授课教师:袁帅 信息学院 自动化教研室,计算机仿真,讲 课 内 容,第 1 章 MATLAB 入门与基本运算 第 2 章 MATLAB 图形与可视化 第 3 章 线性系统分析与设计 第 4 章 SIMULINK仿真环境 第 5 章 MATLAB 控制仿真与实例,第 1 章 MATLAB 入门与基本运算,1.1 MATLAB 环境与文件管理 1.2 基本数据定义与变量管理 1.3 变量、数组与函数 1.4 数据的输入与输出 1.5 数组与矩阵运算 1.6 M文件与函数 1.7 多项式管理 1.8 控制语句与逻辑管理 1.9 曲线拟合与插值运算 1.10 符号运算,MATLAB 环境与文件管理,MATLAB发展 1970年代中期 ，Cleve Moler博士开发了 ： EISPACK（特征值求解的程序库） LINPACK（解线性方程的程序库 ）,1970年代后期， Cleve Moler编写接口程序 ：MATLAB, 即矩阵（MATrix）与 实验室（LABoratory） 前3个字母的组合，是“矩阵实验室”的缩写， 它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言。,1983年春，Cleve Moler和John Little用C语言开发了第二代专业版,1984年， 两人成立了Mathworks公司,正式把MATLAB推向市场。,1988年， 推出MATLAB3.x版本(DOS版)。,1993年， 推出MATLAB4.0版本(Win3.x)。,1997年， 推出MATLAB5.0版(Windows95)。,1999年， 推出MATLAB5.3版本( 流行较广 )。,2000年，推出MATLAB6.0版本,2006年，推出MATLAB7.2版本,2012年，推出MATLAB7.14, , ,MATLAB 环境与文件管理,MATLAB发展,MATLAB的特点,1、起点高,2、人机界面友好,3、强大而简易的作图功能,4、一流的数值计算功能,5、智能化程度高,6、强劲的工具箱,是一个强大的功能演算性草稿纸,难点：函数较多，仅基本部分就有700多个。,MATLAB 环境与文件管理,MATLAB 环境与文件管理,环境与文件管理,菜单(Menu),当前路径,当前目录窗口,历史记录窗口,工作区窗口,命令窗口,第 1 章 MATLAB 入门与基本运算,1.1 MATLAB 环境与文件管理 1.2 基本数据定义与变量管理 1.3 变量、数组与函数 1.4 数据的输入与输出 1.5 数组与矩阵运算 1.6 M文件与函数 1.7 多项式管理 1.8 控制语句与逻辑管理 1.9 曲线拟合与插值运算 1.10 符号运算,基本数据定义与变量管理,建立数据： 创建变量，数组 创建数据：输入指令 x = 5; x1 = 0.2 1.11, 3; y1 = 1 2 3; 4 5 6; 显示数据：指令后去掉 ; 号或直接键入变量名 有规律的创建数据： 等间隔定义数组：x2 = 1:10(或者为1:1:10) 等距离定义数组：x3 = linspace (-1,1,10) 定义对数坐标的数组：x4 = logspace (-1,1,10),基本数据定义与变量管理,变量管理 变量查看： 变量查询： 变量删除：,who （列出工作区中的内存变量） whos （列出工作区中的内存变量详情）,clear （清除工作区中的变量和函数 ）,exist(变量名) （查询是否存在一个变量 ）,基本数据定义与变量管理,数值显示：Format指令,内部只有一种类型为双精度（8个字节，64位）， 实数为1个双精度数，复数为两个双精度数。 但输出显示格式有8种。 可用format命令来改变显示格式。 例如： format short 显示5位数 (pi: 3.1416) format long 显示15位数(pi: 3.14159265358979) format bank 显示货币格式(pi: 3.14),Format指令,基本数据定义与变量管理,在线查询： Help 命令；寻求帮助的标题 look for命令；关键词提供帮助,变量、数组与函数,变量,表示变量名,常量名,函数名和文件名的字符串,（1）由字母、数字、下划线等符号组成，第一个字母必须是英文字母 。,（2）变量和常量最长不要超过19个字符，多余截取。,（3）函数和文件名通常不超过8个字符。,（4）变量名大小写敏感。,变量、数组与函数,变量：特殊变量 ans -默认临时变量 pi - eps -计算机中的最小数 inf -无穷大 NaN-非数或不定数（如：0/0） i或j -虚数单位,变量、数组与函数,注释 和标点 %：注释语句前面添加的符号 多条命令语句放在同一行，中间用逗号或分号隔开。逗号要求显示结果，分号不要求显示结果； 例如：输入 x = 4.5; y = 5, f=1.9,变量、数组与函数,复数表示 real ： 复数实部 imag： 复数虚部 abs： 复数幅值 angle： 复数相位 例：,变量、数组与函数,数学函数,abs(x)：纯量的绝对值或向量的长度 angle(z)：复 数z的相角(Phase angle) sqrt(x)：开平方 real(z)：复数z的实部 imag(z)：复数z的虚部 conj(z)：复数z的共轭复数 round(x)：四舍五入至最近整数 fix(x)：无论正负，舍去小数至最近整数 floor(x)：地板函数，即舍去正小数至最近整数 （比此小数小的最近整数） ceil(x)：天花板函数，即加入正小数至最近整数 （比此小数大的最近整数） rat(x)：将实数x化为分数表示 rats(x)：将实数x化为多项分数展开,sign(x)：符号函数 (Signum function)。 