MATLAB仿真

第2章 MATLAB仿真 与其它高级语言相比较，MATLAB具有独特的优势： (1) MATLAB是一种跨平台的数学语言。采用MATLAB 编写的程序可以在目前所有的操作系统上运行 ( 只要这些系 统上安装了MATLAB平台)。MATLAB程序不依赖于计算机 类型和操作系统类型。
(2) MATLAB是一种超高级语言。MATLAB平台本身是 用C语言写成的，其中汇集了当前最新的数学算法库，是许 多专业数学家和工程学者多年的劳动结晶。 MATLAB 意味着站在巨人的肩膀上观察和处理问题，所 以在编程效率，程序的可读性、可靠性和可移植性上远远超 过了常规的高级语言。这使得 MATLAB 成为了进行科学研 究和数值计算的首选语言。
第2章 MATLAB仿真 MATLAB中可以方便地进行复数运算，例如计算
5
a b
2
，其中，a=15+j3，b=5e j2。
>>a=15+j*3,b=5*exp(j*2),(a.^2+b).^(1/5)［回车］ 6. MATLAB 提供了极为便利的数据可视化手段，可 以作出任意函数的图像。作为快速入门，在此以一个
二维作图为例，作出函数 y=e-x/10sinx 在 x∈［ -1,10 ］范
第2章 MATLAB仿真 (5) MATLAB具有强大的绘图功能。利用MATLAB的 绘图功能，可以轻易地获得高质量的(印刷级)曲线图。具 有多种形式来表达二维、三维图形，并具有强大的动画 功能，可以非常直观地表现抽象的数值结果。这也是 MATLAB广为流行的重要原因之一。 (6) MATLAB具有串口操作、声音输入输出等硬件操 控能力。随着版本的提高，这种能力还会不断加强，使 得人们利用计算机和实际硬件相连接的半实物仿真的梦 想得以轻易实现。 (7) MATLAB程序可以直接映射为DSP芯片可接受的 代码，大大提高了现代电子通信设备的研发效率。
+ 数量加法,
.* / 数量除法,矩阵右除 数量减法, * 数量乘法,
第2章 MATLAB仿真 ＼ 数量除法(左除), ./ ^ .^ ′ 矩阵的共轭转置,对于一个复数而言将得到其共
.′ 矩阵转置(不共轭) 关于这些算术运算符的详细用法以及示例，可以 >>docarithmeticoperators［回车］ 打开html格式的帮助文档查看。
第2章 MATLAB仿真
4.在MATLAB 例如，输入矩阵
1 2 3 A 4 5 6 7 8 9
(2-1)
>>A=［1,2,3;4,5,6;7,8,9］［回车］ A= 1 2 3 4 5 6
7 8 9
第2章 MATLAB仿真 MATLAB中可以采用逗号或空格来分隔矩阵中的列元素， 而采用分号或回车符来分隔矩阵的行，整个矩阵包含在方括号 “［］”内。采用命令“whos”可以查看用户在MATLAB工作 空间(内存)中所存储的变量情况。使用命令“workspace”就可 以打开工作空间浏览器窗口，双击其中的变量可以对其值进行 修改。 命 令 “ clear 变 量 名 ” 可 以 清 除 相 应 的 变 量 ， 而 命 令 “clear”则清除所有用户自定义的变量。系统的默认变量是不 会被“clear”清除的。为了避免前面的程序对后续程序的影响， 通常在程序的开始使用“clear”语句来复位MATLAB的内存空 间。使用命令“clc”可以清除命令窗口中的显示字符。使用命 令“home”可以使得命令窗口中提示符光标回到窗口的左上角。 这两个命令仅仅影响屏幕的显示，不会清除内存中的变量。
第2章 MATLAB仿真 在MATLAB命令窗口中，使用命令“intro”可以进 入 MATLAB 简介演示。而使用命令“ demo” 可以打开
MATLAB的演示窗口，其中包含了大量MATLAB程序
的演示实例，对于初学者具有很高的参考价值。如果 读 者 需 要 打 开 MATLAB 的 帮 助 文 档 ， 使 用 命 令
>>2*sin(0.3*pi)/(1+sqrt(5))［回车］ ans= 0.5000
的值，在 MATLAB
