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1、MATLAB与系统仿真第一章 MATLAB基本知识1.1MATLAB简介 1.概述历史：1984年推出MATLAB的正式版，1992年推出MATLB4.0版 ，1993年推出微机版，到2005年为止，先后推出了MATLAB 4.x，MATLAB5.x、MATLAB6.x以及MATLAB7.x等版本。MATLAB与系统仿真1 MATLAB基本知识常见的MATLAB工具箱： (1)通信工具箱(Communications Toolbox)； (2)控制系统工具箱(Control Systems Toolbox)； (3)数据获得工具箱(Data Acquisition Toolbox)； (4)数
2、据库工具箱(Database Toolbox)； (5)滤波器设计工具箱(Filter Design Toolbox)； (6)模糊逻辑工具箱(Fuzzy Logic Toolbox)； (7)图像处理工具箱(Image Processing Toolbox)； (8)神经网络工具箱(Neural Network Toolbox)； (9)模型预测控制工具箱(Model Predictive Control Toolbox)； (10)优化工具箱(Optimization Toolbox)； (11)鲁棒控制工具箱(Robust Control Toolbox)； (12)信号处理工具箱(Si
3、gnal Processing Toolbox)； (13)统计学工具箱(Statistics Toolbox)； (14)系统辨识工具箱(System Identification Toolbox)； (15)小波分析工具箱(Wavelet Toolbox)； (16)偏微分方程工具箱(Partial Differential Equation Toolbox)； (17)高阶谱分析工具箱(High-order Spectral Analysis Toolbox)； (18)样条工具箱(Spline Toolbox)； (19)定点运算模块集(Fixed-Point Blockset)。MA
4、TLAB与系统仿真MATLAB的安装过程与一般的应用软件类似,需要定制选择工具箱。 安装工具 箱选择项安装路径选择图1-1 MATLAB安装界面2 MATLAB安装与运行MATLAB与系统仿真当前工作 路径窗口命令窗口历史命 令窗口工作空 间窗口当前工作路径选择图1-2 MATLAB命令窗口3 MATLAB操作界面MATLAB与系统仿真n1.2 MATLAB的基本操作 1.2.1 变量变量（包括函数）命名规则： 必须以字母开头； 可以由字母、数字和下划线混合组成； 变量长度应不大于31个； 字母区分大小写。 变量的定义 Matlab在使用变量前不用专门的语句定义变量的数据 类型，Matlab会
5、根据语句的执行结果自动指定变量的 数据类型和变量的尺寸。MATLAB与系统仿真MATLAB是一种类似BASIC语言的解释性语言，”标志为MATLAB的命令 提示符，其后的内容才是用户输入的信息。每行命令输入完后，只有用回车 键进行确定后，命令会被执行。 MATLAB用%表示注释，%开始一直到行末的 内容都是注释。a=5; b=6; c=a*b 执行后显示： c=30 d=c+2 执行后显示： d=321.2.2 MATLAB语言结构1.2 MATLAB的基本操作MATLAB与系统仿真n1逐个元素输入法n如：a=1,2,3,4+5in2冒号运算符法n如：b=1:2:10 c=1:10n【说明】冒
6、号运算符的格式是： startv : step : endvstartv是初值，即数组的第一个元素值。endv是终值，即数组的最后一个元素值。step称为步长，即数组元素每次增加的值；步长setp可以省略不写，此时默认步长为1；setp可以为负值，此时要求startvendv。n一、一维数组的创建1.2.3 MATLAB数据结构MATLAB与系统仿真如：linspace(1, 5, 9)【说明】 linspace函数的调用格式为：x=linspace(a, b, n) 数组的第一个元素值为a，最后一个元素值为b，数组中共有n个元素， 这n个元素线性均匀分布于a和b之间，即数组元素依次为3、线性
7、分隔法4、对数分隔法如：logspace(0, 3, 4) 【说明】 logspace函数的调用格式为：x=logspace(a, b, n) 数组的第一个元素值为 ，最后一个元素值为 ，数组中共有n个元素，这n个元素的以10为底的对数值均匀分布与a和b之间，即数组元素依次为MATLAB与系统仿真n二、二维数组的建立n1逐个输入数组元素值n如果数组内元素数量少，可以直接从键盘逐个输入元素的值 ，需要遵循的规则是：n整个数组必须用中括号“ ”括起来n数组的行与行之间用分号“;”分隔，或者用回车符分隔n每行之间的元素必须用逗号“,”或者空格分隔n分隔符必须是英文字符，即在英文状态下输入分号、n 括
8、号、方括号、逗号等n例：x=1,2,3;4,5,6;7,8,9MATLAB与系统仿真n2利用M文件n 如果数组元素很多，或者元素值要经常改变，我们可以 采用M文件来输入和保存数组。n 用M文件实现对数组x的输入和保存，方法如下：n（1）在当前目录下，用程序编辑器建立一个名为MyData.m 的文件；n（2）在编辑器中输入x内容；nX=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10; 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10;11,12,13,14,15,16,17,18,19,20n（3）保存MyData.m文件；n（4）在命令窗口键入MyData，就可以在内存中建立数组x 并读入数组元素的值。 M
