虚拟仪器应用技术

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1有关信息教师：吴恩启Email:课件下载及信息发布：

密码：vi2008

作业上传：教材：Matlab7.0编程基础LabView8.2基础教程学分：２学分

总学时数：学时（上课12,上机和试验20）上课时间：周二5-6节上课地点：3-2132023-06-032课程主要内容第一章：MATLAB入门第二章：图形与可视化第三章：Simulink仿真第四章：Labview1第五章：Labview2第六章：Labview32023-06-033第一章MATLAB入门2023-06-034主要内容1.1MATLAB简介1.2MATLAB的变量与函数1.3矩阵运算1.4M文件1.5多项式运算1.6控制语句与逻辑运算1.7曲线拟合与插值1.8符号运算2023-06-0351.MATLAB的概况MATLAB是Matrix

Laboratory。

功能具备卓越的数值计算能力专业水平的符号计算文字处理-Notebook可视化建模仿真实时控制1.1MATLAB简介2023-06-0361.MATLAB的概况MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多.MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包.功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类1.1MATLAB简介2023-06-0372.MATLAB产生的历史背景

在70年代中期,CleveMoler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,这两个程序库代表矩阵运算的最高水平.到70年代后期,身为美国NewMexico大学计算机系系主任的CleveMoler,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,于是他开始自己动手,利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序.CleveMoler给这个接口程序取名为MATLAB,该名为matrix和labotatory两个英文单词的前三个字母的组合.

1983年春天,CleveMoler到Standford大学讲学,MATLAB深深地吸引了工程师JohnLittle.JohnLittle敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景.同年,他和CleveMoler,SteveBangert一起,用C语言开发了第二代专业版.这一代的MATLAB语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能.

1984年,CleveMoler和JohnLittle成立了MathWorks公司,正式把MATLAB推向市场,并继续进行MATLAB的研究和开发，推出第一版。1.1MATLAB简介2023-06-03819851.019862.0（含控制系统工具箱）19883.9

19934.0（含Simulink1.0）告别DOS

19944.2(含simulink2.0)

19975.0

19995.3

20006.0（含Simulink4.0）

20016.1（含Simulink4.1）

20036.520047.0

20077.5（release2007a）20087.6（release2008a）每半年出一新版本每年3月的就是200xa，9月10月出的是200xb1.1MATLAB简介2023-06-0393.MATLAB特点：起点高1.1MATLAB简介每个变量代表一个矩阵，它可以有n×m个元素；每个元素都看作复数，比其它语言优越；所有的运算都对矩阵和复数有效。2023-06-03103.MATLAB特点：起点高人机界面适合科技人员1.1MATLAB简介语言规则与笔算式相似：MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近，因此易写易读，易于在科技人员之间交流。矩阵行数、列数无需定义：若要输入一个矩阵，在其它语言编程时必须先定义相应的阶数，而用MATLAB语言则不必有阶数的定义语句，输入数据的行列数就决定了它的阶数。键入算式立即得结果，无需编译：MATLAB是以解释方式工作的，即它对每条语句解释后立即执行。若有错误也立即作出反应，便于编程者马上改正。这都大大减轻了编程和调试的工作量。2023-06-03113.MATLAB特点：起点高人机界面适合科技人员强大而简易的作图功能1.1MATLAB简介能根据输入数据自动确定坐标绘图；能在多种坐标系下绘图；能绘制三维坐标系中的曲线和曲面；可以设置不同颜色、线形、观看视角等。2023-06-03123.MATLAB特点：起点高人机界面适合科技人员强大而简易的作图功能智能化程度高

1.1MATLAB简介绘图时自动选择最佳坐标以及按输入输出变量元数自动选择算法等；做数值积分时自动按精度选择步长；自动检测和显示程序出错的能力强，易于调试。2023-06-03133.MATLAB特点：起点高人机界面适合科技人员强大而简易的作图功能智能化程度高功能丰富，可扩展性强

1.1MATLAB简介MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分。基本部分包括：矩阵的运算和各种变换，代数和超越函数的求解，数据处理和傅立叶变换，数值积分等，可以满足大学理工科本科的计算需要。扩展部分称为工具箱。它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专业问题，或实现某一类的新算法。现在已经有通信系统、控制系统、信号处理、2023-06-03141.1MATLAB简介4.MATLAB指令窗界面：p92023-06-03151.1MATLAB简介4.MATLAB指令窗是用户和matlab交互的工具，直接运行函数运算。如计算：7×23，直接输入7*2^3回车，则输出计算结果ans=56使用“↑”可调出历史指令，以便重新运算或修改。2023-06-03161.1MATLAB简介4.MATLAB指令窗通用指令：p15显示控制：菜单→preferences→commandwindow进行修改标点符号的含义：p172023-06-03171.1MATLAB简介5.M文件为了替代MATLAB提示符输入命令语句，可以把命令组写成文本文件。用户可以输入这个文本文件名和它的自变量，文件的命令就会被执行。新建M文件工具栏—File->new->M-flie命令窗口：edit打开M文件工具栏—菜单：保存M文件：M文件界面中☞建立一个M文件，内容f=7*2^3。比较和指令窗的区别2023-06-03181.1MATLAB简介6.Matlab工作空间指运行matlab的函数或指令所生成的所有变量和matlab提供的常量构成的空间。比较抽象。打开matlab自动创建，关闭matlab后自动消失。who：查看当前工作空间变量，只给出变量名；whos：查看当前工作空间变量，给出详细信息clear：清除工作空间变量。workspace：显示、编辑变量2023-06-03191.变量命名规则：区分大小写不超过63个字符，超过的字符将被忽略必须字母打头，不含有空格和标点符号不能和特殊变量重名2.注释和标点注释：%后的文字是说明文字，不能被执行标点：（；不显示）（，显示）要采用英文下的标点3.复数表示：a+bi;sqrt（－x）其中x为正实数用real,imag,abs,angle可分别求出复数的实部,虚部,幅值,相角4.常用数学函数:p391.2Matlab的变量与函数2023-06-03201.矩阵表示矩阵用[]表示，元素间用空格或逗号隔开，行用分号隔开A1=[123]A2=[123;456;789]转置A3=A2'2.矩阵大小查询查询矩阵的行数和列数[m,n]=size(A1)矩阵最大维数：m=length(A1)元素的查找：

