第一讲MATLAB基础及其应用

小批量生产 大批量生产
各种性能测试
7
1.1.2 MATLAB软件的发展概述
● 70年代中期，Cleve Moler和他的同事开发了 LINPACK和EISPACK的Fortran子程序库。
● 70年代末期，Cleve Moler 在新墨西哥大学给 学生开线性代数，为学生编写了接口程序，这 程序取名为MATLAB，即Matrix Laboratory。
1.3.3 MATLAB网络资源
❖ USENET新闻组
MATLAB的新闻组：comp.soft-sys.MATLAB。 groups.google/搜索(QQ、MSN群) google 搜索
❖ 网络上的工具箱
mathtools/ mathworks/matlabcentral/fileexchange/lo
直方图
120 150 180
9 01 60
0 .8 0 .6
30 0 .4 0 .2
0
210
330
240
300
270
极坐标图
North South
East
white
West
fa middle
33
饼状图
10
5
0
-5
-1 0 4
2
4
0
2020/2/21
-2
2 0
-2
-4 -4
50
40
30
20
10
0 5
➢ 数据分析及可视化
➢ 数值与符号计算
➢ 工程与科学绘图
➢ 航天工业、汽车工业、生物医学工程
➢ 控制系统设计
➢ 语音、数字图像信号处理
➢ 建模、仿真、样机开发、新算法研究开发
➢ 财务、金融分析
➢ 图形用户界面设计
2020/2/21
14
MATLAB在教学中的应用
❖ 在大学里，诸如应用代数、数理统计、自 动控制、数字信号处理、动态系统仿真等 课程的教科书都把MATLAB作为内容。
31
本次作业
1. 请搜索至少5个国内外关于MATLAB方面较好的 网站。
2. 查阅相关资料，请谈谈MATLAB在控制领域的应 用。
3.
2020/2/21
32
填充图
1 0 .8 0 .6 0 .4 0 .2
0 -0 .2 -0 .4 -0 .6 -0 .8
-1 0
5
10
15
20
25
30
35
2020/2/21
❖ 在欧美是九十年代教科书与旧版书籍的区 别性标志。越来越多国内教科书也加入了 Matlab相关内容
❖ MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、 博士生必须掌握的基本工具。
2020/2/21
15
MATLAB行业运用相关图书
《MATLAB与选煤/选矿数据处理》 《MATLAB在工程数学上的应用》 《电磁场数值计算法与MATLAB实现》 《数学物理方程的MATLAB解法与可视化》 《高等应用数学问题的MATLAB求解》 《MATLAB有限元分析与应用》 《MATLAB 7及工程问题解决方案》 《MATLAB及在电子信息类课程中的应用》 《MATLAB在电气工程中的应用》
2020/2/21
16
《MATLAB在化学中的应用》
《机械工程设计分析和MATLAB应用》
《机电系统动态仿真——基于MATLAB/Simulink》
《MATLAB在振动信息处理中的应用》
《MATLAB 7.0 在图像处理中的应用》
《MATLAB神经网络仿真与应用》
《小波分析理论与MATLAB 7实现》
5．具有功能强劲的工具箱。这些工具箱能用于 多种学科，都是由该领域里的学术水平高的专 家编写的，用户在使用时可以任意调用。
6.与 C 语言和 Fortran 语言有良好的接口
2020/2/21
13
1.2.2 MATLAB的功能和应用
➢ MATLAB产品组是从支持概念设计、算法开发、建模仿真， 到实时实现的集成环境，可用来进行：
4
2020/2/21
5
仿真——科研基本方法
■仿 真: 利用相似性原理,借助实验模型或计算机软件对 所研究的对象进行分析。
2020/2/21
6
MATLAB在汽车产品开发周期中的应用
设计 机械工程师
概念设计 共享 同一 模型
可行性分析
控制工程师
2020/2/21
设计
虚拟样机
虚拟验证 虚拟试验
物理样机
❖ 工具箱：专用的函数库， 解决特定领域的问题。
❖ Simulink：用于对非线 性动态系统仿真的图形 仿真平台
❖ Blockset是Simulink的 插件集，提供大量的专 用模块库。
❖ 程序设计语言＋仿真平 台＋可视化技术＋众多 工具箱＋开放式体系
11
1.2.1 MATLAB软件的主要特点
1．语言简洁紧凑，编程效率高.运算符丰富。数值 计算+符号计算,库函数极其丰富， 2．交互性好，使用方便。 3．图形功能强大，便于图形可视化。
它将高性能的数值计算、数据可视化、程序设计和系 统仿真融合到了一个简单易用的交互式工作环境中， 是目前最好的科学计算类软件之一.