命令窗口中输入以下语句并回车就能得到结果。
>>
第2章 MATLAB仿真 以上语句中，“pi”是MATLAB已定义的常数，即 圆周率π；“ans”是表达式计算结果的默认存储变量。 MATLAB定义的常数中， ans inf 表示正无穷大+∞
第2章 MATLAB仿真 (3) MATLAB语法简单，编程风格接近数学语言描述，是 数学算法开发和验证的最佳工具。MATLAB以复数矩阵运算 为基础，其基本编程单位是矩阵，使得编程简单，而功能极 为强大。对于常规语言中必须使用许多语句才能实现的功能， 如矩阵分解、矩阵求逆、积分、快速傅立叶变换，甚至串口 操作、声音的输入输出等，在MATLAB中均用一两句指令即 可实现。而且，MATLAB中的数值算法是经过千锤百炼的， 比用户自己编程实现的算法的可信度和可靠性都大为提高。 (4) MATLAB计算精度很高。MATLAB中数据是以双精度 存储的，一个实数采用8字节存储，而一个复数则采用16字节 存储。通常矩阵运算精度高达1015以上，完全能够满足一般工 程和科学计算的需要。与其它语言相比，MATLAB对计算机 内存、硬盘空间的要求也是比较高的。
NaN 非数，例如0/0
i或j 虚数单位, 浮点计算相对误差使用
1
eps 从1.0到下一个最大浮点数的距离,常用来作为
第2章 MATLAB仿真 pi 圆周率π realmin MATLAB realmax MATLAB 所能表示的最大正实数 MATLAB中常用的算术运算符有+、-、*、/、\、^、 ′等，含义如下：
第2章 MATLAB仿真 >>s=［1:100］;sum(s),p=prod(s)［回车］ ans=
5050
p= 9.3326e+157
MATLAB 中的变量是区分大小写的，变量、函数名 必须以字母开头，其后最多可接19个字母、数字或下划线。 例如：a和A是不同的变量，p121 -6，yinyue3是合法的变 量名，而 3sd 则是非法的变量。在变量或函数的命名时， 应该养成良好的命名习惯，命名不要和MATLAB中的系统 函数或变量相同。特别地，如果计算中存在复数运算，那 么就应该避免采用“i”和“j”作为循环变量。
“helpwin”即可。如果要用浏览器打开html形式的帮助
文档，可使用命令“ doc”。若需要打开 MATLAB某条 命 令 或 函 数 用 法 的 html 帮 助 文 档 ， 则 只 需 输 入 命 令 >>doc命令或函数名［回车］即可。
第2章 MATLAB仿真 如果要在命令窗口中显示帮助信息，则只需输入命 令“ help” 即可。若需要了解 MATLAB 某条命令或函数 的用法， >>help命令或函数名［回车］ 即可。例如，要查询自然对数函数命令“log”的用法， 应使用命令 >>helplog［回车］ 另外，MATLAB帮助文档还以PDF电子文件格式提 供 ， 存 放 在 MATLAB 的 安 装 目 录 中 ， 读 者 可 以 用 AcrobatReader 等 软 件 阅 读 。 读 者 也 可 以 通 过 介 绍 MATLAB 的若干网站获取和交流应用 MATLAB 的心得 体会。
第2章 MATLAB仿真 但是，要用好MATLAB却不是在短时间就可以达到的。 这并不是因为MATLAB语言复杂难懂，而是实际问题的求解 往往更多的是需要使用者具备数学知识和专业知识。 MATLAB使得人们摆脱了常规计算机编程的繁琐，让人们能 够将大部分精力投入到研究问题的数学建模上。可以说，应 用MATLAB这一数学计算和系统仿真的强大工具，可以使科 学研究的效率得以成百倍的提高。 目前，MATLAB已经广泛用于理工科大学从高等数学到 几乎各门专业课程之中，成为这些课程进行虚拟实验的有效 工具。在科研部门，MATLAB更是极为广泛地得到应用，成 为全球科学家和工程师进行学术交流首选的共同语言。在国 内外许多著名学术期刊上登载的论文，大部分的数值结果和 图形都是借助MATLAB来完成的。
第2章 MATLAB仿真 MATLAB 命 令 窗 口 中 ， 输 入 命 令 的 提 示 符 为 “>>”。
