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1、第0章 MATLAB仿真,1 MATLAB介绍2 MATLAB编程仿真3 Simulink仿真,0.1 MATLAB介绍,0.1.1 MATLAB的特点 MATLAB是MathWorks公司开发的一种跨平台的，用于矩阵数值计算的简单高效的数学语言，与其它计算机高级语言如C，C+，Fortran，Basic，Pascal等相比，MATLAB语言编程要简洁得多，编程语句更加接近数学描述，可读性好，其强大的图形功能和可视化数据处理能力也是其它高级语言望尘莫及的。对于具有任何一门高级语言基础的读者来说，学习MATLAB十分容易。,但是，要用好MATLAB却不是在短时间就可以达到的。这并不是因为MATL
2、AB语言复杂难懂，而是实际问题的求解往往更多的是需要使用者具备数学知识和专业知识。MATLAB使得人们摆脱了常规计算机编程的繁琐，让人们能够将大部分精力投入到研究问题的数学建模上。可以说，应用MATLAB这一数学计算和系统仿真的强大工具，可以使科学研究的效率得以成百倍的提高。目前，MATLAB已经广泛用于理工科大学从高等数学到几乎各门专业课程之中，成为这些课程进行虚拟实验的有效工具。在科研部门，MATLAB更是极为广泛地得到应用，成为全球科学家和工程师进行学术交流首选的共同语言。在国内外许多著名学术期刊上登载的论文，大部分的数值结果和图形都是借助MATLAB来完成的。,与其它高级语言相比较，M
3、ATLAB具有独特的优势：(1) MATLAB是一种跨平台的数学语言。采用MATLAB编写的程序可以在目前所有的操作系统上运行(只要这些系统上安装了MATLAB平台)。MATLAB程序不依赖于计算机类型和操作系统类型。(2) MATLAB是一种超高级语言。MATLAB平台本身是用C语言写成的，其中汇集了当前最新的数学算法库，是许多专业数学家和工程学者多年的劳动结晶。使用MATLAB意味着站在巨人的肩膀上观察和处理问题，所以在编程效率，程序的可读性、可靠性和可移植性上远远超过了常规的高级语言。这使得MATLAB成为了进行科学研究和数值计算的首选语言。,(3) MATLAB语法简单，编程风格接近数
4、学语言描述，是数学算法开发和验证的最佳工具。MATLAB以复数矩阵运算为基础，其基本编程单位是矩阵，使得编程简单，而功能极为强大。对于常规语言中必须使用许多语句才能实现的功能，如矩阵分解、矩阵求逆、积分、快速傅立叶变换，甚至串口操作、声音的输入输出等，在MATLAB中均用一两句指令即可实现。而且，MATLAB中的数值算法是经过千锤百炼的，比用户自己编程实现的算法的可信度和可靠性都大为提高。(4) MATLAB计算精度很高。MATLAB中数据是以双精度存储的，一个实数采用8字节存储，而一个复数则采用16字节存储。通常矩阵运算精度高达1015以上，完全能够满足一般工程和科学计算的需要。与其它语言相
5、比，MATLAB对计算机内存、硬盘空间的要求也是比较高的。,(5) MATLAB具有强大的绘图功能。利用MATLAB的绘图功能，可以轻易地获得高质量的(印刷级)曲线图。具有多种形式来表达二维、三维图形，并具有强大的动画功能，可以非常直观地表现抽象的数值结果。这也是MATLAB广为流行的重要原因之一。 (6) MATLAB具有串口操作、声音输入输出等硬件操控能力。随着版本的提高，这种能力还会不断加强，使得人们利用计算机和实际硬件相连接的半实物仿真的梦想得以轻易实现。(7) MATLAB程序可以直接映射为DSP芯片可接受的代码，大大提高了现代电子通信设备的研发效率。,(8)MATLAB的程序执行效
6、率比其它语言低。MATLAB程序通常是解释执行的，在执行效率和速度上低于其它高级语言，当然如果对执行效率有特别要求，可以采用C语言编制算法，然后通过MATLAB接口在MATLAB中执行。事实上，MATLAB自带的许多内部函数均是用C语言编写并编译的，因此利用MATLAB内部函数的程序部分运行速度并不比其它语言中相应函数低。本书给出的程序和例子均在MATLABReleaseR13（6.5.1）（完全安装）版本下验证通过。,0.1.2 MATLAB快速入门1.MATLAB的启动和退出本书以Windows2000下的MATLAB6.5.1为例，在其它Windows版本下操作是类似的。假定已经正确安装
7、了MATLAB的Windows版本，从Windows的“开始|程序”菜单中找到MATLAB图标，单击该图标即可进入MATLAB环境。进入MATLAB后操作环境通常显示的是MATLAB的命令窗口，在该窗口中可以输入各种MATLAB命令和语句，通过命令方式与MATLAB进行交互。虽然MATLAB也像通常的Windows程序一样提供了菜单和快捷工具栏，通过它们可以很方便地对MATLAB进行操作，但是建议读者尽可能使用命令方式去操作MATLAB，虽然刚开始可能觉得不太方便，但是与菜单和快捷工具方式相比，命令方式的功能最为强大，也最能体现MATLAB的精髓，而且命令方式本身也是跨平台的。,MATLAB命
8、令窗口中，输入命令的提示符为“”。在MATLAB命令窗口中，键入命令“quit”或“exit”并按回车键(回车)，即可退出MATLAB环境。0.在MATLAB中如何获取帮助MATLAB几乎涉及了所有工程领域的数学问题，没有一本书能够完全覆盖读者所需要解决的问题。因为MATLAB帮助文档是惟一完全覆盖MATLAB功能函数的权威技术文件，所以，善于利用MATLAB的帮助文档将是非常重要的。,在MATLAB命令窗口中，使用命令“intro”可以进入MATLAB简介演示。而使用命令“demo”可以打开MATLAB的演示窗口，其中包含了大量MATLAB程序的演示实例，对于初学者具有很高的参考价值。如果读