❖ Matlab产品族
科学计算＋程序开发语言＋可视化技术＋系统仿真平台 ＋众多工具箱
❖ Matlab 产品具有开放式结构，可以容易地对 Matlab 的功能进行扩充 。
2020/2/21
3
计算机软件
系统软件
系网其 操 统络他 作 实实软 系 用用件 统 程程 序序
支持软件
应用软件
其 软界语 他 件面言 支 开开处 持 发发理 软 工工程 件 具具序
科数系图辅其 学据统像助他 工处仿处类应 程理真理软用 计软软软件软 算件件件 件
2020/2/21
MATLAB主要涉及部分
●高等数学
●自动控制原理
●普通物理
●控制理论基础
●线性代数
●电力电子技术
●概率论与
●运动控制
数理统计
●计算机控制
●计算方法
●计算机仿真
（数值分析）
●信号处理
●智能控制
202●0/2电/21 路
几乎所有控制类研究生课程
18
MATLAB在学术中的应用
❖ 在国际学术界，MATLAB已 经被确认为准确、可靠的科 学计算标准软件。在许多国 际一流学术刊物上，（尤其 是信息科学刊物)，都可以看 到MATLAB的应用。
● 在20世纪末期MATLAB在功能方面进行大规模的扩 充。 讫今为止，MATLAB软件早已不只停留在功能上 了，它由主包、Simulink以及功能各异的工具箱组 成，以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设 计融合到了一个简单易用的交互式工作环境中。
2020/2/21
9
●发展轨迹：数值运算→计算机仿真→计算机仿真 与硬件实现集成（快速原型开发，半实物仿真）
a z=-7 ,e l=-1 0
10
10 5
0
-5
2020-/12/02410
20
0
-1 0
0
0
20
0 4 0 4 02 0 35
Peaks
5
0
-5
2
0
-2 y
2 0 -2 x
P eaks
5
0
-5
2
0
2 0
-2 y
-2 x
2020/2/21
36
-5
0
5
图形的透明处理
2020/2/21
37
返回
MATLAB基础及其应用
2020/2/21
1
MATLAB 简介
1.1 MATLAB软件介绍 1.2 MATLAB特点与应用 1.3 课程基本内容 1.4 考核方式 1.5 作业
2020/2/21
2
1.1.1 绪 论
❖ Matlab ：美国 MathWorks公司开发
概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成 环境。
从顶层的系统仿真到底层的芯片算法设计，都可用
MATLAB/SIMULINK/STATEFLOW及相关工具实现。
●MATLAB有计算机专家倡导并开发，在自动控制领域 学者的支持下普及和发展，被各类其他领域的专家 和工程技术人员捧红。（开放型结构）
2020/2/21
10
2020/2/21
❖ Matlab扩展支持在非 matlab中对系统的实施 和开发。
Demo>>MATLAB>>Graphics >>Plot相关例子
2020/2/21 Demo>>MATLAB>>3D Visualization
12
4．开放性好，易于扩充。所有MATLAB的核心文 件及工具箱文件都是可读可改的源文件，用户 可以通过对源文件的修改以及加入自己的文件
来构成新的工具箱。
24
信号和图像处理
2020/2/21
25
Demo>>MATLAB>>Blocksets>>DSP>>nosie canceller(RLS)
控制系统设计和分析
Demo>>Toolboxs>>Control system
>>interactive demos>>RLC circuit response
demo学习（英文） ❖ 利用图书馆和电子书等网上资源学习。
推荐书籍：
1.飞思科技，MATLAB7基础与提高，电子工业出版社， 2019.4
