MATLAB论文

Matlab论文

卞畅-1665100201

安徽科技学院 机械电子学院，安徽 凤阳 233100

摘要：本论文通过对各个知识要点的概括和总结，达到对知识点的记忆学习。 关键词：MATLAB、程序、运算、处理

Matlab papers

Bian Chang - 1665100201

Anhui Science and Technology University School of mechanical and electronic

engineering, Anhui Fengyang 233100

Abstract: This paper based on the knowledge of the various points of the sum, the knowledge of memory and learning.

Key words: MATLAB, program, operation, processing

MATLAB概述：MATLAB是目前世界上最流行的、应用最广泛的工程计算和仿真软件，它将计算、可视化和编程等功能同时集中于一个易于开发的环境。MATLAB主要应用于数学计算、系统建模与仿真、数学分析与可视化、科学与工程绘图和 用户界面设计等。

MATLAB是Matrix Laboratory的缩写，是由MathWorks公司于1984年推出的一个交互式开发系统，其基本数据要素是矩阵。MATLAB的语法规则简单，适用于专业科技人员的思维方式和书写习惯；而且MATLAB可适用于多种平台，随着计算机软、硬件的更新而及时升级，使得编程和调试效率大大提高。

目前，MATLAB已经成为应用代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、动态系统仿真和金融等专业的基本数学工具，各国的高等学校纷纷将MATLAB正式列入本科生和研究生课程的数学计划中，成为学生必须掌握的基本软件之一：在研究设计单位和工厂企业中，MATLAB也成为工程师们必需掌握的一种工具。本书以MATLAB6.5和Simulink6.5版为平台进行全面地介绍。 一、MATLAB简介：

1. MATLAB的系统结构：MATLAB系统由MATLAB开发环境、MATLAB语言、MATLAB数学函数

库、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口（API）5大部分组成。

1） MATLAB开发环境是一个集成的工作环境，包括MATLAB命令窗口、文件编辑调试器、

工作空间、数组编辑器和在线帮助文档等。 2） MATLAB语言具有程序流程控制、函数、数组结构、输入输出和面向对象的编程特定，

是基于程序/数组的语言。 3） MATLAB的数学函数库包含了大量的计算算法，包括基本函数、矩阵运算和复杂算法

等。 4） MATLAB的图形处理系统能够将二维和三维数组的数据用图形表示出来，并可以实现

图像处理、动画显示和表达式作图等功能。 5） MATLAB应用程序接口使MATLAB语言能与C或FORTRAN等其他编程语言进行交互。 2. MATLAB的特点：MATLAB现在不再是“矩阵实验室”，它已经发展成为具有广泛应用前

景的计算机高级编程语言。 1） 运算功能强大。 2） 编程效率高。

3） 强大而智能化的作图功能。 4） 可扩展性强。

5） Simulink动态仿真功能。

二、菜单与工具栏

1.命令窗口：MATLAB的命令窗口是用户使用MATLAB进行工作的窗口，同时也是实现

MATLAB各种功能的窗口。用户可以直接在MATLAB命令窗口内输入命令，实现其相应功能。 2.MATLAB菜单命令和工具栏 File(文件)菜单：

“New”命令，打开“File”菜单“New”的子菜单，有三个选项M-file，选项表示新建一个M文件，该命令将打开MATLAB的M文件编辑/调试器。通过M文件编辑/调试器，用回可以创建自己的M文件，也可以编辑已有的M文件并可以调试MATLAB程序。Figure选项表示新建一个图形窗口。详细参看图形窗口。Model选项表示新建一个SIMULINK模型。用户也可以在Library Simulink窗口中直接拖放一个模型到无标题窗口。通过这种简便方法，用户建立需要的系统模型。

“Open”命令，执行File菜单”Open”命令，将打开”Open”对话框。

“Open Selection”命令，用户可以在MATLAB命令窗口中直接选中需要编辑的M文件，然后使用File菜单的。”Open Selection”命令，方便地打开该文件。

“RunScript”命令，使用该编辑命令用来运行脚本文件，用户可以在弹出的RunScript对话框中直接输入脚本文件名，然后单击”OK”按键运行脚本文件。 “LoadWorkspace”命令，它为用户提供了加载和保存命令。

“SaveWorkspace”命令，用来保存MATLAB文件。

“ShowWorkspace”命令，该命令将打开MATLAB工作空间浏览器。 “ShowGraphicsPropertyEditor”命令，显示图形属性编辑器。 “Show GUI Layout Tool”命令，显示图形用户接口设计向导。 “Set Path”命令，该命令将打开路径浏览器。 “Preference”命令，该命令将打开参数设置对话框。

“Edit”(编辑)菜单：标记菜单的各命令功能通Window编辑的功能相似。 “View”(查看)菜单：仅用控制是否显示工具栏。

“Window”（窗口）菜单：显示在MATLAB中所打开的窗口。

“Help”（帮助）菜单。 3.历史命令窗口：历史命令窗口可以保存用户输入过的所有历史命令，为用户下次使用同一指令提供了方便。历史命令窗口中保存的历史指令记录包括：每次开启MATLAB的时间以及每次开启MATLAB后在指令窗口中运行的所有指令。用户可以通过历史指令窗口执行历史命令、单行和多行指令的复制和运行、产生M文件、简历运行结果快捷方式。