[i,j]=find(A>3)%找出矩阵元素中大于３的元素的位置

K=find(abs(A)>1)%找出A中绝对值大于1的元素3.矩阵的块操作:元素更改，插入子块，提取子块，扩大维数等1.3矩阵运算2023-06-03214.矩阵运算加减：相加减的矩阵的行数和列数应该都相等乘:

A*B,%A的列数应等于B的行数除：左除A\B,B为方矩阵,AB的列数相等右除A/B,A为方矩阵,AB的行数相等1.3矩阵运算小窍门：如何修改matlab默认路径？右键点击桌面程序快捷图标，选择属性，在起始位置上输入新的默认路径EX1:matrix_cal.m2023-06-03225.解方程组

写成矩阵形式AX=B左除求解：X=A\B1.3矩阵运算EX2:equation.m2023-06-03231.多项式的表示：P(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e表示为p=[abcde]2.求根及逆运算

r=roots(p)p=poly(r)3.加、减、乘P1+p2,p1-p2,conv(p1,p2)4.微分

polyder(p)EX3:ploy-cal.m1.5多项式运算2023-06-03241.循环语句：1)for…(循环变量)end以固定的次数求一组命令的值，满足次数才结束。2)while以不定次数求一组命令的值，满足给定的条件就结束。2.条件语句：

if….end；if…else…end满足条件就执行命令1.6控制语句与逻辑运算2023-06-03253.关系运算

>,<，>=,<=,==4.逻辑运算＆（与），｜（或），～（非）5.字符运算字符串用单引号括起来字符串转换函数：p142表5-1Ex4:计算contol-cal.m1.6控制语句与逻辑运算2023-06-03261.曲线拟合：在大量的应用领域中，人们经常面临用一个解析函数描述数据(通常是测量值)的任务。为了解决这个问题人们设法找出某条光滑曲线，它最佳地拟合数据，但不必要经过任何数据点。多项式函数拟合：a=polyfit(xdata,ydata,n)

其中n表示多项式的最高阶数，xdata，ydata为将要拟合的数据，它是用数组的方式输入．输出参数a为拟合多项式的系数多项式在x处的值y可用下面程序计算

y=polyval(a,x)

Ex5:fit-cal1.7曲线拟合与插值2023-06-03272.插值：在离散数据之间补充一些数据,使这组离散数据能够符合某个连续函数一维插值：对一个自变量的插值

interp1(x,y,xi,’method’)

x,y:给定的数组xi：要插值的位置method：nearest（临近点插值）,Linear(线性－缺省),Spline(三次样条),Cubic(立方插值)Ex6:interp_cal_11.7曲线拟合与插值运算时间

占用计算机内存

光滑程度

快

少

差稍长

较多

稍好最长

较多

最好较长

多

较好2023-06-03282.插值：在离散数据之间补充一些数据,使这组离散数据能够符合某个连续函数二维插值：对两个自变量的插值，用于图形图象处理和三维曲线拟合等领域

interp2(x,y,z,xi,yi,’method’)method:nearest,linear,spline,cubic立方插值法，利用三次多项式函数作插值样条插值法，利用分段三次多项式函数作插值，Ex7:interp-cal_2Ex8:interp-cal_31.7曲线拟合与插值2023-06-0329功能：多项式积分、微分，求解代数方程式等符号运算与数值运算的区别

数值运算中必须先对变量赋值，然后才能参与运算。

符号运算无须事先对独立变量赋值，运算结果以标准的符号形式表达。1.8符号运算2023-06-03301.符号表达式：包括数字、代数或有理运算和符号变量的字符串，它不需要有预先确定的值就可以参与运算。

y=sym(’cos(x)’)%声明符号表达式

y=sym(2)%声明符号常量

y=sym(’x^2-9=0’)%声明符号方程

符号常量：数字及运算f=sym(‘3*3’)y=single(f)%将符号表达式转换为单精度数值y=double(f)%将符号表达式转换为双精度数值

符号变量：如果不做指定，一般将x或在字母表中靠近x的字符默认为字符变量（i,j除外），

指定arg为变量：Syms

arg1.8符号运算2023-06-03312.符号表达式运算提取分子分母：[n,d]=numden(f)代数运算：加symadd(f1,f2),减symsub(f1,f2),乘symmul(f1,f2),除symdiv(f1,f2),幂sympow(f1,f2)高级运算：复合compose(f(x),g(x))