9、ATLAB与系统仿真三、标准数组的生成数学中定义了很多标准数组或者矩阵，如全1数组、全 零数组、对角阵等，在Matlab中有相应的函数用来生成 这些标准数组。 1ones 功能：生成全1数组，即数组中的元素都为1。 格式： Y=ones(n)生成nn的全1矩阵Y=ones(size(A)生成和数组A同样尺寸 的全1数组 例：x=ones(3)；x(2,3)=5 2zeros 功能：生成全0数组，即数组中的元素都为0。 格式：同ones函数MATLAB与系统仿真n3randn功能：生成均匀分布随机数组。n格式：rand(state,v) 设置随机发生器的初始状态为vn其他同ones函数n4ran
10、dnn功能：产生正态分布随机数组。n格式：同rand函数n5magicn功能：产生魔方矩阵,不适用于高维数组。n格式：M=magic(n)产生nn的魔方矩阵MATLAB与系统仿真n6eyen功能：产生单位矩阵，即主对角线元素都为1而其他 元素都为0的二维数组n格式：Y=eye(n)nY=eye(n,m)nY=eys(size(A)nY=eye(m,n,classname)n说明：classname是字符串，表示元素的数据类型名n 称，可取double, single, int8, uint8, int16, n uint16，int32, uint32, int64, uint64。 MATL
11、AB与系统仿真n7diagn功能：产生对角阵，即矩阵的某个对角线元素不全为0，其他元 素为0。n格式：X = diag(v,k)n 生成length(v)+|k|阶方阵，并在第k条对角线放置元素vnX = diag(v)n 生成length(v)阶方阵，并在主对角线放置元素vnv = diag(X,k)n 返回方阵X的第k条对角线元素构成的列向量nv = diag(X)n 返回方阵X的主对角线元素构成的列向量n说明：v为行向量，表示对角线元素；k为对角线位置，k=0n 表示主对角线，k0表示在主对角线上方的第k条对角n 线，k sym_matrix=sym(a b c;jack,help me
12、!,no way!) （3）vpa命令 matlab控制运算精度用的是digits和vpa这两个函数， digits用于规定运算 精度，比如： digits(20); 需要控制精度的，我们就对运算表达式使用vpa函数。 例如： digits(8); a=vpa(sqrt(2); b=sqrt(2) 试观察a与b的区别MATLAB与系统仿真3. 在线帮助（1）help命令 （2）lookfor命令(3) 从菜单中获得帮助图13 MATLAB帮助窗口MATLAB与系统仿真1.4 MATLAB的M文件和程序控制语句1.4.1 MATLAB的控制语句MATLAB是一个功能极强的高度集成化程序设计语言,
13、 具备一般程序设计语言的基本语句结构 ，也提供了条 件转移语句，循环语句等一些常用的控制语句 。MATLAB与系统仿真1. 循环语句MATLAB中可以使用两种循环语句：for语句和while语句.for语句的基本格式为：for 循环变量=表达式1: 表达式2: 表达式3循环语句组end 例： mysum=0; for i=1:1:100mysum=i+mysum; end mysum MATLAB与系统仿真例： mysum=0;i=1;while(i=5050)imysumbreak;endmysum=mysum+i; end 执行结果： i =101 mysum =5050 if结构if e
14、xpressioncommandsend【说明】当表达式expression的值为真，则执行commands语句组，否则跳过commands语句组，执行end之后的语句。MATLAB与系统仿真 if-else结构if expressioncommands1elsecommands2end【说明】如果表达式expression的值为真，则执行语句组 commands1，然后跳过语句组commands2向下执行；若表达式expression的值为假，则跳过语句组commands1，执行语句组commands2。 MATLAB与系统仿真 if-elseif-else结构if expression_1
15、command_1elseif expression_2command_2elseif expression_ncommand_nelsecommand_elend【说明】 如果表达式expression_1的值为真，则执行语句组 command_1，若表达式expression_1的值为假，则判断expression_2的值，若为真，则执行语句组 command_2，否则向下继续判断表达式。如果所有表达式都为假，则执行语 句组command_el。MATLAB与系统仿真例： 有分段函数 计算并显示函数值。编程输入x的值，n解：x=input(请输入自变量值： )nif x clearn abcn f,kMATLAB与系统仿真二、函数文件函数文件允许有多个输入参数和多个输出参数值. 其基本格式如下：functionf1，f2，f3，=fun(x，y，z， )注释说明语句函数体语句 其中，x，y，z是形式输入参数；f1，f2，f3， 是返回的形式输出参数值; fun是函数名。MATLAB与系统仿真函数文件的使用比命令文件更加灵活，能够更好的实现复杂问题的功能模块划分。函数文件如同一个“黑箱子”，调用者仅仅需要把输入变量传递给函数，就会得到函数的输出变量，即函数的运行结果。对函数文件有如下的描述：
