第01讲 MATLAB简介及MATLAB的基本操作

1、1计算机仿真技术与计算机仿真技术与CAD基于基于MATLAB的控制系统的控制系统北华大学电气信息工程学院北华大学电气信息工程学院 张晓丹张晓丹 20132013年年6 6月月2 通过本课程的学习，使学生初步掌握演算通过本课程的学习，使学生初步掌握演算式式MATLAB语言的基本知识，结合所学课程语言的基本知识，结合所学课程 自动控制原理自动控制原理、现代控制理论现代控制理论、电电力拖动自动控制系统力拖动自动控制系统等，学会运用等，学会运用MATLAB语言进行控制系统仿真分析和辅助设计的基本语言进行控制系统仿真分析和辅助设计的基本技能，为今后从事科学研究打下较好的基础。技能，为今后从事科学研究打下

2、较好的基础。课程任务课程任务3绪绪 论论 计算机仿真与计算机仿真与CAD概述概述第第1章章 MATLAB语言基础及常用功能语言基础及常用功能第第2章章 控制系统的数学描述与建模控制系统的数学描述与建模第第7章章 控制系统的分析方法控制系统的分析方法第第8章章 控制系统设计与校正控制系统设计与校正第第6章章 SIMULINK仿真基础仿真基础教学内容教学内容4参考书参考书v反馈控制系统设计与分析反馈控制系统设计与分析 MATLAB语言语言应用应用薛定宇，清华大学出版社，薛定宇，清华大学出版社，2000年年 v控制系统控制系统MATLAB计算及仿真实训计算及仿真实训黄忠霖，黄忠霖，国防工业出版社，国

3、防工业出版社，2006年年 v MATLAB在自动控制中的应用在自动控制中的应用吴晓燕，西吴晓燕，西安电子科技大学出版社，安电子科技大学出版社，2006年年 5课程安排课程安排v总学时：总学时：24学时（课堂讲授学时（课堂讲授24学时）学时）v考核方式：考查课，学生平时综合表现、作业考核方式：考查课，学生平时综合表现、作业占占20%，计为平时成绩。期末参加随堂的笔试，计为平时成绩。期末参加随堂的笔试考试，占考试，占80%6绪论绪论 计算机仿真概述计算机仿真概述 自动控制系统是由被控对象、测量变送装置、执行自动控制系统是由被控对象、测量变送装置、执行器和控制器所组成。当选定测量变送装置和执行器后

4、，对器和控制器所组成。当选定测量变送装置和执行器后，对自动控制系统进行设计和分析研究，也就是对被控对象的自动控制系统进行设计和分析研究，也就是对被控对象的动态特性进行分析和研究，然后根据被控对象的动态特性动态特性进行分析和研究，然后根据被控对象的动态特性进行控制器的设计，以求获得能满足性能指标要求的最优进行控制器的设计，以求获得能满足性能指标要求的最优控制系统。控制系统。7v仿真：仿真的基本思想是利用物理的或数学的模仿真：仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识。它所遵循的基本原则是识。它所遵循的基本原则是相似性

5、原理相似性原理，即几何，即几何相似、环境相似和性能相似。相似、环境相似和性能相似。v计算机仿真：计算机仿真是基于所建立的系统仿计算机仿真：计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行分析与研究的方真模型，利用计算机对系统进行分析与研究的方法。法。仿真和计算机仿真的概念仿真和计算机仿真的概念8模型的定义模型的定义 模型是对现实系统有关结构信息和行为的某模型是对现实系统有关结构信息和行为的某种形式的描述，是对系统的特征与变化规律的一种形式的描述，是对系统的特征与变化规律的一种定量抽象，是人们认识事物的一种手段或工具。种定量抽象，是人们认识事物的一种手段或工具。9模型的分类模型的分类（

6、1）物理模型）物理模型v指不以人的意志为转移的客观存在的实体，如：飞行器指不以人的意志为转移的客观存在的实体，如：飞行器研制中的飞行模型；船舶制造中的船舶模型等。研制中的飞行模型；船舶制造中的船舶模型等。（2）数学模型）数学模型v是从一定的功能或结构上进行相似，用数学的方法来再是从一定的功能或结构上进行相似，用数学的方法来再现原型的功能或结构特征。现原型的功能或结构特征。（3）仿真模型）仿真模型v指根据系统的数学模型，用仿真语言转化为计算机可以指根据系统的数学模型，用仿真语言转化为计算机可以实施的模型。实施的模型。10仿真的分类仿真的分类一、按模型分类一、按模型分类v物理仿真：采用物理模型，有

