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1、附录一 MATLAB 软件简介 MATLAB语言是美国Mathworks公司研制开发的大型计算软件，自1985年问世以来，特别是1993年4.x Windows版本的出现，使得MATLAB语言的使用获得了巨大的发展。它的强大的矩阵处理与运算功能、丰富的图形绘制能力深受用户的青睐。控制领域的研究者与工程技术人员对此给予了极大关注，国际上众多的知名学者在此基础上先后开发出一系列的相关工具箱(toolbox)，如控制系统工具箱(Control System Toolbox)、神经网络工具箱(Neural Network Toolbox)、系统辨识工具箱(Systerm Identification
2、Toolbox)、最优化工具箱(Optimization Toolbox)、鲁棒控制工具箱(Robust Control Toolbox)等，以及集成在 MATLAB上的面向结构图的系统分析平台Simulink。从而使得MATLAB的功能得到了全面提高，几乎覆盖了控制领域各个研究分支，成为国际控制领域最为重要与流行的对控制系统进行分析研究的软件工具。本节将简要介绍一些MATLAB的最基本知识，为没有接触过MATLAN语言的控制领域的人员提供一定的基础知识。对于更加详细的内容请读者参阅相关的文献书籍与在线帮助。值得说明的是在本书前面各章节中提到的MATLAB是广义上的MATLAB含义，它将包括相
3、关的工具箱等方面的知识与内容。1 变量与附表达式在MATLAB中变量名与C语言一样，要求以字母开头的字符串可以是字母、数字或下画线。例如， namestring， string_12等都是合法的变量名。变量名的长度以不超过 25个字符为限。在MATLAB中对变量名是区分大小写字母的，即同一个字母不同的大小写代附表着不同的变量。当用户在MATLAB工作空间输入一个新变量后，MATLAB将自动分配给该变量相应的内存，不需要在输入变量时加以声明。变量是MATLAB的基本运算单元，是其进行运算和编写程序的基础，由变量构成的基本语句就是赋值语句,其典型格式为 变量名=附表达式 下述示例给出了最简单的赋值
4、语句,在MATLAB的命令窗口中输入 name_1= 4则定义了一个变量name1，并实现了对它的赋值，这可以通过在命令窗口上键入该变量名来检查变量是否已经被定义和赋值。得到结果为 name_1= 4上例证实了变量name_1已经建立并且已被赋值。在MATLAB的变量中有一类变量允许作用在多个函数中，这类变量就是全局变量。对于全局变量是需要声明的，即在该变量名前冠以关键宇“global”，如在命令窗口键入 global HE HE=0.124; 则这样HE就变成了全局变量。 如果需要求解一个附表达式并将运算结果存于某一变量，可由下述语句实现 A=3*16+10-27/3运行上述语句可得到 A=
5、 49 若直接输入附表达式，而没有将运算结果赋值给变量，MATLAB将自动将结果存于内部“ans”中并加以显示，例如输入 3*1610-27/3运行得到 ans 49 如果在表达式的最后应用“；结束，虽然不会影响对变量赋值的结果，但运算结果将不在屏幕上显示。 另外MATLAB自身具有一些内部常数或准内部变量(函数)，允许用户直接加以使用，如附表1-1 所示。 附表1-1内部常数与变量内部常数(函数)名功 能内部常数(函数)名功 能i虚数单位flops计算浮点运算次数j虚数单位clock时间pi圆周率date日期inf无穷大tic,toc时间间隔nan不定值etime时间间隔2 基本运算符 MA
6、TLAB语言具有强大的运算功能，它能够为用户提供所需计算的各种算术与逻辑运算。附表12给出了MATLAB的主要算术与逻辑关系运算符及其相应的功能解释。 附表1-2 算术与逻辑运算符 运算符 功能解释 运算符 功能解释 + 加 = 等于 - 减= 不等于 * (矩阵)乘 大于 .* 数组乘 = 大于等于 . 数组乘方 = 小于等于 (矩阵)左除 & 逻辑与 . 数组左除 | 逻辑或 / (矩阵)右除 逻辑非 ./ 数组右除 3 M文件 所谓M文件就是用MATLAB语言编写的磁盘文件，该文件均以“m”作为文件的扩展名，它们都是ASCII码的文件格式，因此可以采用任何能够生成ASCII码文件格式的编
