《MATLAB基础与编程入门》课件第1章.ppt

1、第第1 1章章 MATLABMATLAB桌面环境桌面环境 1.1 MATLAB产品简介产品简介 1.2 MATLAB的桌面环境的桌面环境 1.3 Start菜单菜单 1.4 Command Window和和MATLAB指令指令 1.5 Command History 和历史记录和历史记录 1.6 创建并使用创建并使用MATLAB快捷方式快捷方式 1.7 Current Directory和搜索路径和搜索路径 1.8 使用帮助使用帮助 本章小结本章小结 1.1 MATLAB产品简介产品简介 MATLAB的名称源自Matrix Laboratory，它的首创者是在数值线性代数领域颇有影响的Clev

2、e Moler博士，他也是生产经营MATLAB产品的美国Mathworks公司的创始人之一。MATLAB是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而使其被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作中，而且利用MATLAB产品的开放式结构，用户可以非常容易地对MATLAB的功能进行扩充，从而在不断深化对问题认识的同时，逐步完善MATLAB产品以提高产品自身的竞争能力。MATLAB产品族可以用来进行如下工作：*数值分析；*数值和符号计算；*工程与科学绘图；*控制系统的设计与仿真；*数字图像处理

3、；*数字信号处理；*通讯系统设计与仿真；*财务与金融工程。1.1.1 MATLAB的产品体系的产品体系 MATLAB产品由若干个模块组成，不同的模块完成不同的功能，其中有*MATLAB；*MATLAB Toolboxes；*MATLAB Compiler；*Simulink；*Simulink Blockset；*Real-Time Workshop(RTW)；*Stateflow；*Stateflow Coder。图1-1 MATLAB的产品体系 其中，MATLAB是MATLAB产品家族的基础，任何其他MATLAB产品都以这个模块为基础。MATLAB核心模块提供了基本的数学算法，例如矩阵运算

4、、数值分析算法，MATLAB集成了2D和3D图形功能，以完成相应数值可视化的工作，并且提供了一种交互式的高级编程语言M语言，利用M语言可以通过编写脚本或者函数文件实现用户自己的算法。本书的内容就完全集中在MATLAB核心模块中。MATLAB的桌面应用程序开发工具是以MATLAB Compiler为核心的一组编译工具。MATLAB Compiler能够将那些利用MATLAB提供的编程语言M语言编写的函数文件编译生成为函数库或者可执行文件。这样就可以扩展MATLAB功能，使MATLAB能够同其他高级编程语言例如C/C+语言进行混合应用，取长补短，以提高程序的运行效率，丰富程序开发的手段。从MATL

5、AB Release 14版本开始，MATLAB Compiler 4 能够支持所有M语言特性，可以将大多数工具箱函数都编译生成为独立可执行的应用程序，极大地提高了MATLAB的应用范围。利用M语言还开发了相应的MATLAB专业工具箱函数供用户直接使用，这些工具箱应用的算法是开放的、可扩展的，用户不仅可以察看其中的算法，还可以针对一些算法进行修改，甚至允许开发自己的算法以便扩充工具箱的功能。目前MATLAB产品的工具箱有40多种，分别涵盖了数据获取、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。另外，MATLAB除了能够和C/C+语言集成开发

6、以外，目前的MATLAB还提供了和Java语言接口的能力，并且它还支持COM标准，能够和任何支持COM标准的软件协同工作。特别是从Release 13开始，包含了MATLAB Compiler的扩展产品MATLAB Builder，它能够将MATLAB的函数文件打包成COM组件或者.NET组件、Excel插件，甚至可以打包成Java对象，这样就能够将MATLAB应用程序算法集成到相应的开发工具或者应用软件中。MATLAB主要的专业工具箱包括以下几种。数学与数据分析 Optimization Statistics Nerual Network Symbolic Math Partial Diff

7、erential Equation Mapping Spline Curve Fitting Bioinforamtics Genetic Algorithm and Direct Search *数据获取与采集：Data AcquisitionImage AcquisitionInstrument ControlDatabaseExcel Link*信号处理与图像处理：Signal ProcessingImage ProcessingCommunication System IdentificationWaveletFilter DesignMATLAB Link for Code Comp

8、oser StudioLink for ModelSim Link for Tasking 控制系统设计与分析 Control system Fuzzy Logic Robust Control Model Predictive Control 财经与金融 Financial Financial Time Series GARCH Datafeed Financial Derivatives Fixed Income 应用程序集成与发布 MATLAB Compiler MATLAB Report Generator MATLAB Web Server MATLAB Builder for.NE

9、T MATLAB Builder for Excel MATLAB Builder for Java 1.1.2 Simulink简介简介 Simulink是基于MATLAB的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真，它的建模范围广泛，可以针对任何能够用数学来描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通讯系统、船舶及汽车的动力学系统等，其中包括了连续、离散，条件执行，事件驱动，单速率、多速率和混杂系统等。Simulink提供了利用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形界面，而且还提供了丰富的功能块以及不同的专业模块集合，利用Simulink几乎可以做到不用书写