7、实物介入物理仿真：采用物理模型，有实物介入 具有效果逼真，精度高等优点，但造价高或耗时长，具有效果逼真，精度高等优点，但造价高或耗时长，大多在一些特殊场合下采用（如导弹、卫星一类飞行器大多在一些特殊场合下采用（如导弹、卫星一类飞行器的动态仿真，发电站综合调度仿真与培训系统等），具的动态仿真，发电站综合调度仿真与培训系统等），具有实时性、在线的特点。有实时性、在线的特点。v数学仿真：采用数学模型数学仿真：采用数学模型 在计算机上进行，具有非实时性、离线的特点，经在计算机上进行，具有非实时性、离线的特点，经济、快速、实用。济、快速、实用。11仿真的分类仿真的分类二、按计算机类型分类二、按计算机类型

8、分类v模拟仿真：采用数学模型，在模拟计算机上进行的实验模拟仿真：采用数学模型，在模拟计算机上进行的实验研究。研究。50年代年代 描述连续物理系统的动态过程比较自然、逼真，具描述连续物理系统的动态过程比较自然、逼真，具有仿真速度快、失真小、结果可靠的优点，但受元器件有仿真速度快、失真小、结果可靠的优点，但受元器件性能影响，仿真精度较低，对计算机控制系统的仿真较性能影响，仿真精度较低，对计算机控制系统的仿真较困难，自动化程度低。困难，自动化程度低。 模拟计算机的核心是运算部分，它由我们熟知的模拟计算机的核心是运算部分，它由我们熟知的“模拟运算放大器模拟运算放大器”为主要部件所构成。为主要部件所构成

9、。12v 数字仿真：采用数学模型，在数字计算机上借助于数值数字仿真：采用数学模型，在数字计算机上借助于数值计算方法所进行的仿真实验。计算方法所进行的仿真实验。60年代年代 计算与仿真的精度较高。理论上计算机的字长可以计算与仿真的精度较高。理论上计算机的字长可以根据精度要求来根据精度要求来“随意随意”设计，因此其仿真精度可以是无设计，因此其仿真精度可以是无限，但是由于受到误差积累、仿真时间等因素影响，其精限，但是由于受到误差积累、仿真时间等因素影响，其精度也不易定得太高。度也不易定得太高。 对计算机控制系统的仿真比较方便。仿真实验的自对计算机控制系统的仿真比较方便。仿真实验的自动化程度较高，可方

10、便地实现显示、打印等功能。动化程度较高，可方便地实现显示、打印等功能。 计算速度比较低，在一定程度上影响到仿真结果的计算速度比较低，在一定程度上影响到仿真结果的可信度。但随着计算机技术的发展，可信度。但随着计算机技术的发展，“速度问题速度问题”会在不会在不同程度上有所改进与提高。同程度上有所改进与提高。 数字仿真没有专用的仿真软件支持，需要设计人员数字仿真没有专用的仿真软件支持，需要设计人员用高级程序语言编写求解系统模型及结果输出的程序。用高级程序语言编写求解系统模型及结果输出的程序。13v 混合仿真：结合了模拟仿真与数字仿真。混合仿真：结合了模拟仿真与数字仿真。v 现代计算机仿真：采用先进的

11、微型计算机，基现代计算机仿真：采用先进的微型计算机，基于专用的仿真软件、仿真语言来实现，其数值计于专用的仿真软件、仿真语言来实现，其数值计算功能强大，使用方便，易学。算功能强大，使用方便，易学。80年代以来。年代以来。14仿真技术的主要用途仿真技术的主要用途v优化系统设计优化系统设计v再现系统故障再现系统故障v验证系统设计的正确性验证系统设计的正确性v对系统性能进行评价和分析对系统性能进行评价和分析15仿真技术在工程中的应用仿真技术在工程中的应用1、航空与航天工业、航空与航天工业v飞行器设计中的三级仿真体系：纯数学模拟（软飞行器设计中的三级仿真体系：纯数学模拟（软件）、半实物模拟、实物模拟或模

