《MATLAB及其在电气工程中的应用苏小林第一章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MATLAB及其在电气工程中的应用苏小林第一章（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,苏小林 赵巧娥 编著,MATLAB及其在电气工程中的应用,第1章 MATLAB简介与工作环境,1.1 MATLAB简介,MATLAB全称为Matrix Laboratory，即矩阵实验室，是由美国MathWorks公司开发的大型软件,是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。它以矩阵或数组为基本数据单位进行数据分析、处理和运算，集科学计算、数据可视化、程序设计和系统仿真等功能为一体，在高校教学、科研和工程界众多领域中得到广泛应用，已成为教学、科研和解决工程问题的强有力工具和实验平台。 MATLAB产品家族包括有MATLAB、MATLAB Toolbo
2、xes和Simulink等产品模块。MATLAB是MATLAB产品家族的基础，它由桌面工具与开发环境、数学函数库、高级编程语言、二维和三维图形、外部接口库等组成，提供了强大的矩阵处理、数据可视和程序设计功能。 MATLAB Toolboxes称为MATLAB工具箱，是针对特定种类问题而开发的专业函数库，具有开放性和可扩展性，用户可直接使用，也可查看算法程序代码，甚至进行修改。目前，MATLAB工具箱有40多种，分为功能性工具箱和学科专业工具箱。功能性工具箱是用来扩充MATLAB的符号计算、可视化建模仿真、文字处理及实时控制等功能。学科专业工具箱是专业性比较强的工具箱，例如，控制系统工具箱、信号
3、处理工具箱、通信工具箱、图像处理工具箱等。Simulink是基于MATLAB环境，用来对各种动态系统进行建模、仿真和分析的集成平台。它是由模块库、模型构,造及指令分析和演示程序等组成，是一个模块化、模型化的系统动态仿真环境。Simulink提供了利用鼠标拖放的方法建立系统仿真模型的图形用户界面，对系统进行建模、仿真和分析时如同堆积木一样简单方便。 MATLAB由于具有科学计算与数据处理能力强、程序语言简单易学、工作平台和编程环境友好、图形表达和处理功能强、工具箱丰富、可扩展性好等特点，在国内外得到广泛应用。目前，MATLAB的最新版本为MATLAB 8.2，即MATLAB2013b。,按照安装
4、向导正确安装MATLAB软件后，即可使用MATLAB软件。双击系统桌面的MATLAB快捷图标启动MATLAB，进入MATLAB工作界面。其工作界面也称为MATLAB桌面(Desktop)，是一个多窗口、交互式、图形用户界面的集成开发环境，默认的桌面布局如图1-1所示，用户也可根据需要定制和改变桌面布局。桌面上包括有许多用于管理与MATLAB有关文件、变量和应用的工具，如菜单栏、工具栏和常用窗口等。缺省桌面中有四个常用窗口，分别是命令窗口(Command Window),1.2 MATLAB工作环境,、命令历史(Command History)、工作空间(Workspace)、当前目录(Curr
5、ent Directory)，除此之外，还有一些常用窗口会根据所开展的工作和操作自行打开，例如编辑器窗、图形窗口、模型窗等。下面先了解这些窗口的功能和基本使用。 图1-1 MATLAB桌面,1.2.1 命令窗口,命令窗口是MATLAB操作的最主要工作界面。在该窗内，可以直接输入、编辑、运行MATLAB的命令、数据、变量、函数、表达式，并显示其运行结果。 1. 命令行的输入和运行 命令窗中的为MATLAB的命令行提示符，光标位于其后，表明可以输入要执行的语句(指令、命令)。输入完语句内容后，按回车键(Enter键)执行，其运行结果可即刻显示在命令窗内。下面通过几个简单实例来体验一下。 【例1-1