7、辑器加以编辑。M文件分为脚本(script)文件与函数(function)文件两大类。 1M脚本文件 M脚本文件就是根据用户要求，使用MATLAB语言组成的具有一定功能的MATLAB指令集合。M脚本文件运行后，所产生的变量驻留在MATLAB的工作空间中，只要用户不对其使用clear命令加以清除(或关闭MATLAB命令窗口)，则这些变量将会一直保留在MATLAB的工作空间中。下述MATLAB语句如果以. m为扩展名存盘，就构成了M脚本文件。 num=2* 1,2; den=conv(conv(1,0,3),1,2,2); G1=tf(num,den); G=ss( G1); a,b,c,d=ss
8、data(G); Ab= a-b*c Bb= b Cb= c Db=0 Step(Ab,Bb,Cb,Db) 2.M函数文件 从结构上看M函数文件的第一行一定具有函数声明行，该行是以function作为该行的关键字，它是M函数文件必须具有的内容。在该行中，函数名与函数的相关变量均被加以定义；而M函数文件的另一关键内容是M函数体，这也是M函数文件不可缺少的一部分内容，由它实现该M函数文件的相应功能。在这两部分之间可以插入各种注释与说明，这些注释与说明的内容放在后面，该部分内容不作为程序加以执行，而为在线帮助和阅读程序提供必要的信息。在M函数文件中所定义的变量都是内部变量，函数执行完毕后这些变量将随
9、之消失，不会影响MATLAB的整个工作空间，M函数文件就是建立一个函数，而这个函数可以同ATLAB的基本库函数一样加以使用，附表13给出了MATLAB的常用基本数学函数。 附表13 基本数学函数函数名功能函数名功能sin(x)正弦函数ln(x)自然对数ln(x)cos(x)余弦函数log10(x)以10为底的对数函数tan(x)正切函数abs(x)模或绝对值cot(x)余切函数angle(x)复相角sec(x)正割函数conj(x)共轭复数csc(x)余割函数imag(x)复数虚部asin(x)反正弦函数real(x)复数实部acos(x)反余弦函数fix(x)近似0的整数atan(x)反正切
10、函数floor(x)近似小于自身的最大整数acot(x)反余切函数ceil(x)近似大于自身的最小整数asec(x)反正割函数round(x)四舍五入acsc(x)反余割函数rem(x,y)x除以y的余数exp(x)指数ex函数sign(x)符号函数考查下述例子。 function y mean(x) This is a M function file m=length(x)； ysum(x)/m； 将上述程序存入meanl.m的磁盘文件，从而构造了一个M函数文件，该函数文件能够实现对平均数的求取。现在如果需要即可对其加以使用，在MATLAB命令窗口中键入 r=1:99; mean (r)运行
11、得到 ans 50 该例就是直接使用了所建立的M函数文件，对数列r求出相应的平均数。4 矩阵、数组与基本数值运算功能 矩阵与数组在形式上有相似之处，但概念是不同的。矩阵表示的是一种线性变换关系，它有着严格的线性代数运算规则，而数组运算则是由MATLAB软件定义的。41矩阵的建立 在MATLAB中一个矩阵不但可以表示为数学意义上的矩阵，也可表示为一个向量。对于一个向量可以认为是一个 1 n或n 1的矩阵，显然标量就是向量的特殊形式。在 MATLAB中矩阵的建立有多种方法，主要可以通过下述途径加以实现。 1直接输入法 对于一个矩阵一般可以直接输入得到，如键入 A=1 2 3;4 5 6;7 8 9
12、会得到相应的矩阵为 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 对于较大的矩阵也可分行输入，如键入 A=1.0,2.0,3.0,4.0 5.0,6.0,7.0,8.0 9.0,10,11,12 13,14,15,16得到相应的矩阵为 A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 可以看出在建立矩阵时，元素之间空格和“，”的意义相同,“;”的意义是起换行符的作用。 2在M文件中构建矩阵 M文件是一类含有MATLAB合法代码的文本文件。用户可以通过采用M文件构造所需要的矩阵。在MATLAB中建立下述M文件，并将其存盘，取tempm作为该M文件名。 B=1 2 3 4 4 3 2 1 5 6 7 8 8 7 6 5当在MATLAB的 命令窗口中敲入 temp