12、拟飞行实验。件）、半实物模拟、实物模拟或模拟飞行实验。v飞行员及宇航员训练用飞行仿真模拟器。飞行员及宇航员训练用飞行仿真模拟器。2、电力工业、电力工业v电力系统动态模型实验：电力系统负荷分配、瞬电力系统动态模型实验：电力系统负荷分配、瞬态稳定性以及最优潮流控制等。态稳定性以及最优潮流控制等。v电站操作人员培训模拟系统。电站操作人员培训模拟系统。163、原子能工业、原子能工业v模拟核反应堆模拟核反应堆v核电站仿真器用来训练操作人员以及研究异常核电站仿真器用来训练操作人员以及研究异常故障的排除处理。故障的排除处理。4、石油、化工及冶金工业、石油、化工及冶金工业5、非工程领域、非工程领域v医学医学v

13、社会学社会学v宏观经济与商业策略的研究宏观经济与商业策略的研究仿真技术在工程中的应用仿真技术在工程中的应用17应用仿真技术的意义应用仿真技术的意义1、经济、经济v大型、复杂系统直接实验是十分昂贵的，如：空间飞大型、复杂系统直接实验是十分昂贵的，如：空间飞行器的一次飞行实验的成本约在行器的一次飞行实验的成本约在1亿美元左右，而采用亿美元左右，而采用仿真实验仅需其成本的仿真实验仅需其成本的1/101/5，而且设备可以重复，而且设备可以重复使用。使用。2、安全、安全v某些系统（如载人飞行器、核电装置等），直接实验某些系统（如载人飞行器、核电装置等），直接实验往往会有很大的危险，甚至是不允许的，而采用

14、仿真往往会有很大的危险，甚至是不允许的，而采用仿真实验可以有效降低危险程度，对系统的研究起到保障实验可以有效降低危险程度，对系统的研究起到保障作用。作用。183、快捷、快捷v提高设计效率：比如电路设计，服装设计等等。提高设计效率：比如电路设计，服装设计等等。4、具有优化设计和预测的特殊功能、具有优化设计和预测的特殊功能v对一些真实系统进行结构和参数的优化设计是非常困难对一些真实系统进行结构和参数的优化设计是非常困难的，这时仿真可以发挥它特殊的优化设计功能。的，这时仿真可以发挥它特殊的优化设计功能。v在非工程系统中（如社会、管理、经济等系统），由于在非工程系统中（如社会、管理、经济等系统），由于

15、其规模及复杂程度巨大，直接实验几乎不可能，这时通其规模及复杂程度巨大，直接实验几乎不可能，这时通过仿真技术的应用可以获得对系统的某种超前认识。过仿真技术的应用可以获得对系统的某种超前认识。应用仿真技术的意义应用仿真技术的意义19计算机仿真的三要素计算机仿真的三要素三要素：三要素：v系统：研究的对象系统：研究的对象v模型：系统的抽象模型：系统的抽象v计算机：工具与手段计算机：工具与手段三种基本活动：三种基本活动：v 数学模型的建立数学模型的建立v 仿真模型的建立仿真模型的建立v 仿真实验（运行）仿真实验（运行）20计算机仿真的基本步骤计算机仿真的基本步骤三个基本的内容：三个基本的内容：v 建模建

16、模v 仿真实验仿真实验v 结果分析结果分析21基于基于MATLAB的控制系统仿真的现状的控制系统仿真的现状1.1.是目前国际控制界最流行的仿真语言是目前国际控制界最流行的仿真语言vMATLAB语言由于使用极其方便、且提供了丰语言由于使用极其方便、且提供了丰富的矩阵处理功能，所以很快引起了控制理论领富的矩阵处理功能，所以很快引起了控制理论领域研究人员的高度重视，并在此基础上开发了控域研究人员的高度重视，并在此基础上开发了控制理论与制理论与CADCAD和图形化模块化设计方法相结合的和图形化模块化设计方法相结合的控制系统仿真工具箱，目前它已成为国际控制界控制系统仿真工具箱，目前它已成为国际控制界最流