6、】 创建二个3阶矩阵A和B，并求：(1)A+B；(2) AB；(3) B-1。 在命令窗口中直接输入： A=1,2,3;4,5,6;7,8,9 按Enter键(在输入完一个命令行内容后，必须按下Enter键，该语句才能被执行，后面将不在提及此操作)，语句被执行，在窗口中显示,以下结果： A= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 以上创建了一个3阶矩阵A，A为变量。下面为叙述简明， 后面内容为输入的语句。 B=2,5,3;6,3,4;7,9,1 B= 2 5 3 6 3 4 7 9 1 创建了第二个3阶矩阵B。以下是计算这两个矩阵的和、积，计算矩阵B的逆阵： C=A+B,C = 3 7 6 10
7、 8 10 14 17 10 D=A*B D = 35 38 14 80 89 38 125 140 62 B_inv=inv(B) B_inv = -0.2308 0.1538 0.0769 0.1538 -0.1329 0.0699 0.2308 0.1189 -0.1678,2. 不显示运行结果 以上指令的运算结果都显示在命令窗内。若不想显示运行结果，可在语句结尾处加分号“；”。按Enter键后，只执行语句，其运行结果不显示在命令窗内，读者可通过例1-2来体验。 【例1-2】画出衰减振荡曲线y=5e-t/4sin3t，t的取值范围是0,4。 在命令窗内键入： t=0:pi/100:4*p
8、i; y=5*exp(-t/4).*sin(3*t); plot(t,y) grid 所画图形出现在图形窗口中，如图1-2所示。,说明 本例中，pi是MATLAB的预定变量，代表圆周率；指令中的“.*”符号表示数组乘，详细定义请见第2章；第1行和第2行的语句结尾都加了分号“；”，这两行指令的运算结果在命令窗中不显示。,图1-2 衰减振荡曲线,3. 命令行的编辑 在命令窗口中，不仅可输入指令、运行指令，还可对输入的指令内容进行各种编辑，对过去输入的指令进行回调、编辑和重运行。为了使操作简便快捷，可利用一些常用的功能键来操作。常用的功能键如表1-1所示。,【例1-3】利用指令回调，画出衰减余弦振荡
9、曲线y=5e-t/3cos3t，t的取值范围仍为0,4。 在fx光标处按一下“”，回调出grid，再按一下“”，回调出plot(t,y)，再按一下“”，回调出： fx y=5*exp(-t/4).*sin(3*t); 利用鼠标或功能键定位到要修改的字符处，编辑修改为 fx y=5*exp(-t/3).*cos(3*t); 按Enter键执行。同样，可通过回调的方式，回调出plot(t,y)，按Enter键，重新执行画图指令，画出的图形如图1-3所示。,图1-3 衰减余弦振荡曲线,在回调操作中，也可输入命令行的前几个字符，再按“”键，这样可直接回调到以这几个字符开头的最近的一个指令。例如，输入“
10、B_”后，再按“”键，可直接回调出B_inv=inv(B)语句。,4. 常用的控制命令 MATLAB中的许多操作和控制，既可以使用对应的菜单或者功能按钮来实现，也可以使用MATLAB提供的相应控制命令来完成，表1-2列出了一些常用控制命令。这些控制命令，既可在命令窗中使用，也可以在M文件或者MAT文件中的程序语句中使用。 表1-2 MATLAB中的常用控制命令,5. 数值结果的显示方式 数值计算结果在命令窗中可以采用不同的格式来显示。默认情况下，数值结果是以format short的格式来显示的，用户可根据计算的要求自行设置数值结果的显示方式。其设置可以采用图形界面方式或format命令方式。
11、图形界面设置是执行“File”菜单下的“Preference”，在弹出的界面中，选择左边选项中的“Command Window”，在右边界面的“Text display”项的“Numeric format”下拉列表中选择所需显示格式。format命令方式是通过执行format命令来设置，其命令格式和含义如表1-3所示。 数值结果的显示格式并不影响数值的计算精度，仅仅是显示方式的不同，数值的实际存储和计算使用的都是双精度型。 表1-3 数值显示格式的控制命令,命令历史窗记录和显示着用户在命令窗中所输入过的所有指令。历史记录包括每次启动MATLAB的时间，每次启动MATLAB之后在命令窗中所输入和
