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1、1,控制系统仿真-基于MATLAB语言,主讲教师：张磊中国海洋大学 工程学院,2023/8/30,2,一、初步了解matlab 二、熟悉matlab界面，能够进行简单操作。,本章的主要内容,2 MATLAB语言概述,3,一、MATLAB语言的发展 matlab语言是由美国的Clever Moler博士于1980年开发的 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Matrix Laboratory 矩阵实验室的意思,2 MATLAB语言概述,4,它将一个优秀软件的易用性与可靠性、通用性与专业性、一般目的的应用与高深的科学技术应用有机的相结合MATLAB是一种直译式的高

2、级语言，比其它程序设计语言容易,5,MATLAB语言与其它语言的关系仿佛和C语言与汇编语言的关系一样,计算机语言的发展,标志着计算机语言向“智能化”方向发展，被称为第四代编程语言。,6,MATLAB已经不仅仅是一个“矩阵实验室”了，它集科学计算、图象处理；声音处理于一身，并提供了丰富的Windows图形界面设计方法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,7,MATLAB已经逐渐作为大学工科学生必修的计算机语言之一(C,FORTRAN,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

3、院校MATLAB语言不受计算机硬件的影响，286以上的计算机都可以使用,8,二、matlab能在各领域做什么 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,9,例、用一个简单命令求解线性系统 3x1+x2-x3=3.6 x1+2x2+4x3=2.1-x1+4x2+5x3=-1.4A=3 1-1;1 2 4;-1 4 5;b=3.6;2.1;-1.4;x=Ab%行列的左除运算x=1.4818-0.4606 0.3848,对于线性系统有Ax=b,1

4、0,例、用简短命令计算并绘制在0 x6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。x=linspace(0,6)%0与6之间等间隔生成100个点y1=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2;plot(x,y1,x,y2,x,y3)%二维平面曲线,11,用四种方法描述cos(x)*sin(y)图形,12,13,三、MATLAB语言的特点：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,14,四、MATLAB语言的功能：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（

5、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,15,1.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11的矩阵,16,2.符号运算功能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、泰乐级数展开、寻优等等，可求得解析符号解,17,3.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

6、图使用plot函数可随时将计算结果可视化,18,4.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,19,20,5.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讯工具箱系统辨识工具箱神经元网络工具箱金融工具箱,21,许多学科，在MATLAB中都有专用工具箱，现已有30多个工具箱，但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,22,6.MATLAB的兼容功能可与C语言、FORTURE语言、

7、VB、JAVA等的编程接口用函数CMEX、FMEX实现应用程序集成（COM组件、DDE动态数据交换）,23,7.MATLAB的容错功能非法操作时，给出提示，并不影响其操作1/0Warning:Divide by zeroans=Inf,24,8.MATLAB的开放式可扩充结构,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可随时检索matlab函数可随时查询matlab函数的使用方法,25,五、启动MATLAB,开机执行程序 c:matlabbinmatlab.exe用鼠标双击matlab图标）即可打开matla

8、b命令平台,26,待机状态,工作窗出现以后，即可进行各种操作,27,六、MATLAB界面,与Windows的窗口界面类似，有菜单项File、Edit、Option、Windows、Help等项可以选择。,28,菜单项File，其功能如下New 建立新文件Open M-File 打开M-文件Open selected 打开选定文件Save Workspace As 将工作区存为Run M-File 运行 M-文件Look For Selected 寻找选定文件Print 打印Print Setup 打印设置Exit MATLAB 退出 MATLAB,29,30,如果选择OptionsNumeri

9、c Format(数字显示格式）可以得出下一级子菜单，允许用户设置matlab下结果数据的显示格式。可从中选择Short（默认的简洁格式）和Long（高精度格式）等,由于各菜单项的选择、执行方法与Windows风格完全相同，就不一一说明了。,31,32,七、matlab与dos兼容命令1.dir 可列出指定目录下的文件和子目录清单例如:Dir 可显示当前目录下的所有文件Dir c:matlabDir c:matlab*.m%指定路径Dir*.m%当前路径,33,2.cd可改变当前工作目录 cd _ _ 显示当前子目录 cd c:matlabtoolbox cd _.退出当前子目录到上一级目录

10、cd _ 回到根目录,34,type myfile.m 与dos下的用法完全一样,3.type 可显示指定文件的全部内容,clc 清除窗口的内容clear 清除工作空间所有变量close 关闭当前的图形窗口,35,4.delete 删除指定文件,del abc 删除当前目录下的abc文件 del c:matlabaaa.m 注意：只可删除用户文件，其它文件不要轻易删除，否则系统会瘫痪,36,八、matlab的数据与变量,变量查询函数who与whos作用都是列出在matlab工作空间中已经驻留的变量名清单不同的是whos在给出驻留变量的同时，还给出他们的维数及性质,37,2.永久变量,在matl

11、ab工作内存中,驻留了几个由系统本身在启动时定义的变量，我们称为永久变量 永久变量用who指令是查看不到的，只可随时调用,38,eps 容差变量，定义为1.0到最近浮点数的距离,在 pc机上=2-52，eps(5)pi 圆周率的近似值3.1415926 inf或Inf 表示正无穷大,定义为1/0 NaN 非数，它产生于0，0/0，/等运算，表示运算溢出 i，j 默认使用i,j为虚数单位标志 ans 对于未赋值运算结果，自动赋给ans,39,3.what 程序查询指令,what 列出当前目录中所有和MATLAB有关的文件 what dirname 列出指定目录中所有和MATLAB有关的文件如：M

12、,MAT,MEX,MDL,fig and P-files,40,九、文件系统与路径函数,which 列出指定文件所在的目录 which test.m 显示test.m所在的路径 path 路径函数 path 显示matlab启动时设定的搜索路径,41,十、matlab联机帮助命令,help 功能提供matlab大部分主题的在线帮助信息help 显示help 主题一览表help plotxyz 显示有关三维做图指令帮助信息help 显示特殊字符与符号帮助信息help help 显示help 的帮助信息,42,虽然help可以随时提供帮助，但必须知道准确的函数名称。当不能确定函数名称时，help就

13、无能为力了。,Lookfor函数 它可提供通过一般的关键词，搜索出一组与之相关的命令lookfor fourier 寻找含有傅立叶变换的相关指令,43,help、lookfor 两个指令构成了matlab语言相当完善的在线帮助查询系统,lookfor fouri 寻找所有包含fouri的指令和注释如 FFT Discrete Fourier transform,44,十一、matlab的演示功能,demo 在线演示,45,matlab的基本运算功能,初等运算 sqrt()方根,exp()自然指数,log()自然对数,log10()三角函数 sin(),cos(),tan(),asin(),acos()数据统计函数 max(),min(),mean()平均值,sum(),sort(),