MATLAB讲座081031

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1、MATLABMATLAB讲座讲座-08-10-31-08-10-31能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座What?lMATLABMATrix LABoratory 矩阵实验室Tools能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座Who?？能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座Difficult or Easy?lDOS OR WindowslCode or No CodeDemo能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工

2、程系研究生科协讲座研究生科协讲座How to do?lBooklHelpTry it能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座InstalllMatlab 7.0lMatlab 2008a能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座Result能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座DEMOl magic 魔方矩阵l Traveling salesman(Other Demo)lFour Cylinder IC Engine(with VR sc

3、ene)(Simulink-SimMechanics)能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座一、MATLAB 简介lMATLAB是由MathWorks公司于1984年推出的一种功能非常强大的科学计算软件。lMATLAB源于MATrix LABoratory一词,原意为矩阵实验室。l该软件集数值分析、矩阵运算、信号处理和数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。lMATLAB目前的最新版本为MATLAB 2008b能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研

4、究生科协讲座一、MATLAB 简介l数学和计算l算术发展模型l模拟和原型l数据分析、开发和可视化l科学和工程图学l应用发展包括图形用户界面设计 MATLAB主要应用功能有：能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座MATLAB语言主要特点：1.功能强大2.语言简单 3.扩充能力强,可开发性强 4.编程容易,效率高 一、MATLAB 简介 能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座一、MATLAB 简介 能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座主

5、要的构成部分1.MATLAB语言2.MATLAB工作环境3.MATLAB图形系统4.MATLAB的数学的函数库5.MATLAB的数学的函数库能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座1.MATLAB语言 高阶的矩阵/数组语言,带控制流动陈述，函数，数据结构，输入/输出，而且面向目标的编程特点。能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座2.MATLAB工作环境l MATLAB用户或程序编制员的一套工具和设施。MATLAB主窗口 命令窗口(Command Window)历史窗口(Command Hi

6、story)当前目录窗口(Current Directory)工作空间管理窗口(Workspace)交互界面分类目录窗口(Launch Pad)等。能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座MATLAB 简介 MATLAB工作界面能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座3.MATLAB图形系统l2维、3维的数据可视化，图象处理，动画片制作和表示图形包括高阶的指令在内。l允许构建完整的图形用户界面(GUIs)MATLAB应用能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科

7、协讲座研究生科协讲座3维图形lX,Y,Z=peaks(30);lsurfc(X,Y,Z)lcolormap hsvlaxis(-3 3-3 3-10 5)能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座4.MATLAB的数学的函数库l数学和分析的功能elmat 初步矩阵和矩阵操作；elfun 初步的数学函数；specfun 专门的数学函数；matfun 矩阵函数用数字表示的线性的代数；datafun 数据分析和傅立叶变换；polyfun 多项式函数；funfun 功能函数；sparfun 稀少矩阵。能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷

8、与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座5.MATLAB应用程序接口(API)C、VB、Fortran语言DCOM&ActiveX.NetJAVADemo with ExcelVB能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座二、MATLAB工具箱l信号处理(signal processing)l神经网络(neural network)l图像处理(image processing)l鲁棒控制(robust control)l非线性控制系统设计(nonlinear control system design)l系统辨识(system identifi

9、cation)l最优化(optimization)MATLAB工具箱，其中主要有:l模糊逻辑(fuzzy logic)l模型预测控制(model predictive control)l统计(statistics)l高阶频谱分析(higher-order spectral analysis)l地图(map)l通讯(communication)l状态流程图(stateflow)l动态系统建模与仿真软件(Simulink)能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座控制系统工具箱 由美国著名学者John Little和Alan Laub推出的。控制系

10、统工具箱主要用于实现一般的控制系统的建模、设计与分析。它用传递函数和状态方程等形式进行系统建模，包括连续时间系统和离散时间系统。它还提供了各个模型之间的转换、时域和频域的控制系统分析与设计方法。就其功能来说，可以分成以下几个部分：l模型建立与转换l模型降价与实现l时域响应l频域响应l方程求解及系统设计能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座神经网络工具箱 由许多并行运算的功能简单的单元组成，这些单元类似于生物神经系统的单元 神经网络是一个非线性动力学系统，其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。和数字计算机相比，神经网络系统具有集体运算的能