12、运行的所有指令行。 用户不仅能在历史窗中查看命令窗中运行过的所有指令，而且还可以根据需要将所选命令行复制到命令窗再运行，或直接运行，甚至可以通过这些记录创建成M文件。这些功能都可以通过历史窗的快捷菜单来完成。 首先，选择命令行。选择1行指令时，先将光标指向欲选指令行，单击鼠标左键选中该指令行；选择连续的多指令行时，先将光标指向欲选指令的第1行，单击鼠标左键选中，按下Shift键再用鼠标单击欲选的最后一行指令；选择不连续的多指令行时，按下Ctrl键，再用鼠标单击所有欲选的指令行。,1.2.2 命令历史窗,选中要操作的指令后，单击鼠标右键弹出快捷 菜单，如图1-4所示。快捷菜单中的子菜单功 能说明
13、如下： (1) Copy：复制当前选中的指令，可以将指 令粘贴到其他的应用程序窗口中。 (2) Evaluate Selection：执行当前选中的 指令。 (3) Create M-File：用当前选中的指令创建 一个新的M文件，文件的内容就是所选的指令。 (4) Delete Selection：从命令历史窗中删 除所选的指令。 (5) Delete to Selection：将所选中指令行 之前的所有历史记录指令从历史窗中删除。 (6) Delete Entire History：删除历史窗中 所有的指令。,图1-4 命令历史窗的快捷菜单,1.2.3 工作空间,工作空间窗口列出了所有内存
14、变量及其详细信息，包括变量名(Name)、变量数组大小(Size)、变量字节大小(Bytes)、变量类型(Class)、数组值(Value)等，如图1-5所示。变量名前的图标表示对应的变量数据类型。欲显示变量的其他信息，可通过选中菜单“View”“Choose Columns”中的字段列来实现，例如“Min”、“Max”、“Mean”、“Range”、“Median”等字段列。 图1-5 工作空间窗口,在工作空间窗中，不仅可查看内存变量及其信息，还可对变量数组进行所需编辑，例如，复制、重命名、删除、修改等，也可基于数值数组变量进行数据可视化，即画图。 用鼠标双击所需编辑的内存变量名，弹出变量编
15、辑器(Variable Editor)窗，例如，双击变量A，弹出变量编辑器窗，如图1-6所示。在该窗口中，可浏览变量数组内容，可对数组元素编辑、修改，也可改变数组的大小和新增元素。这种操作方法适合于输入较大规模数组。 在工作空间窗中，用鼠标单击要操作的变量，点亮该变量。当鼠标指针处于点亮区时，单击鼠标右键弹出快捷菜单。快捷菜单中的主要指令项有： (1) Open Selection：打开变量编辑器，查看或编辑所选变量。 (2) Copy：将所选变量复制到粘贴板。 (3) Delete：删除所选变量。 (4) 根据所选变量，快捷菜单中列出了多种图形的画图指令，用户可以选择一种，以绘制出相应图形。
16、,图1-6 数组编辑器,1. 当前目录 当前目录窗是用于显示、组织、管理当前目录下的文件、子目录，其显示的内容可包括文件类型图标、文件名、文件大小、最后修改时间和文件描述，如图1-7所示。,1.2.4 当前目录与搜索路径,图1-7 当前目录,在当前目录窗中，用户可以执行打开、运行或者编辑M文件，装载MAT数据文件等操作。其操作过程十分简单，首先选择相应的文件，将光标处于点亮处，再单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择所需操作的选项来完成。 当前目录也称为工作目录，所有的MATLAB文件保存和读取都是以当前目录为默认目录开始。在默认情况下，启动MATLAB的时候，系统将当前目录设置为“MATLABwork”。该默认目录并不适合保存所有的工作文件，建议用户创建自己的工作目录，存放自己创建的应用文,件，这样既便于文件管理，也使得运行可靠。 创建工作目录的方法和在Windows中创建目录的方法完全相同。建议用户将创建的工作目录设置为当前目录，这是因为不特别指明存放目
