MATLAB语言与控制系统仿真

第1章MATLAB语言概述MATLAB语言与控制系统仿真本课程包含MATLAB语言设计和控制系统仿真研究第1章MATLAB语言概述通过本课程的学习，使学生初步掌握当前流行的演算式MATLAB语言的基本知识，结合所学课程《自动控制原理》，学会运用MATLAB语言进行控制系统仿真和辅助设计的基本技能，为今后从事科学研究打下较好的基础。课程任务:第1章MATLAB语言概述第1章MATLAB语言概述1.1MATLAB语言及其特点1.2MATLAB语言工作环境1.3MATLAB的基本操作命令第1章MATLAB语言概述1.1MATLAB语言及其特点MATLAB是“MATrixLABoratory”的缩写（矩阵实验室），它是由美国Mathworks公司于1984年正式推出的一种科学计算软件。MATLAB的3.x(DOS)版本于1988年推出，随后1992年推出了4.x(Windows)版本。随着新版本的推出，MATLAB的扩展函数越来越多，功能越来越强大。pipipxxMATLAB集成度高，使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，并且很容易由用户自行扩展，与其它计算机语言相比，MATLAB有以下显著特点：1．MATLAB是一种解释性语言MATLAB是以解释方式工作的，键入算式立即得结果，无需编译，即它对每条语句解释后立即执行。若有错误也立即作出反应，便于编程者马上改正。这些都大大减轻了编程和调试的工作量。2．变量的“多功能性”(1)每个变量代表一个矩阵，它可以有nm元素；(2)矩阵行数、列数无需定义：若要输入一个矩阵，在用其它语言编程时必须定义矩阵的阶数，而用MATLAB语言则不必有阶数定义语句，输入数据的列数就决定了它的阶数；第1章MATLAB语言概述3．运算符号的“多功能性”所有的运算，包括加、减、乘、除、函数运算都对矩阵和复数有效。4．人机界面适合科技人员语言规则与笔算式相似：MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近，因此易写易读，易于在科技人员之间交流。5．强大而简易的作图功能(1)能根据输入数据自动确定坐标绘图；(2)能规定多种坐标（极坐标、对数坐标等）绘图；(3)能绘制三维坐标中的曲线和曲面；(4)可设置不同颜色、线型、视角等。如果数据齐全，通常只需一条命令即可出图。6．智能化程度高7．功能丰富，可扩展性强MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分。基本部分包括：矩阵的运算和各种变换，代数和超越方程的求解，数据处理和傅里叶变换，数值积分等等。扩展部分称为工具箱(toolbox)，用于解决某一个方面的专门问题，或实际某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络、小波分析等20余个工具箱，并且还在继续发展中。第1章MATLAB语言概述8．语法更简单与其他高级语言相比较，matlab的语法更加简单。第1章MATLAB语言概述1.2MATLAB语言的工作环境一、MATLAB系统的启动二、MATLAB的命令窗口三、工作空间四、命令窗口与当前路径窗口五、图形窗六、文本编辑窗第1章MATLAB语言概述一MATLAB系统的启动启动MATLAB系统的方法如下：选择桌面上（或“开始/程序/MATLAB”中）的MATLAB7.0.1应用程序图标，双击（或单击）。MATLAB7.0.1启动后，将显示如图1.2所示的操作界面，它表示MATALB系统已建立，用户可与MATALAB系统进行交互操作。第1章MATLAB语言概述二MATLAB文件系统（见书）通常情况下，MATLAB的工作环境主要由命令窗口（CommandWindow）、当前路径窗口（CurrentDirectory）、工作区间浏览器（Workspace）、命令历史窗口（CommandHistory）等组成。第1章MATLAB语言概述三MATLAB的命令窗口及命令行操作1.命令窗中的菜单与功能MATLAB命令窗口(CommandWindow)是用户和MATLAB系统交互的主要窗口。在该窗口中，用户可以运行函数、执行MATLAB的基本操作命令以及对MATLAB系统的参数设置等操作。在命令窗口的菜单条下，共有6个下拉子菜单：File、Edit、View、Web、Windows和Help。第1章MATLAB语言概述图1.3命令窗口下的File子菜单·New及其子菜单：允许用用户打开一个新的文件（M文件）、新的图形窗（Figure）、仿真模型文件(.mdl)和图形用户界面文件(GUI)。·Open....：从指定的相应路径和文件名打开一个已经存在的文件。·CloseCommandWindow：关闭命令窗口。·ImportData....