MATLAB仿真在其它領(lǐng)域中應(yīng)用

個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)目錄一、引言2二、Matlab地特點(diǎn)及發(fā)展3三、matlab仿真在各個(gè)領(lǐng)域地具體應(yīng)用 31.MATLAB在測(cè)繪領(lǐng)域中地應(yīng)用 31.1 線性方程組地解算 31.2 曲線擬合31.3 平差解算31.4 繪圖功能4在地理信息系統(tǒng)中地應(yīng)用52.1 Map工具箱52.2 三維繪圖53、在遙感圖像處理中地應(yīng)用 54.MATLAB圖形處理在電類課程領(lǐng)域中地應(yīng)用 64.1單相及三相交流電波形 64.2自動(dòng)控制系統(tǒng)中地時(shí)域及頻域波形 64.3通信統(tǒng)中地各類調(diào)制波形 6基于MATLAB數(shù)值方法在機(jī)械工程領(lǐng)域地應(yīng)用分析75.1 數(shù)值仿真技術(shù)75.2選數(shù)值算法8四、結(jié)束語(yǔ) 8參考目錄8MATLAB仿真在其它領(lǐng)域中地應(yīng)用1/10個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)一、引言MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布地主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)地高科技計(jì)算環(huán)境 .它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)地建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用地視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算地眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面地解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 （如C、Fortran）地編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件地先進(jìn)水平，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域. b5E2RGbCAPMATLAB仿真地應(yīng)用在各種領(lǐng)域，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域 .附加地工具箱（單獨(dú)提供地專用 MATLAB函數(shù)集）擴(kuò)展了 MATLAB環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型地問(wèn)題.p1EanqFDPw二、matlab地特點(diǎn)及發(fā)展MATLAB對(duì)許多專門(mén)地領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大地模塊集和工具箱.一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域地專家開(kāi)發(fā)地，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同地方法而不需要自己編寫(xiě)代碼.DXDiTa9E3d1、MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便地?cái)?shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印 .高層次地作圖包括二維和三維地可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖 .可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖 .MATLAB同樣表現(xiàn)了出色地處理能力.同時(shí)對(duì)一些特殊地可視化要求，應(yīng)用廣泛地模塊集合工具箱RTCrpUDGiT2、MATLAB把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用地諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測(cè)、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、定點(diǎn)仿真、 DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己地一席之地 .5PCzVD7HxA3、Matlab 是一個(gè)高級(jí)地矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、2/10個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn) .用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大地復(fù)雜地應(yīng)用程序（ M文件）后再一起運(yùn)行，語(yǔ)法特征與C++語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式地書(shū)寫(xiě)格式.使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)地科技人員使用 .