17、行的仿真语言。最流行的仿真语言。222.2.设计控制系统设计控制系统vMATLAB语言除可以进行传统的交互式编程来语言除可以进行传统的交互式编程来设计控制系统以外，可以调用它的控制系统工具设计控制系统以外，可以调用它的控制系统工具箱来设计控制系统。许多控制界的使用者还结合箱来设计控制系统。许多控制界的使用者还结合自己的研究领域将擅长的自己的研究领域将擅长的CAD方法与方法与MATLAB结合起来，制作了大量的控制系统工具箱，如结合起来，制作了大量的控制系统工具箱，如: :基于基于MATLAB的控制系统仿真的现状的控制系统仿真的现状23v控制系统工具箱控制系统工具箱v系统辨识工具箱系统辨识工具箱v

18、鲁棒控制工具箱鲁棒控制工具箱v多变量频域设计工具箱多变量频域设计工具箱v分析与校正工具箱分析与校正工具箱v神经网络工具箱神经网络工具箱v最优化工具箱最优化工具箱v模糊控制工具箱等模糊控制工具箱等 可以说伴随着控制理论的不断发展和完善，可以说伴随着控制理论的不断发展和完善，MATLAB的工具箱也在不断的增加和完善。的工具箱也在不断的增加和完善。24 MATLAB已不仅是一般的编程工具，而是作已不仅是一般的编程工具，而是作为一种控制系统的设计平台出现的。为一种控制系统的设计平台出现的。 今天，今天，MATLAB的用户团体几乎遍及西方各的用户团体几乎遍及西方各主要大学，公司和政府研究部门，其应用也已

19、遍主要大学，公司和政府研究部门，其应用也已遍及现代科学和技术的方方面面。及现代科学和技术的方方面面。25第第1章章 仿真软件仿真软件 MATLAB1.1 MATLAB的功能特点的功能特点26MATLAB发展及特点发展及特点vMATLAB是美国是美国math works公司推出的一个高性能的公司推出的一个高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。好的用户环境。 vMATLAB的推出得到了各个领域的的推出得到了各个领域的广泛关注

20、广泛关注，其强大，其强大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础。由各个领域的扩展功能为各个领域的应用提供了基础。由各个领域的专家学者相继推出了的专家学者相继推出了MATLAB工具箱，借助工具箱，借助MATLAB的这些工具箱，人们可直观、方便地进行分的这些工具箱，人们可直观、方便地进行分析、计算及设计工作，从而大大节省了时间，并能很快析、计算及设计工作，从而大大节省了时间，并能很快地设计出更多的解决方案来确保未来更多的技术需要。地设计出更多的解决方案来确保未来更多的技术需要。27MATLAB的发展历程和影响的发展历程和影响 vMATLAB名字由名字由MATrix和和 LABoratory 两词的前

21、三个两词的前三个字母组合而成（矩阵实验室）。字母组合而成（矩阵实验室）。二十二十世纪七十年代后期，世纪七十年代后期，美国新墨西哥大学计算机科学系主任的美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了用出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了用FORTRAN编写的萌芽状态的编写的萌芽状态的MATLAB。v经几年的校际流传，在经几年的校际流传，在Little的推动下，由的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于合作，于1984年成立了年成立了MathWorks公司，公司，并把并把MATLAB正式推向市场。正式推向

22、市场。28vMATLAB以商品形式出现后的短短几年，就以以商品形式出现后的短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包纷纷淘汰，而改在领域里的封闭式软件包纷纷淘汰，而改在MATLAB平台上重建。二十世纪九十年代，平台上重建。二十世纪九十年代，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算已经成为国际控制界公认的标准计算软件。软件。MATLAB的发展历程和影响的发展历程和影响 29v从从1997年春的年春的5.0版起，后历经版起，后历经5.1、5.2、5.3、6.0、6.1等多个版本的不断改进，等多个版本的不断改进，MATLAB

23、“面面向对象向对象”的特点愈加突出，数据类型愈加丰富，的特点愈加突出，数据类型愈加丰富，操作界面愈加友善。操作界面愈加友善。2002年初夏所推年初夏所推6.5版的最版的最大特点是：该版本采用了大特点是：该版本采用了JIT加速器，从而使加速器，从而使MATLAB运算速度前进了一大步。目前功能更运算速度前进了一大步。目前功能更加强大的加强大的7.107.10版也已上市。版也已上市。MATLAB的发展历程和影响的发展历程和影响 30MATLAB的五大功能的五大功能v数值计算功能数值计算功能v符号计算功能符号计算功能v图形和可视化功能图形和可视化功能v记事本功能记事本功能v可视化建模和仿真功能可视化建

