第1章matlab绪论

1、中南大学交通运输工程学院中南大学交通运输工程学院2014.03科学计算与Matlab语言中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室 彭勇彭勇 Tel Tel：1364741957513647419575 QQ QQ：16235730291623573029 yong_ yong_ http:/http:/研究内容 汽车碰撞试验及仿真分析汽车碰撞试验及仿真分析台车台车试验试验整车整车试验试验研究内容 损伤生物力学损伤生物力学动力学动力学分析分析事故事故重建重建研究内容 损伤生物力学损伤生物力学损伤损伤重建重建研究内容 列车碰撞研究列车碰撞研究碰撞碰撞试验试验列车吸能组列车吸能组件阈值匹

2、配件阈值匹配吸能装吸能装置性能置性能列车车体部列车车体部件变形模式件变形模式列车列车耐撞性耐撞性研究内容 损伤力学与列车碰撞结合损伤力学与列车碰撞结合司乘人员动力司乘人员动力学响应学响应列车碰撞设计列车碰撞设计列车碰撞事故列车碰撞事故MATLABMATLAB课程安排课程安排学时学时: 48学时学时安排：讲课安排：讲课28学时，上机学时，上机20学时。学时。（上机地点：（上机地点： ）考核要求：完成实验报告。考核要求：完成实验报告。考核方式考核方式: 考试考试70%+平时作业成绩平时作业成绩30%教材及参考书教材及参考书MATLAB程序设计教程（第二版）程序设计教程（第二版）刘卫国主编刘卫国主编

3、 中国水利水电出版社中国水利水电出版社主要参考书主要参考书/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-094-introduction-to-matlab-january-iap-2010/ 例如，用八位十进制浮点计算例如，用八位十进制浮点计算A=26358713+0.8+0.2A=26358713+0.8+0.2 按照加法浮点运算的对阶规则，应有按照加法浮点运算的对阶规则，应有A=0.26358713108+0.000000008108+0.000000002108由于采用八位数运算,于是有A

4、=26358713 若改变计算顺序，计算0.2+0.8+26358713，则有 A=0.00000001108+0.26358713108=26358714计算机在科学计算中问题计算机在科学计算中问题人工计算机8位有效数字解决方法第1章 MATLAB操作基础u MATLAB的发展u MATLAB的主要功能u MATLAB集成环境u MATLAB帮助系统 在70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。EISPACK是特征值求解的FOETRAN程序库，LINPACK是解线性方程的程序库。在当时，这两个程

5、序库代表矩阵运算的最高水平。 到70年代后期，身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Cleve Moler，在给学生讲授线性代数课程时，想教学生使用EISPACK和LINPACK程序库，但他发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间，为了让学生方便的调用EISPACK和LINPACK，利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB，取名MATLAB (MATrix LABoratory)，即Matrix和Laboratory的组合。在以后的数年里，MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免

6、费软件广为流传。 1983年春天，Cleve Moler到Standford大学讲学，MATLAB深深地吸引了工程师John Little。John Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景。于是，他和Cleve Moler、Steve Bangert一起，由Steve Bangert主持开发编译解释程序，Steve Kleiman完成图形功能的设计，John Little和Cleve Moler主持开发了各类数学分分析的子模块，撰写用户指南和大部分的M文件。这样用C语言开发了第二代MATLAB专业版，也是Matlab第一个商用版，同时赋予了它数值计算和数据图示化的功能。自从第

7、一版发行以来，已有众多的科技工作者加入到Matlab的开发队伍中，并为形成今天约Matlab系统做出了巨大的贡献。 1984年，Cleve Moler和John Little成立了Math Works公司，发行了Matlab第1版(DoS版本1.0)。正式把MATLAB推向市场。MATLAB的第一个商业化的版本是同年推出的是3.0的DOS版本。并继续进行MATLAB的研究和开发，逐步将其发展成为一个集数值处理、图形处理、图像处理、符号计算、文字处理、数学建模、实时控制、动态仿真、信号处理为一体的数学应用软件。Matlab以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制

8、领域里的封闭式软件包（如英国的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德国的KEDDC）纷纷淘汰，而改以Matlab为平台加以重建。 九十年代初期，在国际上30几个数学类科技应用软件中，Matlab在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica和Maple则分居符号计算软件的前两名。MathCAD因其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受中学生欢迎。Matlab已经成为国际控制界公认的标准计算软件。 1992年，MathWorks公司于推出了4.0版本。 1993年，MathWorks公司推出了MATLAB 4.1版。也是在这年（1993年）MathWorks公司从加拿大滑铁卢大学购得M

9、aple的使用权，以Maple为“引擎”开发了Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks公司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。 u 1.1.1 MATLAB的发展的发展 2000年10月底推出了其全新的 MATLAB 6.0正式版(Release 12)，在核心数值算法、界面设计、外部接口、应用桌面等诸多方面有了极大的改进。现在的MATLAB支持各种操作系统，它可以运行在十几个操作平台上。 2001年，MathWorks公司推出Matlab6.0版本，6.x版在继承和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时，推