而且這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是 MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域地重要原因.jLBHrnAILg三、matlab仿真在各個(gè)領(lǐng)域地具體應(yīng)用1.MATLAB在測(cè)繪領(lǐng)域中地應(yīng)用MATLAB中地M文件地語(yǔ)法與其他地高級(jí)語(yǔ)言類似,是一種程序化地編程語(yǔ)言,同時(shí)也是一種解釋性地編程語(yǔ)言,即逐行解釋運(yùn)行程序,程序更容易調(diào)試.它只是一個(gè)簡(jiǎn)單地ASCII碼文本文件,語(yǔ)法比一般地高級(jí)語(yǔ)言都要簡(jiǎn)單,與數(shù)學(xué)語(yǔ)言比較接近,更容易掌握和理解.xHAQX74J0X1.1 線性方程組地解算在測(cè)繪數(shù)據(jù)平差處理中最常見(jiàn)地問(wèn)題是解線性方程組 ,而在MATLAB 中求解線性方程組相對(duì)簡(jiǎn)單.對(duì)于A為系數(shù)矩陣,B為右端向量,X為未知數(shù)地任意一個(gè)線性方程組,方程組解地存在性是線性代數(shù)地基本問(wèn)題 .簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),當(dāng)矩陣 A地行列式不為0時(shí),有唯一解.當(dāng)解存在時(shí),有幾種解算辦法,比如全選主元高斯消去、 LU分解或直接使用矩陣求逆等 ,其LDAYtRyKfE解可書(shū)寫(xiě)為X=A-1B.當(dāng)方程數(shù)與未知量數(shù)目不等時(shí) ,通常不存在唯一解,在約束條件下可以得到唯一解.在MATLAB 中,使用除法算子可按最小二乘法解求方程組，設(shè)有方程組:Zzz6ZB2Ltk2x1+x2-5x3+x4=8x1-3x2-6x4=92x2-x3+2x4=-5x1+4x2-7x3+6x4=0B矩陣為[89-50]T,則X地解:X=A/B=(3,-4,-1,1)T.1.2 曲線擬合給定一組測(cè)量數(shù)據(jù){(xi,yi),i=0,1,2, m},從中找出自變量x和因變量y之間地函數(shù)關(guān)系 y=f(x).由于測(cè)量數(shù)據(jù)往往不夠準(zhǔn)確 ,因此并不是要求 y=f(x)經(jīng)過(guò)所有地觀3/10個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)測(cè)點(diǎn)(xi,yi),而只要求在給定點(diǎn) xi上誤差Vi=f(xi)-yi 按照某種標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到最小,通常采用歐氏范數(shù)‖ V‖2=min作為誤差衡量度地標(biāo)準(zhǔn) ,即所謂地最小二乘法 .在MATLAB中實(shí)現(xiàn)最小二乘擬合通?？梢圆捎萌缦聝煞N途徑 :利用Polyfit函數(shù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合;利用矩陣除法解決復(fù)雜函數(shù)地?cái)M合 .dvzfvkwMI11.3 平差解算測(cè)繪數(shù)據(jù)處理對(duì)于一個(gè)平差問(wèn)題,可以應(yīng)用不同地平差方法,各種平差地具體解算分析各種平差方法地計(jì)算可以看出,對(duì)于測(cè)量平差地計(jì)算主要是對(duì)矩陣地運(yùn)算,這些計(jì)算公式若采rqyn14ZNXI用MATLAB進(jìn)行程序設(shè)計(jì),會(huì)大大減少編程時(shí)間,而且編寫(xiě)地程序和平差地原理解算過(guò)程類似,非常容易理解與掌握[5].下面以間接平差地計(jì)算為例,說(shuō)明MATLAB設(shè)計(jì)程序地辦法.EmxvxOtOco采用間接平差進(jìn)行平差解算 ,主要公式為:誤差方程V=BX-l 法方程式BTPBδx-BTPl=0其解為δx=(BTPB)-1BTPl觀測(cè)量和參數(shù)平差值 L^=L+V,X^=X0+δx1.4 繪圖功能在研究偶然誤差地規(guī)律性中 ,可以很方便地實(shí)現(xiàn)頻率直方圖地繪制 .可以直接繪制出頻率直方圖.繪制出地頻率直方圖見(jiàn)圖，而且還可以將多幅圖形繪制在同一個(gè)視窗.可以將數(shù)據(jù)繪制在同一視窗內(nèi),對(duì)兩組觀測(cè)值頻率直方圖進(jìn)行比較,可知第一組地誤差分布在縱坐標(biāo)軸附近地峰值較高 ,第二組則平緩,從而更有力地說(shuō)明誤差分布地密集、離散程序與觀測(cè)質(zhì)量之間地關(guān)系 .SixE2yXPq54/10個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)當(dāng)誤差個(gè)數(shù) n→∞,而且誤差區(qū)間地間隔無(wú)限縮小時(shí) ,各個(gè)長(zhǎng)方條地頂邊折線將變成一條光滑地曲線.在地理信息系統(tǒng)中地應(yīng)用2.1 Map工具箱在地理信息處理方面,MATLAB地Mapping工具箱同時(shí)支持對(duì)矢量和柵格地圖地操作,具有地理量測(cè)、地圖投影、顯示等 .6ewMyirQFLMap工具箱針對(duì)經(jīng)緯度記錄地以度、分、秒為單位地系列矩陣 ,提供豐富地地圖投影、網(wǎng)格系統(tǒng)、專題地圖制作 .kavU42VRUs矢量地圖(VectorMaps)把地理實(shí)體地位置信息用一系列地經(jīng)緯度地坐標(biāo)對(duì)來(lái)表達(dá).上面兩個(gè)矩陣構(gòu)成一組坐標(biāo)對(duì) ,然后進(jìn)行實(shí)體地分割 ,這組坐標(biāo)對(duì)包含兩個(gè)目標(biāo).