24、模和仿真功能31 MATLAB语言主要优点语言主要优点v 功能强大的数值运算功能强大的数值运算在在MATLAB环境中，有超过环境中，有超过500种数学、统计、科学及工程方面的函数可使用，函数种数学、统计、科学及工程方面的函数可使用，函数的标示自然，使得问题和解答像数学式子一般简单明了，的标示自然，使得问题和解答像数学式子一般简单明了，让使用者可全力发挥在解题方面，而非浪费在电脑操作让使用者可全力发挥在解题方面，而非浪费在电脑操作上。上。v 语言简洁紧凑语言简洁紧凑MATLAB语言允许用户以数学形式语言允许用户以数学形式的语言编写程序，比的语言编写程序，比BASIC、FORTRAN语言和语言和C

25、语言等语言等更接近于书写计算公式的思维方式。由于它是用更接近于书写计算公式的思维方式。由于它是用C语言开语言开发的，它的不多的几个程序流程控制语句同发的，它的不多的几个程序流程控制语句同C语言差别甚语言差别甚微，易于初学者掌握。微，易于初学者掌握。32v 先进的资料视觉化功能先进的资料视觉化功能动画片、图像处理。动画片、图像处理。MATLAB的物件导向图形架构让使用者可执行视觉数的物件导向图形架构让使用者可执行视觉数据分析，并制作高品质的图形，完成科学性或工程性据分析，并制作高品质的图形，完成科学性或工程性图文并茂的文章。图文并茂的文章。v 开放及可延伸的架构开放及可延伸的架构MATLAB容许

26、使用者接触容许使用者接触它大多数的它大多数的MATLAB原文件，检视运算法，更改现存原文件，检视运算法，更改现存函数，甚至加入自己的函数使函数，甚至加入自己的函数使 MATLAB成为使用者成为使用者所需要的环境。所需要的环境。 MATLAB语言主要优点语言主要优点33v 丰富的程式工具箱丰富的程式工具箱 MATLAB的程式工具箱是一的程式工具箱是一个灵活开放容易操作的环境，这些工具箱提供了使用者个灵活开放容易操作的环境，这些工具箱提供了使用者在特别应用领域所需的许多函数。现有工具箱有：符号在特别应用领域所需的许多函数。现有工具箱有：符号运算（利用运算（利用Maple V的计算核心执行）、影像处

27、理、统计的计算核心执行）、影像处理、统计分析、讯号处理、神经网络、模拟分析、控制系统、即分析、讯号处理、神经网络、模拟分析、控制系统、即时控制、系统确认、弧线分析、最佳化、模糊逻辑、化时控制、系统确认、弧线分析、最佳化、模糊逻辑、化学计量分析等。目前有学计量分析等。目前有60多个。多个。 MATLAB语言主要优点语言主要优点34v移植性和开放性好移植性和开放性好 MATLAB是用是用C语言编写的，而语言编写的，而C语言的可移植性语言的可移植性很好。于是很好。于是MATLAB可以很方便地移植到能运行可以很方便地移植到能运行C语言语言的操作平台上。的操作平台上。 除了内部函数外，除了内部函数外，M

28、ATLAB所有的核心文件和工具所有的核心文件和工具箱文件都是公开的，都是可读可写的源文件，用户可以箱文件都是公开的，都是可读可写的源文件，用户可以通过对源文件的修改和自己编程构成新的工具箱。通过对源文件的修改和自己编程构成新的工具箱。 MATLAB语言主要优点语言主要优点35v 语句简单，内涵丰富语句简单，内涵丰富 MATLAB语言中最基本最重要的成分是函数，其一语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形式为般形式为a，b，c=fun（d，e，f），即一个函数由），即一个函数由函数名，输入变量函数名，输入变量d，e，f和输出变量和输出变量a，b，c组成，组成，同一函数名，不同数目的输入变量同一函