11、力和自适应的学习能力。此外，它还具有很强的容错性和鲁棒性，善于联想、综合和推广主要用于解决下列几类问题：l模式信息处理和模式识别l最优化问题计算l信息的智能化处理l自适应控制l信号处理能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座三、三、Simulink动态系统建模、分析与仿真软件(Simulink)Simulink是MATLAB软件的扩展，它主要用于动态系统的建模、分析与仿真。它与MATLAB的主要区别在于，它与用户交互接口是基于Windows的图形(使用方块图)编程方法。在Simulink中加入了许多MATLAB函数功能。Simulink含有一

12、个庞大的结构方块图模型，包括线性、非线性、离散时间、连续时间、SISO、MIMO 和分级模型等各种模型，用户可以既快又方便地对系统建模，而不必写任何仿真代码，并且Simulink让你在同一个屏幕上进行仿真、显示数据及输出数据和各种图形.能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座三、三、Simulink动态系统建模、分析与仿真软件(Simulink)能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座三、三、Simulink动态系统建模、分析与仿真软件(Simulink)Simulink软件中的实时部件主要

13、用于：实时控制及实时信号处理实时控制及实时信号处理回路硬件仿真回路硬件仿真交互式实时参数整定交互式实时参数整定高速的独立仿真高速的独立仿真能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座Simulink模型一个典型的Simulink模型包括如下三种类型的元素：n信号源模块n被模拟的系统模块n输出显示模块源模块系统模块显示模块SimulinkSimulink模型元素关联图信号源为系统的输入，它包括常数信号源、函数信号发生器（如正弦波和阶跃函数波等）和用户自己在MATLAB 中创建的自定义信号。系统模块作为中心模块是Simulink仿真建模所要解决的主要

14、部分。系统的输出由显示模块接收。输出显示的形式包括图形显示、示波器显示和输出到文件或MATLAB 工作空间中三种。输出模块主要在Sinks 库中。能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座Simulink基本模块连续系统模块 大多数物理系统可以用微分方程进行描述，因此可以用连续系统模拟。最简单的模型是线性模型和定常模型。例如，振动理论中的动力学方程：其中，x为系统的广义坐标列向量，M 为质量矩阵，C 为阻尼矩阵，K 为刚度矩阵，P(t)为外部激励列向量。在SimulinkSimulink中，用来模拟连续系统的基本模块有四个：增义模块，求和模块，

15、微分模块，积分模块。除了这四个基本模块，传递函数模块也经常用来模拟物理系统和控制器能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座Simulink基本模块离散系统模块 离散系统采用差分方程表示。离散信号是一组以采样周期为间隔的离散时间序列。对于大多数的物理系统，信号原本都是在时间上连续的。但在对信号的采集过程中，需要通过传感器等采集工具对信号进行采集，因此最终得到的信号都是以采样周期为时间间隔的离散数据。若原物理系统也用离散数据形式进行描述，则构成了离散时间系统。1.离散增益模块 2.2.离散求和模块 3.3.离散延迟模块 4.4.时间离散积分模块

16、5.5.简单离散系统模型 6.6.离散传递函数模块与连续系统采用的模块相同与连续系统采用的模块相同能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座Simulink基本模块状态空间模块状态空间模块可以起到与传递函数模块相同的作用。所不同的是，状态空间模块允许用户指定初始条件，并且可以共享内部变量。另外，状态空间模块可以用来模拟多输入多输出系统。离散状态空间模块能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座Simulink基本模块能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研

17、究生科协讲座简单供暖系统仿真An Example of Simulink 能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressions syms a b c d3;p=zeros(1,1);q=zeros(1,6);能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressions syms x y e=(1+x)4/(1+x2)+4/(1+x2)