：在MATALB工作空间中生成一变量，并从指定的路径和相应的文件中获取数据。·SaveWorkspaceAs....：将工作空间中的所有变量数据保存在指定的路径下的相应的文件(.mat)中。·SetPath....：设置MATLAB的搜索路径。·Preferences...：允许用户对系统的一些性能参数进行设置，如数据格式、字体大小与颜色等。第1章MATLAB语言概述2.命令窗的编辑特殊功能键与命令窗口的设置命令窗口是MATLAB的主窗口，当用户使用命令窗口进行工作时，在命令窗口中可以直接输入相应的命令，系统将自动显示信息。命令窗口第1章MATLAB语言概述2.命令窗的编辑特殊功能键与命令窗口的设置MATLAB的特殊的功能键调出上一个（历史）命令行调出下一个命令行Esc恢复命令输入的空白状态当输入命令的语句过长，需要两行或多行才能输入，则要使用“…”作连接符号，按回车键(Enter)转入下一行继续输入。第1章MATLAB语言概述3.Matlab命令行操作可以进行单行操作或者单行多语句操作☆单行操作键入回车，数值运算立即执行。第1章MATLAB语言概述3.Matlab命令行操作可以进行单行操作或者单行多语句操作命令行用分号和不用分号的区别：1）语句1结尾有分号，按回车键后执行命令，输入参数送入工作区，但是不显示变量内容2）语句2结尾无分号，按回车键后执行命令，输入参数送入工作区，但是要显示变量内容第1章MATLAB语言概述3.Matlab命令行操作（数值运算）4.Matlab命令行操作（函数运算）第1章MATLAB语言概述5.Matlab命令行多语句操作（用shift+enter）第1章MATLAB语言概述四、m文件及m函数1、m文件m文件分为注释文件和执行文件。注释文件只有注释行，没有命令行。在matlab中，注释语句前需要以“%”符号来标识。执行文件的书写方法与命令行的书写方法一样，他们的区别在于m文件是批量命令方式以m文件的文件名调用来执行。第1章MATLAB语言概述m文件的建立第1章MATLAB语言概述例1：注释文件的建立第1章MATLAB语言概述例2：可执行文件的建立第1章MATLAB语言概述m函数m函数的定义格式:function[A2,A2,….]=myfunction(a1,a2…..)外部传递参数自定义m函数名函数返回参数注：1)函数文件的第一条语句必须是上面格式；2）function后面是输出变量，变量之间用逗号隔开；3）等号后面是函数名，它必须和文件名一样。4）最后是输入变量，用括号括起来，多个输入变量之间用逗号隔开；5）function语句结尾不用任何标点符号，否则调用时要出错；6）函数文件的最后一句可以加return,也可以不加。第1章MATLAB语言概述例：需要建立名为exam04的m函数，其主要功能为计算两个数组的乘积，并显示结果。第1章MATLAB语言概述例2：第1章MATLAB语言概述例2：第1章MATLAB语言概述总结：m文件和m函数的区别M文件在编写完后就可以运行，但m函数需要传递值给外部传递参数，然后调用，否则要出错。第1章MATLAB语言概述1.3MATLAB的基本操作命令MATLAB的命令基本上可以分为五类，包括管理命令和函数、管理变量和工作空间的命令、控制命令窗口的命令、对文件和环境操作的命令以及退出MTALAB的命令。1．窗口命令clf：清除当前Figure窗口里的所有非隐藏图形对象。Close：关闭当前的Figure窗口。Closeall：关闭所有的Figure窗口。Clc：清除命令窗口里的内容，光标回到窗口的左上角。第1章MATLAB语言概述1.3MATLAB的基本操作命令MATLAB的命令基本上可以分为五类，包括管理命令和函数、管理变量和工作空间的命令、控制命令窗口的命令、对文件和环境操作的命令以及退出MTALAB的命令。1．窗口命令clf：清除当前Figure窗口里的所有非隐藏图形对象。close：关闭当前的Figure窗口。closeall：关闭所有的Figure窗口。clc：清除命令窗口里的内容，光标回到窗口的左上角。第1章MATLAB语言概述1.3MATLAB的基本操作命令MATLAB的命令基本上可以分为五类，包括管理命令和函数、管理变量和工作空间的命令、控制命令窗口的命令、对文件和环境操作的命令以及退出MTALAB的命令。2．工作空间管理命令who：列出当前工作空间里的所有变量。Whos：列出当前工作空间里的所有变量及大小、类型和所占的存储空间。Clear：从工作空间清除所有变量。Clearall：从工作空间清除所有变量、函数和MEX文件。Save：将工作空间里的变量保存到磁盘文件。Load：将磁盘文件里的变量加载到工作空间。Quit：退出MATLAB。第1章MATLAB语言概述例：第1章MATLAB语言概述例：第1章MATLAB语言概述例：第1章MATLAB语言概述3、帮助命令help：在命令窗口里显示MATLAB函数或命令的帮助信息。type:列出m文件内容