29、数名，不同数目的输入变量(包括无输入变量包括无输入变量)及不及不同数目的输出变量，代表着不同的含义。这不仅使同数目的输出变量，代表着不同的含义。这不仅使MATLAB的库函数功能更丰富，而且大大减少了需要的的库函数功能更丰富，而且大大减少了需要的磁盘空间，使得磁盘空间，使得MATLAB编写的编写的M文件简单、短小而高文件简单、短小而高效。效。 MATLAB语言主要优点语言主要优点36v高效方便的矩阵和数组运算高效方便的矩阵和数组运算MATLAB语言像语言像FORTRAN和和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这

30、运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算。另些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算。另外，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵外，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷，这是其别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷，这是其他高级语言所不能比拟的。他高级语言所不能比拟的。 MATLAB语言主要优点语言主要优点37v 方便的绘图功能方便的绘图功能MATLAB的绘图是十分方便

31、的，的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数它有一系列绘图函数( (命令命令) )，例如线性坐标、对数坐标、，例如线性坐标、对数坐标、半对数坐标及极坐标，均只需调用不同的绘图函数半对数坐标及极坐标，均只需调用不同的绘图函数( (命命令令) )，在图上标出图题、，在图上标出图题、XY轴标注，栅格绘制也只需调轴标注，栅格绘制也只需调用相应的命令，简单易行。另外，在调用绘图函数时调用相应的命令，简单易行。另外，在调用绘图函数时调整输入变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。整输入变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。 MATLAB语言主要优点语言主要优点38simulink简介简介vSimuli

32、nk是是MATLAB的一个附加组件，用来提的一个附加组件，用来提供一个系统的建模与动态仿真平台，是一个进行供一个系统的建模与动态仿真平台，是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。它用模块组合的方法来使用户能够快速、准确地它用模块组合的方法来使用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型，可以处理的系统包创建动态系统的计算机模型，可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统，特别对复杂的非单任务、多任务离散事件系统，特别对复杂的非线性系统，它的效果更明显。线

33、性系统，它的效果更明显。39v对于建模，在对于建模，在Simulink提供的图形用户界面上，提供的图形用户界面上，只要进行鼠标的简单拖拉操作就可构造出复杂只要进行鼠标的简单拖拉操作就可构造出复杂的仿真模型。它外表以方块图形式呈现，且采的仿真模型。它外表以方块图形式呈现，且采用分层结构。定义完一个模型后，可通过用分层结构。定义完一个模型后，可通过Simulink的菜单或在的菜单或在MATLAB的命令窗输入命的命令窗输入命令对它进行仿真，然后可以借助模拟示波器或令对它进行仿真，然后可以借助模拟示波器或其它的显示模块，在运行仿真时观察到仿真的其它的显示模块，在运行仿真时观察到仿真的结果。另外，还可以

34、在仿真时改变参数并且立结果。另外，还可以在仿真时改变参数并且立即就可看到有什么变化。即就可看到有什么变化。40v从分析研究角度讲，这种从分析研究角度讲，这种Simulink模型不仅能模型不仅能让用户知道具体环节的动态细节，而且能让用让用户知道具体环节的动态细节，而且能让用户清晰地了解各器件、各子系统、各系统间的户清晰地了解各器件、各子系统、各系统间的信息交换，掌握各部分之间的交互影响。信息交换，掌握各部分之间的交互影响。41MatlabMatlab软件的安装软件的安装MatlabMatlab软件的启动软件的启动 MATLAB的操作界面的操作界面命令窗口命令窗口 工作空间工作空间 历史命令历史命

35、令 当前路径当前路径 42命令窗口命令窗口MatlabMatlab的命令窗口可以执行任何的命令窗口可以执行任何MatlabMatlab命令和函数。命令和函数。操作操作MM文件（打开、新建、运行、保存）文件（打开、新建、运行、保存）操作操作MDLMDL文件文件运行运行MatlabMatlab程序程序运行外部应用程序运行外部应用程序主要功能主要功能程序编辑程序编辑/ /调试器调试器 建立、编辑、存储建立、编辑、存储MM文件文件可以运行程序可以运行程序调试（断点、单步、跟踪、查看）程序调试（断点、单步、跟踪、查看）程序 MatlabMatlab内置了一个程序的编辑内置了一个程序的编辑/ /调试器调试

