MATLAB零基础入门教程.docx

该【MATLAB零基础入门教程 】是由【Bastok】上传分享，beplayapp体育下载一共【13】页，该beplayapp体育下载可以免费在线阅读，需要了解更多关于【MATLAB零基础入门教程 】的内容，可以使用beplayapp体育下载的站内搜索功能，选择自己适合的beplayapp体育下载，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此beplayapp体育下载到您的设备，方便您编辑和打印。MATLAB零基础入门教程MATLAB基础准备及入门本章有两个目的:一是讲述MATLAB正常运行所必须具备的基础条件;二是简明系统地介绍高度集成的操作界面的功能和使用方法。本章的前两节分别讲述:MATLAB的正确安装方法和MATLAB环境的启动。因为指令窗是MATLAB最重要的操作界面,所以本章以最简单通俗的叙述、算例讲述MATLAB的基本操作方法和规则。这部分内容几乎对MATLAB各种版本都适用。操作界面的启动启动MATLAB在Windows操作系统下,MATLAB有两种常用的启动方式:双击桌面的快捷方式启动;在工作文件夹下,按住Shift并右键单击文件夹空白处(不能有文件被选中),选择“在此处打开命令窗口(W)”。在打开的命令行程序中输入“matlab”启动软件。主界面启动MATLAB程序后,会显示如图11所示界面。通常情况下,MATLAB的主界面由6部分组成,即主页工具栏、命令行窗口、工作空间窗口、命令历史记录窗口、当前文件夹窗口以及当前已选择的文件详细信息。主页工具栏:分若干个功能模块,包括文件的新建、打开、查找等;数据的导入、保存工作空间、新建变量等;代码分析、程序运行、命令清除等;窗口布局;预设MATLAB部分工作环境、设置当前工作路径;系统帮助;附加功能等。mandWindow):是对MATLAB进行操作的主要载体,默认情况下启动MATLAB时就会打开命令行窗口。其主要功能为数值计算、函数参数设定、函数调用及其结果输出。一般来说,MATLAB的所有函数和命令都可以在命令行窗口中执行。例如,在命令行窗口中输入“sin(pi/5)”,然后按“Enter”键,则会得到输出结果“ans=”。图中符号“>>”所在的行可输入命令,没有符号“>>”的行显示结果。注意,在MATLAB命令行操作中,有一些键盘按键可以提供特殊而方便的编辑操作。比如“↑”可用于调出前一个命令行,“↓”可调出后一个命令行,这样避免了重新输入的麻烦。当某命令记忆不清时,输入若干首字母并按下“Tab”键,可用于联想该命令的提示。图11MATLAB主界面mandHistory)窗口:记录着用户每一次开启MATLAB的时间,以及每一次开启MATLAB后,在MATLAB指令窗口中运行过的所有指令行,窗口右上角的下拉式菜单提供了不同的快捷操作命令。这些指令行记录可以被复制到指令窗口中再运行,从而减少了重新输入的麻烦。选中该窗口中的任一指令记录,然后单击鼠标右键,则可根据菜单进行相应操作。或者双击某一行命令,也可在命令行窗口中执行该命令。工作空间(Workspace)窗口:显示所有目前保存在内存中的MATLAB变量的变量名及其对应的数据结构、字节数以及类型,而不同的变量类型分别对应不同的变量名图标,窗口右上角的下拉式菜单提供了不同的快捷操作命令。选中一个变量,单击鼠标右键则可根据菜单进行相应的操作。当前文件夹(CurrentDirectory)窗口:显示或改变当前文件夹,还可以显示当前文件夹下的文件,包括文件名、文件类型、最后修改时间以及该文件的说明信息等,并提供搜索功能。MATLAB只执行当前目录或搜索路径下的命令、函数与文件。当用户在MATLAB命令行窗口输入一条命令后,MATLAB按照一定次序寻找相关的文件。基本的搜索过程是:①检查该命令是不是一个变量;②检查该命令是不是一个内部函数;③检查该命令是否为当前目录下的M文件;④检查该命令是否是MATLAB搜索路径中其他目录下的M文件。用户可以将自己的工作目录列入MATLAB搜索路径,从而将用户目录纳入MATLAB系统统一管理。用对话框设置搜索路径的操作过程是:①在主页工具条中选择“设置路径”,将出现搜索路径设置对话框。②通过“添加文件夹”或“添加并包含子文件夹”按钮将指定路径添加到搜索路径列表中。③在修改完搜索路径后,需要将其保存。图形(Figure)窗口:在运行含有绘图命令的程序时,会产生一个与命令行窗口隔离的图形窗口,并在该窗口中绘制图形。图形窗口与其他窗口类似,有菜单栏与工具栏,能实现图形的编辑、修饰、存储等功能。命令行窗口在MATLAB中,mandWindow)主要用于MATLAB程序的执行。在命令窗口中可以运行程序并显示部分计算结果。下面具体介绍命令窗口的常用操作。