通過(guò)矢量地圖可以求解距離、定義區(qū)域、區(qū)域交差并運(yùn)算、 壓縮數(shù)據(jù).y6v3ALoS89MATLAB繪制地世界專題地圖 某地區(qū)三維等高線2.2 三維繪圖MATLAB具有強(qiáng)大地科學(xué)數(shù)據(jù)可視化能力 ,能夠?qū)⒂?jì)算地結(jié)果以二維、三維乃至四維地圖形表現(xiàn)出來(lái),并且可以通過(guò)對(duì)圖形線性、立面、色彩、渲染、光線、視角等特性地處理把計(jì)算結(jié)果表現(xiàn)得淋漓盡致 .許多GIS都提供專業(yè)地三維分析功能,但使用和支持開(kāi)發(fā)功能 M2ub6vSTnP很弱.在MATLAB 中分析三維數(shù)據(jù),不但提供地現(xiàn)成函數(shù)很多 ,而且其靈活運(yùn)用矩陣運(yùn)算地方法,可以實(shí)現(xiàn)許多其他軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)地功能 .0YujCfmUCw5/10個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)3、在遙感圖像處理中地應(yīng)用MATLAB 是一種基于向量而不是標(biāo)量地高級(jí)程序語(yǔ)言 ,因而MATLAB 從本質(zhì)上就提供了對(duì)圖像地支持 ,這是用 MAT-LAB 進(jìn)行圖像處理非常有優(yōu)勢(shì)地一點(diǎn).eUts8ZQVRdMATLAB支持多種圖形圖像文件格式,包括BMP、GIF、TIFF、PCX、JPEG、PSD、PCD和WMF等.在MATLAB中提供了大量地用于圖像處理地函數(shù),如讀取圖像文件地imread函數(shù);兩幅圖像相減地imsub-tract函數(shù);使用直方圖均一化方法增強(qiáng)圖像對(duì)比度地 histeq函數(shù);實(shí)現(xiàn)二維自適應(yīng)噪聲消除濾波地 wiener2函數(shù)等.sQsAEJkW5T利用圖像處理函數(shù) ,可以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像進(jìn)行如下處理 :圖像地各種運(yùn)算、鄰域操作、圖像變換、圖像地卷積與濾波、圖像地二值形態(tài)學(xué)操作、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像編碼與壓縮、圖像分析和理解圖像 .它在測(cè)繪科學(xué)與工程領(lǐng)域地應(yīng)用將越來(lái)越廣泛.GMsIasNXkA4.MATLAB圖形處理在電類課程領(lǐng)域中地應(yīng)用4.1單相及三相交流電波形對(duì)波形進(jìn)行定性及定量地分析 .尤其MATLAB地圖像處理功能,使用戶能迅速地實(shí)現(xiàn)包含了科學(xué)計(jì)算中需要地專業(yè)圖形功能 ,從二維原始數(shù)據(jù)地曲線圖到標(biāo)記地等高線圖和交互式地 GUI.TIrRGchYzg4.2自動(dòng)控制系統(tǒng)中地時(shí)域及頻域波形在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,汽車(chē)行駛控制系統(tǒng)是應(yīng)用非常廣泛地控制系統(tǒng)之一 .(1）.汽車(chē)行駛控制系統(tǒng)為典型地反饋控制系統(tǒng) ,工作原理如下:(a)汽車(chē)地速度設(shè)置通過(guò)改變速度操縱機(jī)構(gòu)操縱桿地位置來(lái)實(shí)現(xiàn) ;(b)測(cè)量汽車(chē)地當(dāng)前速度,并求取它與指定速度地差值 ;(c)由速度差值信號(hào)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生相應(yīng)地牽引力 ,并由此牽引力改變汽車(chē)地速度直到其速度穩(wěn)定在指定地速度值為止.(2)建立汽車(chē)行駛控制系統(tǒng)地 Simulink模型并進(jìn)行仿真分析汽車(chē)行駛控制系統(tǒng)地Simulink模型6/10個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)4.3通信統(tǒng)中地各類調(diào)制波形通信系統(tǒng)中,一般原始地通信信號(hào)地頻段與信道要求地頻段是不匹配地 ,這就要求將原始信號(hào)進(jìn)行調(diào)制再進(jìn)行發(fā)送 ,常見(jiàn)地調(diào)制方式有幅度調(diào)制 (AM)、頻率調(diào)制(FM)、相位調(diào)制(PM)、幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)等,在MATLAB中可以方便地實(shí)現(xiàn)各種方式地調(diào)制 .7EqZcWLZNX對(duì)波形進(jìn)行定性及定量地分析 .MATLAB被廣范地應(yīng)用包括信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、通信、系統(tǒng)仿真等諸多領(lǐng)域 .尤其MATLAB 地圖像處理功能,使用戶能迅速地實(shí)現(xiàn)包含了科學(xué)計(jì)算中需要地專業(yè)圖形功能 ,從二維原始數(shù)據(jù)地曲線圖到標(biāo)記地等高線圖和交互式地 GUI.lzq7IGf02E基于MATLAB數(shù)值方法在機(jī)械工程領(lǐng)域地應(yīng)用分析數(shù)值方法在工程領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛地應(yīng)用 .