36、器 主要功能主要功能43设置设置断点断点取消取消断点断点单步单步运行运行进入进入函数函数跳出跳出函数函数退出退出调试调试继续继续运行运行44变量查看器变量查看器( (工作空间）工作空间）在在MATLABMATLAB中，工作空间（中，工作空间（Workspace Workspace ）是一个重要的、比较抽象的概念。）是一个重要的、比较抽象的概念。工作空间工作空间指运行指运行MATLABMATLAB的程序或命令所生成的所有变量和的程序或命令所生成的所有变量和MATLABMATLAB提供的提供的常量构成的空间。常量构成的空间。 q工作空间在工作空间在MATLABMATLAB运行期间一直存在运行期间一

37、直存在 q关闭关闭MATLABMATLAB后工作空间自动消失后工作空间自动消失q可以随时查看工作空间中的变量名及变量的值可以随时查看工作空间中的变量名及变量的值 whoswhosq保存工作空间中的所有变量为一个文件保存工作空间中的所有变量为一个文件 savesaveq把保存的工作空间的所有变量调入到当前工作空间把保存的工作空间的所有变量调入到当前工作空间 load load 工作空间的特点工作空间的特点45查看查看变量变量删除删除变量变量46图形窗口图形窗口 在图形窗口上可以进行绘制曲线、显示文本、在图形窗口上可以进行绘制曲线、显示文本、填充颜色等操作。填充颜色等操作。q用用figurefig

38、ure命令建立新的图形窗口（如下图）命令建立新的图形窗口（如下图）q可以用绘图语句自动创建图形窗口并在上面绘可以用绘图语句自动创建图形窗口并在上面绘图，如图，如plotplot命令。命令。47编辑模编辑模态态添加文添加文本本添加箭添加箭头头添加线添加线段段旋转三维旋转三维图形图形48帮助系统帮助系统 1 1、 使用普通文本帮助使用普通文本帮助 helphelp 函数名函数名/ /文件名文件名 %显示相关函数显示相关函数/ /文文件的帮助体件的帮助体 lookfor lookfor 函数名函数名/ /文件名文件名 %显示相关函数显示相关函数/ /文件文件的的H1H1行行 2 2、 从菜单获得帮助

39、从菜单获得帮助491.2 MATLAB的基本操作的基本操作1.2.1 MATLAB的语言结构的语言结构50 MATLAB命令窗口就是命令窗口就是MATLAB语言的工语言的工作空间，因为作空间，因为MATLAB的各种功能的执行必须在的各种功能的执行必须在此窗口下才能实现，在这种环境下输入的此窗口下才能实现，在这种环境下输入的MATLAB语句称为语句称为“窗口命令窗口命令”。 所谓窗口命令，就是在上述环境下输入的所谓窗口命令，就是在上述环境下输入的MATLAB语句，并直接执行它们完成相应的运算、语句，并直接执行它们完成相应的运算、绘图等。绘图等。 51 MATLAB语句的一般形式为语句的一般形式为

40、变量名表达式变量名表达式其中：等号右边的表达式可由操作符或其它字符、函数其中：等号右边的表达式可由操作符或其它字符、函数和变量名组成，它可以是和变量名组成，它可以是MATLAB允许的数学或矩阵运允许的数学或矩阵运算，也可以包含算，也可以包含MATLAB下的函数调用；等号左边的变下的函数调用；等号左边的变量名为量名为MATLAB语句右边表达式的返回值语句所赋值的语句右边表达式的返回值语句所赋值的变量的名字。变量的名字。 在调用函数时，在调用函数时，MATLAB允许一次返回多个结果，允许一次返回多个结果，这时等号左边的变量名需用这时等号左边的变量名需用 括起来，且各个变量名括起来，且各个变量名之间

41、用之间用逗号逗号分隔开，如果左边的变量名缺省时返回值自分隔开，如果左边的变量名缺省时返回值自动赋给动赋给ans。52表表1-1 MATLAB中的算术运算符中的算术运算符算术运算符算术运算符意意 义义算术运算符算术运算符意意 义义加加左除左除减减右除右除*乘乘幂幂 MATLAB中使用的算术运算符如表中使用的算术运算符如表1-1所示。对于所示。对于矩阵来说，这里矩阵来说，这里左除和右除表示两种不同的除数矩阵和左除和右除表示两种不同的除数矩阵和被除数矩阵的关系被除数矩阵的关系。对于标量，两种除法运算的结果相。对于标量，两种除法运算的结果相同，如同，如1/4和和41有相同的值有相同的值0.25。常用的