9、者需要打开MATLAB的帮助文档，使用命令“helpwin”即可。如果要用浏览器打开html形式的帮助文档，可使用命令“doc”。若需要打开MATLAB某条命令或函数用法的html帮助文档，则只需输入命令doc命令或函数名回车即可。,如果要在命令窗口中显示帮助信息，则只需输入命令“help”即可。若需要了解MATLAB某条命令或函数的用法，使用命令 help命令或函数名回车 即可。例如，要查询自然对数函数命令“log”的用法，应使用命令 help log回车另外，MATLAB帮助文档还以PDF电子文件格式提供，存放在MATLAB的安装目录中，读者可以用AcrobatReader等软件阅读。读者
10、也可以通过介绍MATLAB的若干网站获取和交流应用MATLAB的心得体会。,3.在MATLAB命令窗口中计算数学表达式MATLAB语言是一种解释性语言，它提供了方便的演算纸式的数学计算方式。在MATLAB命令窗口中输入数学表达式，然后回车即可得出计算结果。MATLAB的数学表达式与数学公式表达极为相似，也非常类似于C语言的表达。例如，计算表达式2sin(0.3)/(1+KF(5KF)的值，在MATLAB命令窗口中输入以下语句并回车就能得到结果。2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5)回车ans=0.5000,以上语句中，“pi”是MATLAB已定义的常数，即圆周率；“ans”是表达式计
11、算结果的默认存储变量。MATLAB定义的常数中，常用的有以下一些：ans 最新表达式计算结果的默认存储变量inf 表示正无穷大+NaN 非数，例如0/0将得到非数i或j 虚数单位,即eps 从1.0到下一个最大浮点数的距离,常用来作为浮点计算相对误差使用,pi 圆周率realmin MATLAB 所能表示的最小正实数realmax MATLAB 所能表示的最大正实数 MATLAB中常用的算术运算符有+、-、*、/、等，含义如下：+ 数量加法,矩阵加法- 数量减法,矩阵减法* 数量乘法,矩阵乘法.* 数组乘法/ 数量除法,矩阵右除 ,数量除法(左除),矩阵左除./数组除法矩阵乘方.数组乘方矩阵的
12、共轭转置,对于一个复数而言将得到其共轭复数.矩阵转置(不共轭)关于这些算术运算符的详细用法以及示例，可以用doc arithmeticoperators回车打开html格式的帮助文档查看。,4.在MATLAB命令窗口中输入简单矩阵例如，输入矩阵时可以采用下面的方法：A=1,2,3;4,5,6;7,8,9回车A=1 2 34 5 67 8 9,(2-1),MATLAB中可以采用逗号或空格来分隔矩阵中的列元素，而采用分号或回车符来分隔矩阵的行，整个矩阵包含在方括号“”内。采用命令“whos”可以查看用户在MATLAB工作空间(内存)中所存储的变量情况。使用命令“workspace”就可以打开工作空
13、间浏览器窗口，双击其中的变量可以对其值进行修改。命令“clear 变量名”可以清除相应的变量，而命令“clear”则清除所有用户自定义的变量。系统的默认变量是不会被“clear”清除的。为了避免前面的程序对后续程序的影响，通常在程序的开始使用“clear”语句来复位MATLAB的内存空间。使用命令“clc”可以清除命令窗口中的显示字符。使用命令“home”可以使得命令窗口中提示符光标回到窗口的左上角。这两个命令仅仅影响屏幕的显示，不会清除内存中的变量。 ,5.MATLAB的语句和变量MATLAB语句可以有两种形式：（1)表达式；（2)变量名表达式。 在第一种形式中，表达式计算的值将存放于默认变
14、量“ans”中；而在第二种形式中，表达式的值将存放于变量名所指定的变量中。MATLAB中多条语句可以在一行内书写，以逗号“,”或分号“;”相互隔开。如果是以分号隔开的，则计算结果不显示在屏幕上，否则回车后将显示计算结果。例如，计算1+2+3+100的值以及100的阶乘100!。,s=1:100;sum(s),p=prod(s)回车ans=5050p=9.3326e+157MATLAB中的变量是区分大小写的，变量、函数名必须以字母开头，其后接最多19个字母、数字或下划线。例如：a和A是不同的变量，p121-6，yinyue3是合法的变量名，而3sd则是非法的变量。在变量或函数的命名时，应该养成良
15、好的命名习惯，命名不要和MATLAB中的系统函数或变量相同。特别地，如果计算中存在复数运算，那么就应该避免采用“i”和“j”作为循环变量。,MATLAB中可以方便地进行复数运算，例如计算 ，其中，a=15+j3，b=5e j2。可在命令窗口中输入：a=15+j*3,b=5*exp(j*2),(a.2+b).(1/5)回车6.绘制简单的函数曲线MATLAB提供了极为便利的数据可视化手段，可以作出任意函数的图像。作为快速入门，在此以一个二维作图为例，作出函数y=e-x/10sinx在x-1,10范围的图像。,x=-1:0.1:20;%定义x的范围和步进回车y=exp(-x./10).*sin(x);%计算函数值回车plot(x,y);grid;%作出函数图像,并在坐标上画出网格回车结果如图1所示。注意，在程序语句中,以百分号“%”开始的是注释部分。关于“plot”的详细用法和例子可以用“doc plot”命令查看帮助文档。,