4. 当前目录浏览器：前目录浏览器显示和改变当前目录，并可显示当前目录下的文件以及提供收索功能. MATLAB2007设置了一个比较完整的当前目录浏览器。自上而下，它的组件分别是：菜单栏、当前目录设置区、工具条、文件详细列表，M或者MAT文件描述曲。文件详细列表区有很多功能：运行M文件、装载MAT数据文件、编辑文件等。在使用MATLAB的过程中，为了管理的方便，建议用户为自己建立一个专门的工作目录，几用户目录，用于存放自己创建的文件。

5.工作空间浏览器：工作空间浏览器显示所有目前工作空间中的MATLAB变量名、数据结构、类型以及所占的空间并可进行变量的编辑等。工作空间的本质是暂时存储计算机在 MATLAB系统运行过程中的说有变量，因此工作空间本质上时计算机的一部分暂用内存. MATLAB系统后，该暂存中的所用变量（数据）自动清除。可以对其中的变量进行查看、删除等指令操作。

6. M文件编辑器/调试器：M文件的编写在MATLAB环境下必须通过M文件编辑器进行。在默认的情况下，M文件编辑器不随MATLAB的启动而开启，只有编写M文件时才启动。M文件编辑器不仅可以编辑M文件，而且可以对M文件进行交互式调试；不仅可以处理带.M的扩展名的文件，而且可以阅读和编辑其他ASCII码文件。我们可以用M文件编辑器来解决一些指令较多，结构复杂的问题，或者一组指令只需少量改变一些参数就可以用来解决不同的问题的问题，而些问题通过直接在指令窗口输入指令的方法解决往往显得繁琐、麻烦和笨拙。

三、MATLAB符号计算：

MATLAB的符号运算是建立在Maple软件基础上的，Maple软件最初是由加拿大的Waterloo大学开发的，MathWorks公司于1993年购买了Maple软件的使用权，随后开发了符号工具箱。符号工具箱能够实现微积分运算、线性代数、表达式的简化、求解代数方程和微分方程、不同精度转换和积分变换，符号计算的结果可以以图形化显示，MATLAB的符号运算功能十分完整和方便。 1.符号运算的特点：

1） 符号运算以推理解析的方式进行，计算的结果不受计算累计误差影响。 2） 符号运算可以得出完全正确的封闭解和任意精度的数值解。 3） 符号计算命令调用简单。 4）符号计算所需要的时间较长。 2.符号变量和符号表达式：

1)符号变量的三种创建方法：sym(‘’),syms x, 'x' 2)符号表达式的创建:f=sym('a*x^2+b*x+c') 3）符号运算 函数

symadd(a,b) symsub(a,b) symmul(a,b) symdiv(a,b) sympow(a,n) numden(f) numeric(f) compose(f(x),g(x)) sym2poly(f) poly2sym(c)

3.微积分：

对f=sym('a*x^3+x^2-b*x-c')中的各变量分别求微分和积分。 ans1=diff(f,'x') %f对x求一节微分 ans2=diff(f,'a' ) %f对a求一节微分 ans3=diff(f,2) %f对x求二节微分 ans4=diff(f,'a',2) %f对a求二节微分 ans5=int(f,'x') %f对x求一节积分 ans6=int(f,'a') %f对a求一节积分 ans7=int(f,'a',2) %f对a求二节积分 3. 方程求解： 1） 代数方程的求解：

solve('eqn','v') %求方程关于指定变量v的解 solve('eqn1','eqn2',...'v1','v2',...) %方程组关于指定变量解

功能

完成a、b的符号加法 完成a、b的符号减法 完成a、b的符号乘法 完成a、b的符号除法 完成a的n次方运算

将f从有理数形式转变成分子与分母形式 将f以数值式（其中f中不能含有任何符号变量）

将f(x),g(x)复合成f(g(x))形式 提取f中多项式系数并以向量形式表示 转换多项式系数向量c为符号多项式

2） 微分方程的求解：

dsolve('eqn','cond','v') %求解微分方程 dsolve('eqn1,eqn2,...','cond1,cond2...','v1,v2...') %求解微分方程 4. 符号积分变换： 1）Fourier变换:

F=fourier(f,t,w) %求以t为符号变量f的fourier变换F f=ifourier(F,w,t) %求以w为符号变量的F的fourier反变换f 2)Laplace变换：

F=laplace(p,t,s) %求以t为变量f的Laplace变换F f=ilaplace(F,s,t) %求以s为变量的F的Laplace反变换f 3)Z变换：

F=ztrans(f,n,z) %求以n为变量的f的Z变换F f=iztrans(F,z,n) %求以z为变量的F的z变换f

四、MATLAB数值运算：

MATLAB的产生是由矩阵运算推出的，因此矩阵和数组运算是MATLAB最基本最总要的功能。MATLAB定义了多种基本的数据类型，包括整型、浮点型、字符型和逻辑星等，用户甚至可以定义自己的数据类型。MATLAB内部的任何数据类型，都是按照数组的形式进行存储和运算的。

1． 矩阵（数组）的构造： 构造以下矩阵A,B

A=[1,2,3,4;5,6,7,8;9,10,11,12;13,14,15,16] B=[1,5,9,13;2,6,10,14;3,7,11,15;4,8,12,16] 2.矩阵（数组）运算： 1）加减运算：

>> C=A+B,D=A-B,E=A+B（同左） 2）乘除运算：

>> F=A*B,G=A/B（>>F= A.*B,G=A./B） 3） 乘方运算：

>> ans=A^2(>>ans=A.^2)

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