42、十进制符号如。常用的十进制符号如小数点、负号等，在小数点、负号等，在MATLAB中也可以同样使用，表示中也可以同样使用，表示10的幂次要用符号的幂次要用符号e或或E，如：，如：3、-99、0.0001、1.6e-20、6.2e23。 53 在在MATLAB中中变量名必须以字母开头变量名必须以字母开头，之后，之后可以是任意字母、数字或者下划线（不能超过可以是任意字母、数字或者下划线（不能超过1919个字符）个字符）, ,但变量中不能含有标点符号。变量名但变量中不能含有标点符号。变量名区分字母的大小写，同一名字的大写与小写被视区分字母的大小写，同一名字的大写与小写被视为两个不同的变量。一般说来，在

43、为两个不同的变量。一般说来，在MATLAB下变下变量名可以为任意字符串，但量名可以为任意字符串，但MATLAB保留了一些保留了一些特殊的字符串如表特殊的字符串如表1-21-2所示。所示。54特殊变量特殊变量取取 值值特殊变量特殊变量取取 值值ans默认变量名默认变量名j复数中的虚数单位复数中的虚数单位inf无穷大，如无穷大，如1/0flops浮点运算数浮点运算数eps最小数，最小数，PC上为上为2-52nargin函数的输入变量数目函数的输入变量数目NaN不定量，如不定量，如0/0nargout函数的输出变量数目函数的输出变量数目pi圆周率圆周率realmin最小的可用正实数最小的可用正实数i

44、复数中的虚数单位复数中的虚数单位realmax最大的可用正实数最大的可用正实数表表1-2 MATLAB中的特殊变量中的特殊变量 55 MATLAB命令语句能即时执行，它不是输入完全部命令语句能即时执行，它不是输入完全部MATLAB命令语句经过编译、连接形成可执行文件后才命令语句经过编译、连接形成可执行文件后才开始执行，而是每输入完一条命令，开始执行，而是每输入完一条命令，MATLAB就立即对就立即对其处理，并得出中间结果，完成了其处理，并得出中间结果，完成了MATLAB所有命令语所有命令语句的输入句的输入, ,也就完成了它的执行，直接便可得到最终结也就完成了它的执行，直接便可得到最终结果。从这

45、一点来说，果。从这一点来说，MATLAB清晰地体现了类似清晰地体现了类似“演算演算纸纸”的功能。的功能。例如：例如： a a=5;=5; b b=6;=6; c=ac=a* *b b, , d=c+2d=c+2执行结果显示：执行结果显示：c=c= 30 30 d=d= 32 3256 MATLAB语句既可由语句既可由分号分号结束结束, ,也可由也可由逗号逗号或或换行换行号号结束，但它们的含义是不同的。结束，但它们的含义是不同的。 如果用分号如果用分号 “ “；”结束，则说明除了这一条命令结束，则说明除了这一条命令外还有下一条命令等待输入，外还有下一条命令等待输入，MATLAB这时将不立即显这时

46、将不立即显示运行的中间结果，而等待下一条命令的输入，如上例示运行的中间结果，而等待下一条命令的输入，如上例中前两条命令；如果以逗号中前两条命令；如果以逗号 “ “，”或回车结束，则将或回车结束，则将把左边返回的内容全部显示出来，如上例中后两条命令。把左边返回的内容全部显示出来，如上例中后两条命令。 57 在任何时候也可输入相应的变量名来查看其内容。在任何时候也可输入相应的变量名来查看其内容。例如：例如： aa结果显示：结果显示： a=a= 5 5 在在MATLAB中，几条语句也可以出现在同一行中，中，几条语句也可以出现在同一行中，只要用分号或逗号将它们分割开来。例如：只要用分号或逗号将它们分割开来。例如： a=5;b=6;c=aa=5;b=6;c=a* *b,d=c+5b,d=c+5这时可得与上面相同的结果。这时可得与上面相同的结果。58 MATLAB工作空间中的变量在退出工作空间中的变量在退出MATLAB时会时会丢失，如果在退出丢失，如果在退出MATLAB前想将工作空间中的变量保前想将工作空间中的变量保存到文件中，则可以调用存到文件中，则可以调用savesave命令来完成，该命令的调命令来完成，该命令的调用格式为：用格式为：save save 文件名文件名 变量列