2．刘卫国等编，MATLAB程序设计与应用，高等教育出版 社，2019.6
3．张志涌等编，精通MATLAB6.5，北京航空航天大学出 版社，2019.3
4. 2020/2/21 王正林等，精通MATLAB7，电子工业出版社,2019.7 28
2020/2/21
26
1.3.1 课程基本内容
❖ MATLAB介绍
❖ 语言基础（数组、矩阵运算）
❖ 数值计算、符号计算
❖ MATLAB程序设计
❖ 数据可视化
❖ SIMULINK系统仿真
❖ 涉及课程内容：
高等数学、线性代数、工程数学
电路等
2020/2/21
27
1.3.2 怎样学习MATLAB
❖ 本课程为引导型课程，重掌握基础和应用。 ❖ 多上机练习，重视实验，充分利用帮助系统和
一般用途工具
2020/2/21
23
虚拟现实工具箱
●可将simulink下的仿真 用三维实体表示出来。
●例如控制一个机器人，
就可以不再是得到机器
人的位置曲线等等，还
可以直接画出三维的机
器人，然后看他究竟是
怎么运动的
Demo>>Matlab>>Toolboxs>>Virtual Reality
2020/2/21
● 1983年春天，工程师John Little与Moler、 Steve Bangert一起用C开发了第二代专业版 MATLAB。
● 1984年，MathWorks公司成立，MATLAB正式推
向市场。
2020/2/21
8
● MathWorks公司于1993年完成了Windows环境下 MATLAB 4.0，并同时推出了用于控制系统仿真和设 计的交互式模型输入与仿真环境Simulink1.0,为控 制系统的计算机辅助设计打开了崭新的局面。
❖ HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP， Gage公司的各种硬卡、仪器等
都接受MATLAB的支持。
2020/2/21
20
Matlab是众多系统工具的基础
Demo>>MATLAB>>Graphics >>Visualizing sound
2020/2/21
21
设计自动化工具
2020/2/21
22
adCategory.do
2020/2/21
29
1.3.3 MATLAB网络资源
❖ www服务
mathworks smth.edu Matlab 中文论坛: ilovematlab.cn
2020/2/21
30
1.4 考核方式
❖ 课堂测试+实验 测试20% 实验80%
2020/2/21
《MATLAB语言在建筑抗震工程中的应用》
《GPS基本原理及其Matlab仿真》
《MATLAB语言在运筹学中的应用》
《MATLAB在动态经济学中的应用》
202《0/2/2m1atlab金融工具箱详细信息》
17
MATLAB在本专业中的应用
■不管世界如何改变， MATLAB在控 制专业的地位基本不变。（控制专业 “计算器”）
0
5 0
-5 -5
1
0 .8
0 .6
0 .4
0 .2
0 1
0 .5
1
百度文库
0
0 .5
-0 .5
0 -0 .5
34
-1 -1
a z=-3 7 .5 ,e l=3 0
a z=-1 5 ,e l=6 0
10 10
0
0
-1 0 40
-1 0 40
20 00
40 20
20 00
20
40
a z=-9 0 ,e l=0
❖ 很多学术科研网站都有 MATLAB专区
2020/2/21
19
MATLAB在开发与工程中的应用
❖ 在设计研究单位和工业部门，MATLAB 被认作进行高效研究、开发的首选软 件工具。
❖ 美国National Instruments公司信号 测量、分析软件LabVIEW，Cadence公 司信号和通信分析设计软件SPW等，或 者直接建筑在MATLAB之上，或者以 MATLAB为主要支撑。