命令窗口的使用当启动MATLAB程序后,默认情况下命令窗口已自动在主界面的运行环境中显示。如果没有显示,可单击菜单“PANELS”->“CommandWindow”显示命令窗口(图12)。在打开的命令窗口中输入相关的程序代码,按下回车键即可执行程序。图12窗口调整菜单PANELS命令窗口的“Home”标签页包括“File”、“Edit”、“Debug”、“Desktop”、“Help”等菜单项,其基本功能在此不赘述。命令窗口的右键弹出式菜单提供了命令窗口功能实现快捷方式,如图13所示。其中:“EvaluateSelection”菜单项:运行选中的函数、表达式。“OpenSelection”菜单项:打开选中函数的M文件。“HelponSelection”菜单项:打开选中函数的帮助文件。图13右键菜单使用规范在命令窗口中进行的操作需要遵守以下规定:在命令窗口起始符号“>>”后输入相应的代码后,按“Enter”键,运行代码。执行的代码若不加分号将显示中间计算过程;若加上分号,则不显示中间计算过程,可提高代码的执行效率。命令窗口输入多行代码再运行的方法:输完一行代码后,按下“Shift+Enter”组合键转入下一行代码的编辑,至多行代码输入完毕后,按“Enter”键运行所有输入代码。在命令窗口中一行可输入多行代码,中间用“,”或“;”分隔。命令行中有多余空格不影响代码的执行,但为便于阅读,应减少不必要的空格。Tab可用于进行代码书写时自动输入函数完整的函数名和完整的变量名。数据输出显示形式和精度的控制通过Preference设置。命令窗口的常用操作命令在MATLAB命令窗口中还包括一些简单操作命令,可以方便地清空导入的数据、关闭打开的窗口、导入数据、查看变量的信息等。表11列出了常用的命令。表1。MATLAB工作空间主要用于存储、管理和删除相应变量。默认情况下,MATLAB的工作空间位于MATLAB操作界面的右上侧。单击工作空间右上角的箭头按钮,工作空间将脱离操作界面。表12工作空间工具栏按钮的功能英文标签功能Newvariable创建新变量Openselection打开选定的变量Importdata导入数据Save将变量保存为文件Delete删除变量Makeaselectiontoviewplotsforselecteddata将选定的变量值绘制成图形,支持的绘图函数几乎涵盖了MATLAB中所有的绘图函数选中工作空间中的某个变量,双击该变量或按下快捷键Ctrl+D,则弹出一个关于该变量的变量编辑器,其形式有如Excel电子表格,只是它仅能修改及显示,没有计算的功能。在变量编辑器中,可以对变量进行修改、删除、增加等操作,非常方便。另外,由于大型矩阵不容易由命令窗口中输入,因此采用变量编辑器更为方便。变量编辑器可以与Excel表格的数据相同,可将Excel表格中的数据复制到编辑器中。Simulink入门基础操作简介MATLAB是当今最流行的通用计算软件之一,Simulink是基于MATLAB的图形化仿真平台,是MATLAB提供的进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包,Simulink和MATLAB之间可以灵活进行交互操作。本章主要介绍与MATLAB/Simulink应用基础知识,关于MATLAB/Simulink的详细介绍请参阅有关书籍和在线帮助。启动SimulinkSimulink是基于MATLAB的图形化仿真平台,启动Simulink之前必须运行MATLAB,并设置当前目录,以便将创建的Simulink模型与MATLAB函数保存在该目录中,同时在MATLAB命令窗口键入“pathtool”修改搜索路径,使Simulink仿真时能够找到调用的MATLAB函数。在MATLAB中启动Simulink有两种方式:命令行方式:在MATLAB命令窗口键入Simulink即可;快捷方式:鼠标点击MATLAB工具栏的Simulink启动按钮。图21Simulink启动按钮启动Simulink后,屏幕上会出现Simulink主窗口,点击Simulink主窗口工具栏上的新建或打开模型按钮,即可打开Simulink模型编辑器。Simulink模块简介模块的基本操作在Simulink主窗口中选择需要的模块,按住鼠标左键并将其拖动到打开的Simulink模型编辑器中,释放鼠标,然后就可以在模型编辑器中对模块进行有关的操作了,模块的操作主要包括模块的选择、移动、删除、复制、粘贴、旋转、标识、改变颜色和改变阴影效果等,这些操作与一般的软件类似,限于篇幅,不再赘述。在Simulink模型编辑器中,还可以通过按住鼠标左键并拖动鼠标的方法选择多个对象,进行复制,然后在该窗口或打开的其它Simulink模型编辑器粘贴。模块的另一个操作就是模块的连接,连接模块时将光标指向起始模块的输出端口,按住鼠标左键并拖动到目标模块的输入端口,松开鼠标即可。