18、e=(1+x)4/(1+x2)+4/(1+x2)pretty(e)4 (1+x)4 -+-2 2 1+x 1+x能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressions simplify(e)数学式化简ans=x2+4*x+5 p=expand(1+x)4)依升幂次展开p=1+4*x+6*x2+4*x3+x4能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座 四、MATLAB数学计算a.symbolic variables

19、 and expressions horner(p)巢状化简ans=1+(4+(6+(4+x)*x)*x)*x factor(a3+b3+c3-3*a*b*c)质因式分解ans=(b+a+c)*(b2-a*b-b*c-a*c+a2+c2)能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressions horner(p)巢状化简ans=1+(4+(6+(4+x)*x)*x)*x factor(a3+b3+c3-3*a*b*c)质因式分解ans=(b+a+c)*(b2-a*

20、b-b*c-a*c+a2+c2)能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressions syms u v w fmv=pi*v*w/(u+v+w)fmv=pi*v*w/(u+v+w)subs(fmv,u,2*v)以u=2*v 代入fmvans=pi*v*w/(3*v+w)能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressions su

21、bs(ans,v,1)以v=1 代入ans=pi*w/(3+w)subs(ans,w,1)以w=1 代入ans=1/4*pi double(ans)ans 0.7854能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressionsf=8019+20412*y+22842*y2+14688*y3+5940*y4+1548*y5+254*y6+24*y7+y8 subs(f,y,x-3)ans=-53217+20412*x+22842*(x-3)2+14688*(x-3)3

22、+5940*(x-3)4+1548*(x-3)5+254*(x-3)6+24*(x-3)7+(x-3)8 collect(ans)ans=x8+2*x6能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressions syms x ezplot(exp(-x*x/2),-5,5);grid;能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressio

23、ns s=taylor(exp(x),8)泰勒展开式s=1+x+1/2*x2+1/6*x3+1/24*x4+1/120*x5+1/720*x6+1/5040*x7能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四、MATLAB数学计算a.symbolic variables and expressions syms r n symsum(r2,1,n)ans=1/3*(n+1)3-1/2*(n+1)2+1/6*n+1/6 factor(ans)ans=1/6*n*(n+1)*(2*n+1)能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程

24、系研究生科协讲座研究生科协讲座 syms z k f=k*cos(z4)f=k*cos(z4)diff(f,z)ans=-4*k*sin(z4)*z3 diff(f,k)ans=cos(z4)b.Symbolic Differentiation四、MATLAB数学计算能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座 syms u v w fmv=u*v*w/(u+v+w)pretty(fmv)u v w -u+v+w d=diff(fmv,u)diff(fmv,v)diff(fmv,w)d=v*w/(u+v+w)-u*v*w/(u+v+w)2,u*w

25、/(u+v+w)-u*v*w/(u+v+w)2,u*v/(u+v+w)-u*v*w/(u+v+w)2 c.Symbolic Partial Differentiation四、MATLAB数学计算能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座 diff(d(3),u)ans=v/(u+v+w)-u*v/(u+v+w)2-v*w/(u+v+w)2+2*u*v*w/(u+v+w)3 pretty(ans)v u v v w u v w -+2-u+v+w 2 2 3 (u+v+w)(u+v+w)(u+v+w)c.Symbolic Partial Diff

26、erentiation四、MATLAB数学计算能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座 syms u f=u2*cos(u)f=u2*cos(u)int(f)ans=u2*sin(u)-2*sin(u)+2*u*cos(u)d.Symbolic Integration四、MATLAB数学计算能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座 不定积分 syms x res=int(exp(-x/2)*cos(100*x),0,2*pi)res=-2/40001*exp(-pi)+2/40001 vpa