10、出了SIMULINK，打通了Matlab进行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。 从2006年起，MathWorks公司每年发布两次以年份命名的MATLAB版本，如R2006a（MATLAB 7.2）、R2006b（MATLAB 7.3）、R2007a（MATLAB 7.4）、R2007b（MATLAB 7.5）、R2008a（MATLAB 7.6）、R2008b（MATLAB 7.7）、R2009a（MATLAB 7.8）、R2009b（MATLAB 7.9）等。R2013b（MATLAB 8.2）1.1.2 MATLAB1.1.2 MATLAB的主要功能的主要功能1数值计算和符号计算功能数

11、值计算和符号计算功能 MATLAB以矩阵作为数据操作矩阵作为数据操作的基本单位，以复数矩阵作为基本编程单元，使矩阵操作变得轻而易举。还提供了十分丰富的数值计算函数。MATLAB先后和著名的符号计算语言Maple与MuPAD（从MATLAB 2008b开始使用MuPAD）相结合，使得MATLAB具有符号计算符号计算功能。 计算效率高计算效率高。 2绘图功能绘图功能MATLAB提供了两个层次的绘图操作： 一种是对图形句柄进行的低层绘图操作， 另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。-505-4-2024-1-0 .500 .51- 505- 4- 2024- 1- 0 . 500 . 51-

12、 4- 2024- 4- 3- 2- 101234用四种方法描述cos(x)*sin(y)图形matlab 科学可视化3编程语言功能编程语言功能MATLAB具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。在处理复杂逻辑功能上比文字处理软件有显著优势4扩展功能扩展功能多学科多学科 MATLAB工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。MATLAB提供了许多面向应用问题求解的工具箱函数，从而大大方便了各个领域专家学者的使用。 目前，MATLAB提供了30多个工具箱函数，如信号处理、图像处理、控制系统、非线性控制设计、信号处理、图像处理、控制系统

13、、非线性控制设计、鲁棒控制、系统辨识、最优化、神经网络、模糊系鲁棒控制、系统辨识、最优化、神经网络、模糊系统和小波统和小波等。 MATLAB系统提供了两个重要部件： Simulink和Toolboxes它们在系统和用户编程中占据着重要的地位。 1、SimulinkSimulink是MATLAB附带的软件，它是对非线性动态系统进行仿真的交互式系统。在Simulink交互式系统中，可利用直观的方框图构建动态系统，然后采用动态仿真的方法得到结果。 2、Toolboxes（工具箱函数）（工具箱函数） 适用于各个应用领域，它包含几十个工具箱函数1.1.3 初识初识MATLAB例例1-1 绘制正弦曲线和余

14、弦曲线绘制正弦曲线和余弦曲线。x=0:0.5:360*pi/180;plot(x,sin(x),x,cos(x);例例1-2 求方程求方程 3x4+7x3 +9x2-23=0的全部根的全部根。p=3,7,9,0,-23; %建立多项式系数向量x=roots(p) %求根将MATLAB 光盘放入光驱，Windows将会自动运行安装安装程序。(需输入注册码PLPPLP)1.2 MATLAB集成环境1.2.1 启动与退出MATLAB集成环境 在资源管理器中光驱盘符的MATLAB目录下，用鼠标左键双击setup.exe文件:MATLAB组件选择界面 2MATLAB的启动与一般的Windows程序一样，

15、启动MATLAB系统有3种常见方法：(1)使用Windows“开始”菜单。(2)运行MATLAB系统启动程序matlab.exe。(3) 利用快捷方式。启动MATLAB后，将进入MATLAB集成环境。3MATLAB的退出的退出要退出MATLAB系统，也有3种常见方法：(1) 在MATLAB主窗口File菜单中选择Exit MATLAB命令。(2) 在MATLAB命令窗口输入Exit或Quit命令。(3) 单击MATLAB主窗口的“关闭”按钮。132exit quit1. 主窗口2. 命令窗口 p=15,m=35p=15;m=353. 工作空间窗口4当前目录窗口5命令历史窗口Edit菜单中的菜单

16、中的Clear Command History6Start按钮 1.2.2 MATLAB操作界面操作界面 一般来说，一个命令行输入一条命令，命令行以回车结束。但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔，若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。例如 p=15,m=35 p=15;m=352. 命令窗口命令窗口3个小黑点() 称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续方向键重复命令1.2.3 MATLAB的搜索路径的搜索路径当用户在MATLAB命令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) 检查该命令是否当前目录下的M文件。(4) 检查该命令是否MATLAB搜索路径中其他目录下的M文件。1.3 MATLAB帮助系统帮助系统1.3.1 MATLAB帮助窗口进入帮助窗口可以通过以下3种方法：(