在MATLAB命令窗口中，键入命令“quit”或“exit”
并按回车键(回车)，即可退出MATLAB环境。 2.在MATLAB MATLAB 几乎涉及了所有工程领域的数学问题， 没有一本书能够完全覆盖读者所需要解决的问题。因 为MATLAB帮助文档是惟一完全覆盖MATLAB功能函 数的权威技术文件，所以，善于利用MATLAB的帮助 文档将是非常重要的。
第2章 MATLAB仿真 (8)MATLAB 的 程 序 执 行 效 率 比 其 它 语 言 低 。 MATLAB 程序通常是解释执行的，在执行效率和速度 上低于其它高级语言，当然如果对执行效率有特别要 求，可以采用 C 语言编制算法，然后通过 MATLAB 接 口在MATLAB中执行。事实上，MATLAB自带的许多
内部函数均是用C语言编写并编译的，因此利用
MATLAB 内部函数的程序部分运行速度并不比其它语 言中相应函数低。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
本书给出的程序和例子均在 MATLABReleaseR13
（6.5.1）（完全安装）版本下验证通过。
第2章 MATLAB仿真 2.1.2 MATLAB 1.MATLAB 本 书 以 Windows2000 下 的 MATLAB6.5.1 为 例 ， 在 其 它 Windows 版 本 下 操 作 是 类 似 的 。 假 定 已 经 正 确 安 装 了 MATLAB 的 Windows 版本，从 Windows 的“开始 | 程序”菜单 中找到MATLAB图标，单击该图标即可进入 MATLAB环境。 进入MATLAB后操作环境通常显示的是MATLAB的命令窗口， 在该窗口中可以输入各种MATLAB命令和语句，通过命令方 式与 MATLAB进行交互。虽然 MATLAB 也像通常的 Windows 程序一样提供了菜单和快捷工具栏，通过它们可以很方便地 对MATLAB进行操作，但是建议读者尽可能使用命令方式去 操作MATLAB，虽然刚开始可能觉得不太方便，但是与菜单 和快捷工具方式相比，命令方式的功能最为强大，也最能体 现MATLAB的精髓，而且命令方式本身也是跨平台的。
第2章 MATLAB仿真
第2章 MATLAB仿真
2.1 MATLAB介绍 2.2 MATLAB编程仿真
2.3 Simulink仿真
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2.1 MATLAB
2.1.1 MATLAB MATLAB是MathWorks公司开发的一种跨平台的， 用于矩阵数值计算的简单高效的数学语言，与其它计 算机高级语言如 C ， C++ ， Fortran ， Basic ， Pascal 等相 比，MATLAB语言编程要简洁得多，编程语句更加接 近数学描述，可读性好，其强大的图形功能和可视化 数据处理能力也是其它高级语言望尘莫及的。对于具 有任何一门高级语言基础的读者来说，学习MATLAB 十分容易。
第2章 MATLAB仿真 5.MATLAB MATLAB语句可以有两种形式： （1) （2)变量名＝表达式。 在第一种形式中，表达式计算的值将存放于默认 变量“ ans” 中；而在第二种形式中，表达式的值将存 放于变量名所指定的变量中。MATLAB中多条语句可 以在一行内书写，以逗号“,”或分号“;”相互隔开。如 果是以分号隔开的，则计算结果不显示在屏幕上，否 则回车后将显示计算结果。例如，计算 1+2+3+…+100 的值以及100的阶乘100!。
第2章 MATLAB仿真 3.在MATLAB MATLAB语言是一种解释性语言，它提供了方便的演算
纸式的数学计算方式。在MATLAB命令窗口中输入数学表达
式，然后回车即可得出计算结果。MATLAB的数学表达式与 数学公式表达极为相似，也非常类似于 C语言的表达。例如，
计算表达式 2sin(0.3π)/(1+[KF(]5[KF)])