来说，各版本的差别不太大，本书以7.0为基础给大家进行讲解。2.1 MATLAB语言的发展语言的发展金陵科技学院机电工程学院nMATLAB是“矩阵实验室”（MATrix LABoratory）的缩写，是以矩阵运算为基础的交互式程序语言。其主要特点是： 1. 友好的工作平台和编程环境2.简单易用的程序语 3.强大的科学计算机数据处理能力 4.出色的图形处理功能 5.应用广泛的模块集合工具箱2.2 MATLAB语言的特点语言的特点金陵科技学院机电工程学院n 6.实用的程序接口和发布平台 7.应用软件开发（包括

4、用户界面） 8. Matlab常用工具箱介绍(英汉对照)金陵科技学院机电工程学院n1.友好的工作平台和编程环境 （MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系

5、统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。2.2 MATLAB语言的特点语言的特点金陵科技学院机电工程学院n2.简单易用的程序语言 Matlab一个高级的距阵/阵列语言，它包含控制语句、 函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M文件)后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C语言基础上的，因此语法特征与C语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，

6、这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。2.2 MATLAB语言的特点语言的特点金陵科技学院机电工程学院n3.强大的科学计算机数据处理能力lMATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C+ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如距阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解

7、决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。2.2 MATLAB语言的特点语言的特点金陵科技学院机电工程学院n4.出色的图形处理功能lMATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和距阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使他不仅在一般数据可视化

8、软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。2.2 MATLAB语言的特点语言的特点金陵科技学院机电工程学院n5.应用广泛的模块集合工具箱lMATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，他们都是由特定领域

9、的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。2.2 MATLAB语言的特点语言的特点金陵科技学院机电工程学院n6.实用的程序接口和发布平台n新

10、版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C+数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C+代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C语言程序。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。nMATLAB的一个重要特色就是他有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。金陵科技学院机电工程学院n7.应用软件开发（包括用户界面）n在

11、开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel。 金陵科技学院机电工程学院n8 Matlab常用工具箱介绍(英汉对照)n Matlab Main Toolboxmatlab主工具箱nControl System Toolbox控制系统工具箱nCommunication Toolbox通讯工具箱nFinancial Toolbox财政金融工具箱nSystem Identification Toolbox系统辨识工具箱nFuzzy Logic Too

12、lbox模糊逻辑工具箱nHigher-Order Spectral Analysis Toolbox高阶谱分析工具箱nImage Processing Toolbox图象处理工具箱nLMI Control Toolbox线性矩阵不等式工具箱nModel predictive Control Toolbox模型预测控制工具箱n-Analysis and Synthesis Toolbox分析工具箱nNeural Network Toolbox神经网络工具箱金陵科技学院机电工程学院nOptimization Toolbox优化工具箱nPartial Differential Toolbox偏微分方

13、程工具箱nRobust Control Toolbox鲁棒控制工具箱nSignal Processing Toolbox信号处理工具箱nSpline Toolbox样条工具箱nStatistics Toolbox统计工具箱nSymbolic Math Toolbox符号数学工具箱nSimulink Toolbox动态仿真工具箱nWavele Toolbox小波工具箱金陵科技学院机电工程学院n双击MATLAB图标，可见MATLAB的桌面由三个视窗组成。l右半个视窗为命令窗【Command Window】l左上视窗为当前目录【Current Directory】，可切换为工作空间【Workspac

14、e】l左下视窗为历史命令【Command History】n命令窗【Command Window】是我们进行编程的主要窗口，是MATLAB的工作环境之一。2.3 MATLAB的工作环境的工作环境桌面构成桌面构成金陵科技学院机电工程学院n主菜单【Desktop】的下拉子菜单中l【desktop Layout】选择桌面布局；【default】为默认，出现默认视窗；其后三个分别为只显示命令窗、显示命令和历史窗、以标签形式显示所有窗口；l【Undock *】使*窗游离；点击箭头可返回；l另外还有移动命令窗、改变命令窗大小、保存布局、单独打开或关闭特定窗口等子菜单；2.3 MATLAB的工作环境的工作环

15、境用菜单【用菜单【Desktop】控制桌面】控制桌面金陵科技学院机电工程学院2.3 MATLAB的工作环境的工作环境环境简介环境简介 MATLAB的工作环境主要由三个组成n命令窗（Command Window） ；l默认方式打开n文本编辑窗（File Editor） ；l通过打开路径打开，如打开q21n图形窗（Figure Window） ；l键入figure或绘图命令，如logon下面介绍命令窗的主要菜单。金陵科技学院机电工程学院n主菜单中各项功能：n【file】中的New，Open，Preferencesn【edit】中的Cut，Copy，Pasten【window】中的显示当前打开的各视

16、窗n【help】进入帮助视窗2.3 MATLAB的工作环境的工作环境菜单简介菜单简介金陵科技学院机电工程学院n调出上一行命令；n调出下一行命令；nFormat命令：改变显示格式；nHelp命令：给出MATLAB当前管理的所有程序库名；向下依次给出MATLAB中每一个函数库的函数用法；nExit或quit命令：正常退出MATLAB2.3 MATLAB的工作环境的工作环境常用命令常用命令金陵科技学院机电工程学院 键名 作 用 键名 作 用 前寻式调回已输入过的指令行 Home 使光标移动到当前行的 首端 后寻式调回已输入过的指令行 End 使光标移动到当前行的尾端 在当前行中左移光标 Delete

17、 删去光标右边的字符 在当前行中右移光标 Backspace 删去光标左边的字符 PageUp 前寻式翻阅当前窗中的内容 Esc 清除当前行的全部内容 PageDown 后寻式翻阅当前窗中的内容 2.3 MATLAB的工作环境的工作环境命令行编辑的常用操作键命令行编辑的常用操作键金陵科技学院机电工程学院2.3 MATLAB的工作环境的工作环境关于关于format命令命令nFormat compact ：密集显示格式nFormat loose（默认） ：稀疏显示格式n注意：format可以改变数字的显示方式，但是MATLAB内部采用双精度格式进行数据的存储和运算。金陵科技学院机电工程学院2.3

18、MATLAB的工作环境的工作环境关于关于format命令命令金陵科技学院机电工程学院n（1）helpl得到全部子程序和工具箱库名；n（2）help 库名l得到库中所有子程序名；n（3）help 子程序名l得到该子程序的功能和用法说明；2.3 MATLAB的工作环境的工作环境关于关于help命令命令金陵科技学院机电工程学院nExit或quit命令：正常退出MATLAB。退出后整个进程中输入的命令都保存在历史命令中，下次可以利用。n点击右上方号：强制非正常退出MATLAB。进程中输入的命令都不保存。（建议不用）nSave命令：在退出前保存数据，下次用load命令再调出数据。2.3 MATLAB的工作环境的工作环境关于退出关于退出金陵科技学院机电工程学院2.4 演示程序演示程序ndemol可以得到MAT