10、一行代码即可完成整个动态系统的建模工作。Simulink的基本模块库如图1-2所示。图1-2 Simulink的基本模块库 Simulink的特点：*交互式建模：Simulink本身提供了大量的功能块方便用户快速建立动态系统的模型，建模的时候只需要利用鼠标拖放功能块并将其连接起来即可。*交互式仿真：Simulink的框图提供可交互的仿真环境，可以将仿真结果动态显示出来，并且在各种仿真的过程中，调节系统的参数。*任意扩充和定制功能：Simulink的开放式结构允许用户扩充仿真环境的功能，可以将用户利用C、C+、FORTRAN语言编写的算法集成到Simulink框图中。*与MATLAB工具集成：S

11、imulink的基础是MATLAB，在Simulink框图中可以直接利用MATLAB的数学、图形和编辑功能，完成诸如数据分析、过程自动化分析、优化参数等工作。*专业模型库：为了扩展Simulink的功能，Mathworks公司针对不同的专业领域和行业开发了各种专业模型库，将这些模型库同Simulink的基本模块库结合起来，可以完成不同专业领域动态系统的建模工作。Simulink的相关产品以及专业模块如表1-1所示。表表1-1 MATLAB中的中的Simulink相关模块相关模块 产 品 名 称 描 述 Simulink 图形化建模仿真环境 Simulink Performance Tools

12、性能优化调试工具 Simulink Report Generator Simulink 自动文档生成工具 Stateflow 基于事件驱动的建模工具 Stateflow Coder Stateflow 的代码生成工具 Real-Time Workshop 实时代码生成工具 Real-Time Embedded Coder 嵌入式实时代码生成选项 Real-Time Windows Target Windows 环境下的实时代码生成选项 xPC Target 基于 xPC 的实时代码生成选项 xPC Target Embedded Option 嵌入式 xPC 实时代码选项 Embedded T

13、arget for Motorola MPC555 Motorola MPC555 的嵌入式代码生成选项 Embedded Target for TI C6000 DSP TI C6000 系列的嵌入式代码生成选项 表表1-1 MATLAB中的中的Simulink相关模块相关模块 Embedded Target for Infineon C166 Infineon C166 的嵌入式代码生成选项 Embedded Target for Motorola HC12 HC12 的嵌入式代码生成选项 Embedded Target for OSEK/VDX OSEK 操作系统的嵌入式代码生成选项 A

14、erospace Blockset 航空航天及国防专业模块库 Fixed-Pointed Blockset 定点代码应用专业模块库 DSP Blockset 数字信号处理系统专业模块库 Communication Blockset 通讯系统仿真专业模块库 CDMA Blockset IS95A 通讯系统仿真专业模块库 Dials&Gauges Blockset 虚拟仪器仪表专业模块库 Nonlinear Control Design Blockset 非线性控制设计专业模块库 SimMechanics 机械系统仿真专业模块库 SimPowerSystem 电力电子系统仿真专业模块库 Virtu

15、al Reality Toolbox 虚拟现实应用工具箱 图1-3 用Simalink进行视频系统仿真的例子 图1-3 用Simalink进行视频系统仿真的例子 1.1.3 Stateflow 简介简介 Stateflow是一个交互式的设计工具，它基于有限状态机的理论，可以用来对复杂的事件驱动系统进行建模和仿真。Stateflow与Simulink和MATLAB紧密集成，可以将Stateflow创建的复杂控制逻辑有效地结合到Simulink的模型中。有限状态机是具有有限个状态的系统的理论表述。它以某些缺省的状态为起点，根据所定义的事件和转移进行操作，转移表示状态机如何对事件进行响应(控制流程)

16、。图1-4 有限状态机的一个例子 A B C E D a b b b b b a a a A B C D E a a a b b b a 图1-4就是有限状态机的一个例子。其中，A、B、C、D、E分别表示系统的不同状态，而a、b表示响应的事件，具有方向的线表示状态与状态之间的逻辑流，逻辑流依赖事件驱动，所以这是一个典型的事件驱动模型，可利用有限状态机理论进行表述。假设用一个状态机表示空调的制冷工作，一般空调工作的时候具有两种状态，即运行(On)和停止(Off)。当电源接通之后，空调机一般默认为运行状态，若室内的温度高于设定的温度，则空调机处于运行状态，若室内的温度低于设定的温度，则空调机停止运行，这样系统就从一个状态转换到另一个状态。利用Stateflow可以对该系统进行建模，如图1-5所示。图1-5 利用Stateflow建模 Stateflow主要可以用于各种动态逻辑、控制流程系统的建模与仿真，例如在飞行器的导航制导与控制系统中，经常需要根据当前的飞行状态切换不同的系统控制参数，利用Stateflow就可以完成此类系统的建模与仿真。再比如说，在通讯系统中，为了仿真网络通讯中的物理层