当x0时，sign(x)=1。 小整理：MATLAB常用的三角函数 sin(x)：正弦函数 cos(x)：馀弦函数 tan(x)：正切函数 asin(x)：反正弦函数 acos(x)：反馀弦函数 atan(x)：反正切函数 atan2(x,y)：四象限的反正切函数 sinh(x)：超越正弦函数 cosh(x)：超越馀弦函数 tanh(x)：超越正切函数 asinh(x)：反超越正弦函数 acosh(x)：反超越馀弦函数 atanh(x)：反超越正切函数,数据的输入与输出,利用M文件生成数据 在当前子目录Work中: 新建abc.m文件; 键入a=1; b=-2; c= 10; 保存文件; 在命令窗口中直接键入abc，运行该程序； 获得结果： a=1 b=-2 c= 10;,数据的输入与输出,利用M文件生成数据 在当前子目录Work中: 新建abc.m文件; 键入a=1; b=-2; c= 10; 保存文件; 在命令窗口中直接键入abc，运行该程序； 获得结果： a=1 b=-2 c= 10;,数据的输入与输出,save与load指令 使用save与load指令保存与加载已有的数据。 例如： save ; 以二进制的形式将所有变量存入到matlab.mat文件中； save data; 以二进制的形式将所有变量存入到data.mat中； save data x y z; 以二进制的格式将x y z 存入到data.mat中； load; 将matlab.mat文件中的所有变量加载到工作空间中； load data; 将 data.mat文件中的所有变量加载到工作空间中； load data x y z;将data.mat文件中变量x y z加载到工作空间中,数据的输入与输出,MATLAB低级文件I/O函数,数据的输入与输出,FOPEN函数:,fopen函数打开一个文件并返回这个文件的文件句柄值。它的基本调用形式如下： fid = fopen(filename, permission) 说明：其中fid用于存储文件句柄值，如果返回的句柄值大于0，则说明文件打开成功。文件名filename用字符串形式，表示待打开的数据文件。Permission表示打开方式，常见的打开方式如表所示。,FOPEN函数打开方式,数据的输入与输出,FSCANF函数:,fscanf函数可以读取文本文件的内容，并按指定格式存入矩阵。其调用格式为： A,count = fscanf(fid, format, size) 说明：其中A用来存放读取的数据，COUNT返回所读取的数据元素个数，fid为文件句柄，format用来控制读取的数据格式，由%加上格式符组成，常见的格式符有：d（整型）、f（浮点型）、s（字符串型）、c（字符型）等，在%与格式符之间还可以插入附加格式说明符，如%12f。size为可选项，决定矩阵A中数据的大小，它可以取下列值：N（读取N个元素到一个列向量）、inf（读取整个文件）、M，N（读数据到MN的矩阵中，数据按列存放）。,数据的输入与输出,FPRINTF函数:,fprintf函数可以将数据按指定格式写入到文本文件中。其调用格式为： count = fprintf(fid, format, A, .) 说明：fid为文件句柄，指定要写入数据的文件，format是用来控制所写数据格式的格式符，与fscanf函数相同，A是用来存放数据的矩阵。,低级文件读/写数据的过程,设已有Test.txt，内容如右：,a_d_1 3.0 0.6 -2.00 .05372 .00707 -.02525 -1.00 .09308 .04892 .01294,运行文件 inout.m 内容如下： % input and output adata file f1 = fopen(test.txt,r) p = fscanf(f1,%c) f2 = fopen(name.txt,w) fprintf(f2,%s15n,%9.5fn, %9.5fn,%4(9.5f) n,p) fclose(all),数组与矩阵运算,矩阵表达式，用 表示 （1）基本赋值 1）使用 2）同一行元素用空格或，隔开 3）不同行用；隔开 例如：a=1 2 3;4 5 6,（2）复数的赋值： 例如: z=1+2i或1+2j z=1+2i 3+4i z=1 3+2 4*i,数组与矩阵运算,矩阵的变换,（1）抽取：由原矩阵中的部分元素 构成新矩阵。 如：b=a(2,4,1,3) 表示第2，4行与第1、3列交叉元素组成新矩阵。,（2）抽去：使用空矩阵（无元素），将矩阵整行/列删除。 如：a(2,4,：)= 将2、4行删除 a(：,2)= 将第2列删除,数组与矩阵运算,矩阵的变换,（3） 组合：由多个矩阵组成一个新矩阵，但行列应正好。 如：a=1 2 3;4 5 6; b=7 8 9;10 11 12; c=a b; d=a;b;,（4）转置：b=a （行变列）,A = 1 2 3 4 5 6, A ans = 1 4 2 5 3 6,B=1+2i 3+4i 5-6i 7-8i, B ans = 1.0000 - 2.0000i 5.0000 + 6.0000i 3.0000 - 4.0000i 7.0000 + 8.0000i,数组与矩阵运算,矩阵信息查询,矩阵信息查询函数,数组与矩阵运算,矩阵信息查询,m,n=size(A)：返回矩阵的行列数m与n。 length(A)=max(size(A)：返回行数或列数的最大值。,A=1 2 3;4 5 6; m,n=size(A) m = 2 n = 3,length(A) ans = 3 max(size(A) ans = 3,m=size(A,1) m = 2 n=size(A,2) n = 3,数组与矩阵运算,矩阵信息查询,