完成后在连接处出现一个箭头,表示信号的流向,Simulink模型中模块间的连接线称为信号线。此外,许多模块(如常数模块、MATLAB函数模块等)都有自己的参数,为了正确仿真和分析,必须正确设置模块的参数,为此,双击需要设置参数的模块,打开包含该模块的简单描述和模块参数选项的模块对话框,在该参数对话框中正确设置参数即可。信号的操作对信号的操作主要有信号线的分支和信号的组合与分解。对信号线进行分支可以使用鼠标右键单击需要分支的信号线拖至目标模块。在Simulink模型中,有时需要将某些模块的输出信号合成为一个列阵信号,并将得到的列阵信号作为另外模块的输入,有时又需要将一个列阵信号分解成多个信号。能够完成信号组合与分解功能的模块是信号组合器模块和信号分解器模块,使用信号组合器模块可以将多个标量信号组合成一个列阵信号,使用信号分解器模块可以将一个列阵信号分解成多个信号。此外还可以对信号进行标识。Simulink模型的创建下面通过一个例子来说明Simulink模型的创建。如图22所示,有一摆长l=1m、质量m==20°的位置静止释放,假设摆球运动过程中受到的空气阻力为Fc=,求该单摆在10s内的运动规律。由物理学可得单摆的动力学方程为:θ=--1根据上式创建的Simulink模型,其中用到的模块有:函数表达式模块、两个积分模块、增益模块、显示器模块以及信号组合器模块,用于计算式21等号右边的函数值,即θ的值,其参数Expression的设置如图24所示,注意函数表达式模块和MATLAB函数模块的输入在Simulink中默认为数组u。积分模块Integrator1将θ积分为θ,而积分模块Integrator2则将θ积分为θ,两个积分模块中的参数Initialcondition的设置如图25所示,分别表示积分初始条件θ0和θ0。注意在MATLAB和Simulink计算中角度的单位均应为rad,故积分模块Integrator2的参数Initialcondition应为“20*pi/180”,其中常数π在MATLAB和Simulink中用pi表示。增益模块RtoD用于将弧度转化为度,其参数Gain的设置如图26所示。信号组合器将两路输入θ和θ0组合成一个列阵信号,上,信号组合器的参数Numberofinputs的设置如图27所示。各个模块的其它参数保持默认值不变。图22单摆图23单摆的Simulink模型图2参数设置对话框图25模块Integrator1和Integrator2参数设置对话框图26模块RtoD参数设置对话框图27信号组合器参数设置对话框创建好一个Simulink模型后,需要将模型文件存盘,该操作与一般的软件类似,不再赘述。需要注意的是,模型文件将存储在当前目录下,其扩展名为mdl。运行仿真在仿真分析之前,还需要设置仿真分析参数,在Simulink模型编辑器中选中Simulation/Simulationparameters后,打开仿真参数设置对话框,如图28所示。其中包括四个选择页,这里只介绍Solver页的设置和功能,如需要更改其它设置,可参考有关的文献和在线帮助。Solver页包括Simulationtime(仿真时间设置)、Solveroptions(求解方法选择)、Outputoptions(输出选择)等选项,每个选项又各自包含若干小选项:图28仿真参数设置对话框Simulationtime:Starttime(仿真起始时间,单位s)Stoptime(仿真终止时间,单位s)Solveroptions:Type/Variable-step(变步长)Fixed-step(定步长)ode45、ode23等(积分方法选择)Maxstepsize(最大积分步长)Minstepsize(最小积分步长)Initialstepsize(初始积分步长)Relativetolerance(相对误差)Absolutetolerance(绝对误差)对于本书讨论的仿真分析来说,应当严格控制相对误差和绝对误差,一般设置为1E-8左右,仿真起始时间一般设置为0,仿真终止时间根据需要设定,其它仿真参数一般采用默认的设置。完成了Simulink模型的创建和仿真参数设置后,就可以进行仿真分析了。单击Simulink主窗口工具栏上的StartSimulation按钮或通过Simulation菜单下的Start来启动仿真分析。仿真分析结束后,双击Scope模块可以显示仿真结果,如图29所示。图29使用plot命令绘制的曲线Simulink进阶回调函数什么是回调函数相信每个用户在建模做仿真时都曾经有过忘记定义变量的经历。如果用户建立了一个系统仿真模型,只要该系统中只有一个变量没有定义,在启动仿真运行时,Simulink都会给出错误提示。事实上,系统仿真模型被打开时,MATLAB就自动调用执行了某些MATLAB