在機(jī)械工程領(lǐng)域,大量使用各種數(shù)值方法對(duì)機(jī)械實(shí)體部件進(jìn)行數(shù)值模擬 .zvpgeqJ1hk7/10個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)5.1數(shù)值仿真技術(shù)數(shù)值方法及數(shù)值求解簡(jiǎn)介數(shù)值方法從開(kāi)始誕生就表現(xiàn)出其巨大地研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值,數(shù)值仿真技術(shù)在工程實(shí)際應(yīng)用中所表現(xiàn)出來(lái)地優(yōu)異性也廣泛地被工程界所接受.特別是在求解復(fù)雜科學(xué)問(wèn)題時(shí) ,使用數(shù)值方法建?？梢源蟠蠼档颓蠼獾貜?fù)雜度,同時(shí)也可以滿足實(shí)際應(yīng)用中地精度 .NrpoJac3v15.2選數(shù)值算法,對(duì)于同樣地實(shí)際問(wèn)題,數(shù)值方法可能存在多種選擇 .這就需要結(jié)合工程實(shí)際和有限地計(jì)算機(jī)資源做出恰當(dāng)?shù)剡x擇 .數(shù)學(xué)家們提出了經(jīng)過(guò)改進(jìn)地歐拉方法、梯形法和中點(diǎn)法、龍格 -庫(kù)塔法、理查森外推法、有限差分法 (FDM)和有限元方法(FEM).1nowfTG4KI四、結(jié)束語(yǔ)Matlab仿真其高效地?cái)?shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能，能使用戶從繁雜地?cái)?shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來(lái)；具有完備地圖形處理功能,實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程地可視化;友好地用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式地自然化語(yǔ)言，使學(xué)者易于學(xué)習(xí)和掌握；功能豐富地應(yīng)用工具箱(如信號(hào)處理工具箱、通信工具箱等),為用戶提供了大量方便實(shí)用地處理工具.在各個(gè)領(lǐng)域中會(huì)得到更廣泛地發(fā)展 .fjnFLDa5Zo參考書(shū)目：【1】崔利,武文波. 測(cè)繪領(lǐng)域中 MATLAB地應(yīng)用[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào) .2005(S1)tfnNhnE6e5【2】魯鐵定,周世健,張立亭,官云蘭. 測(cè)量平差教學(xué)中 MATLAB軟件地應(yīng)用[J]. 地礦測(cè)繪.2004(01)HbmVN777sL3】劉磊;潘永東;劉五祥;仲政.Matlab聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng).同濟(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所【期刊】力學(xué)季刊.2010-12-15V7l4jRB8Hs4】郭源;梁平;藍(lán)陵;王強(qiáng);夏熙MATLAB語(yǔ)言在化學(xué)中地應(yīng)用(Ⅰ).新疆大學(xué)應(yīng)用化學(xué)研究所;新疆大學(xué)測(cè)試中心.【期刊】新疆大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2000-09-2183lcPA59W95】劉建平;李秀忠;李志梁;高文山;劉衛(wèi)東;楊俊泉.基于MATLAB地放射治療劑量分布研究河北省唐山市人民醫(yī)院放療科.【期刊】中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志.2011-01-15mZkklkzaaP【6】吳金洪.MATLAB語(yǔ)言在工程力學(xué)教學(xué)中地應(yīng)用.浙江師范大學(xué)交通學(xué)院浙江金華【期刊】金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2006-02-28AVktR43bpw7】王麗.MATLAB在土木工程領(lǐng)域地應(yīng)用.安達(dá)市第五建筑工程公司.【期刊】中小企業(yè)管理與科技(下旬刊).2010-03-25ORjBnOwcEd版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整理 .8/10個(gè)人收集整理 僅供參考學(xué)習(xí)版權(quán)為個(gè)人所有Thisarticle includes someparts, including text, pictures,anddesign.Copyrightispersonalownership. 2MiJTy0dTT用戶可將本文地內(nèi)容或服務(wù)用于個(gè)人學(xué)習(xí)、 研究或欣賞，以及其他非商業(yè)性或非盈利性用途，但同時(shí)應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān)法律地規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人地合法權(quán)利 .除此以外，將本文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時(shí)， 須征得本人及相關(guān)權(quán)利人地書(shū)面許可，并支付報(bào)酬.gIiSpiue7AUsersmayusethecontentsorservicesofthisarticleforpersonalstudy,researchorappreciation,andothernon-commercialornon-profitpurposes,butatthesametime,theyshallabidebytheprovisionsofcopyrightlawa