27、(res,10)ans=.4783810813e-4d.Symbolic Integration四、MATLAB数学计算能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座 syms t laplace(t4)ans=24/s5 ilaplace(ans)ans=t4e.Laplace Transform四、MATLAB数学计算能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座 syms z n ztrans(1/4n)ans=4*z/(4*z-1)iztrans(ans)ans=(1/4)nf.Z-Transf

28、orm四、MATLAB数学计算能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座同类数学软件 MaplelMaple V是由Waterloo大学开发的数学系统软件,具有精确的数值处理功能和无以伦比的符号计算功能，支持用户界面开发和网络部署，内置庞大的数学知识和数学求解库。l Maple提供了2000余种数学函数，涉及范围包括：普通数学、高等数学、线性代数、数论、离散数学、图形学。l它还提供了一套内置的编程语言，用户可以开发自己的应用程序。lMaple采用字符行输入方式。（早期）能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲

29、座研究生科协讲座同类数学软件 Maple操操作作基基面面能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座同类数学软件 MathCAD lMathCAD是美国Mathsoft公司推出的一个交互式的数学系统软件。MathCAD是集文本编辑、数学计算、程序编辑和仿真于一体的软件。lMathCAD可以看作是一个功能强大的计算器。lMathCAD的特点：l易学易用-无需 特殊的编程技能 l提高工作效率，节省工程师的 时间并减少错误 l改善关键工程计 算的验证和确认 l推广工程计算的最佳做法和工程计算内容的重复使用 l完整的工程计算文档为遵章守规提供了支持能源与

30、动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座lPTC MathCAD v14 M020 2008年3月l主要运算功能有：代数运算、线性代数、微积分、符号运算、2D和3D图表、动画、函数、程序编写、逻辑运算、变量与单位的定义和计算等。l使用真实的数学语言：方便运算人员设计、回顾、共享自己的工作成果，避免因公式隐藏在单元格或程序语言中而造成的麻烦和错误；能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座行内数值求解和经改进的显式计算l允许用户在一条语句（一行）中定义和求解方程，从而使文档变得简洁并支持标准报告格式。

31、这节省了工作表空间，并改善了工作表的组织和清晰度。通过将变量名称绑定到行内数值求解的结果，增强了现有的显式计算功能。l显式计算允许用户用值来代替方程中的变量，以记录和验证使用了正确的值来计算结果。用户可以利用 Mathcad 14.0 中的增强功能来记录显式计算中的中间方程和结果。显式计算的清晰度得以改善提高了校验、验证和审核工程计算的速度。这一改进为那些将工作表作为设计建议书、标准守规文档或其他正式报告的一部分提交的工程师带来了好处。能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座符号运算l符号向量化、完全求解、新的和经改进的关键字、连分数展式、扩

32、展/分段/重复解。这使用户能够推导公式、演示过程和记录工程推理 l新的梯度运算符和 Jacobian 矩阵。l新的符号功能使向量分析成为可能。这些功能在符号和数值分析中均适用，向量变得更简洁清晰。能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座同类数学软件 MathCAD 操操作作基基面面能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座同类数学软件 Mathematica Mathematica是由美国物理学家Stephen Wolfram领导的Wolfram Research开发的数学系统软件。Mathe

33、matica拥有强大的数值计算和符号计算能力，功能和Maple相似。它的基本系统是用C语言开发的，因而可以比较容易地移植到各种平台上。Mathematica系统所接受的命令都被称作表达式，系统在接受了一个表达式之后就对它进行处理，然后再把计算结果返回。Mathematica对于输入形式有比较严格的规定。能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座同类数学软件 Mathematica 操作基面操作基面能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座四大软件的比较 选用何种数学软件?四大数学软件MathCADMapleMathematicaMATLAB一般的计算或者是普通用户日常使用它的输入界面也特别友好要求计算精度、符号计算和编程方面某些积分、求极限等方面Maple不能处理,Mathematica却能处理进行矩阵方面或图形方面的处理能源与动力工程系制冷与低温工程系能源与动力工程系制冷与低温工程系研究生科协讲座研究生科协讲座MATLAB欢迎联系 谢军龙 博士结束结束