虛擬儀器應用技術(shù)

虛擬儀器應用技術(shù)

1有關(guān)信息教師：吳恩啟Email:課件下載及信息發(fā)布：

密碼：vi2008

作業(yè)上傳：教材：Matlab7.0編程基礎LabView8.2基礎教程學分：２學分

總學時數(shù)：學時（上課12,上機和試驗20）上課時間：周二5-6節(jié)上課地點：3-2132023-06-032課程主要內(nèi)容第一章：MATLAB入門第二章：圖形與可視化第三章：Simulink仿真第四章：Labview1第五章：Labview2第六章：Labview32023-06-033第一章MATLAB入門2023-06-034主要內(nèi)容1.1MATLAB簡介1.2MATLAB的變量與函數(shù)1.3矩陣運算1.4M文件1.5多項式運算1.6控制語句與邏輯運算1.7曲線擬合與插值1.8符號運算2023-06-0351.MATLAB的概況MATLAB是Matrix

Laboratory。

功能具備卓越的數(shù)值計算能力專業(yè)水平的符號計算文字處理-Notebook可視化建模仿真實時控制1.1MATLAB簡介2023-06-0361.MATLAB的概況MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來解算問題要比用C,FORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多.MATLAB包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox).工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包.功能工具包用來擴充MATLAB的符號計算,可視化建模仿真,文字處理及實時控制等功能.學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包,控制工具包,信號處理工具包,通信工具包等都屬于此類1.1MATLAB簡介2023-06-0372.MATLAB產(chǎn)生的歷史背景

在70年代中期,CleveMoler博士和其同事在美國國家科學基金的資助下開發(fā)了調(diào)用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序庫.EISPACK是特征值求解的FOETRAN程序庫,LINPACK是解線性方程的程序庫.在當時,這兩個程序庫代表矩陣運算的最高水平.到70年代后期,身為美國NewMexico大學計算機系系主任的CleveMoler,在給學生講授線性代數(shù)課程時,想教學生使用EISPACK和LINPACK程序庫,但他發(fā)現(xiàn)學生用FORTRAN編寫接口程序很費時間,于是他開始自己動手,利用業(yè)余時間為學生編寫EISPACK和LINPACK的接口程序.CleveMoler給這個接口程序取名為MATLAB,該名為matrix和labotatory兩個英文單詞的前三個字母的組合.

1983年春天,CleveMoler到Standford大學講學,MATLAB深深地吸引了工程師JohnLittle.JohnLittle敏銳地覺察到MATLAB在工程領(lǐng)域的廣闊前景.同年,他和CleveMoler,SteveBangert一起,用C語言開發(fā)了第二代專業(yè)版.這一代的MATLAB語言同時具備了數(shù)值計算和數(shù)據(jù)圖示化的功能.

1984年,CleveMoler和JohnLittle成立了MathWorks公司,正式把MATLAB推向市場,并繼續(xù)進行MATLAB的研究和開發(fā)，推出第一版。1.1MATLAB簡介2023-06-03819851.019862.0（含控制系統(tǒng)工具箱）19883.9

19934.0（含Simulink1.0）告別DOS

19944.2(含simulink2.0)

19975.0

19995.3

20006.0（含Simulink4.0）

20016.1（含Simulink4.1）

20036.520047.0

20077.5（release2007a）20087.6（release2008a）每半年出一新版本每年3月的就是200xa，9月10月出的是200xb1.1MATLAB簡介2023-06-0393.MATLAB特點：起點高1.1MATLAB簡介每個變量代表一個矩陣，它可以有n×m個元素；每個元素都看作復數(shù)，比其它語言優(yōu)越；所有的運算都對矩陣和復數(shù)有效。2023-06-03103.MATLAB特點：起點高人機界面適合科技人員1.1MATLAB簡介語言規(guī)則與筆算式相似：MATLAB的程序與科技人員的書寫習慣相近，因此易寫易讀，易于在科技人員之間交流。矩陣行數(shù)、列數(shù)無需定義：若要輸入一個矩陣，在其它語言編程時必須先定義相應的階數(shù)，而用MATLAB語言則不必有階數(shù)的定義語句，輸入數(shù)據(jù)的行列數(shù)就決定了它的階數(shù)。鍵入算式立即得結(jié)果，無需編譯：MATLAB是以解釋方式工作的，即它對每條語句解釋后立即執(zhí)行。若有錯誤也立即作出反應，便于編程者馬上改正。這都大大減輕了編程和調(diào)試的工作量。2023-06-03113.MATLAB特點：起點高人機界面適合科技人員強大而簡易的作圖功能1.1MATLAB簡介能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動確定坐標繪圖；能在多種坐標系下繪圖；能繪制三維坐標系中的曲線和曲面；可以設置不同顏色、線形、觀看視角等。2023-06-03123.MATLAB特點：起點高人機界面適合科技人員強大而簡易的作圖功能智能化程度高

1.1MATLAB簡介繪圖時自動選擇最佳坐標以及按輸入輸出變量元數(shù)自動選擇算法等；做數(shù)值積分時自動按精度選擇步長；自動檢測和顯示程序出錯的能力強，易于調(diào)試。2023-06-03133.MATLAB特點：起點高人機界面適合科技人員強大而簡易的作圖功能智能化程度高功能豐富，可擴展性強

1.1MATLAB簡介MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴展部分?；静糠职ǎ壕仃嚨倪\算和各種變換，代數(shù)和超越函數(shù)的求解，數(shù)據(jù)處理和傅立葉變換，數(shù)值積分等，可以滿足大學理工科本科的計算需要。擴展部分稱為工具箱。它實際上是用MATLAB的基本語句編成的各種子程序集，用于解決某一方面的專業(yè)問題，或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法。現(xiàn)在已經(jīng)有通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號處理、2023-06-03141.1MATLAB簡介4.MATLAB指令窗界面：p92023-06-03151.1MATLAB簡介4.MATLAB指令窗是用戶和matlab交互的工具，直接運行函數(shù)運算。如計算：7×23，直接輸入7*2^3回車，則輸出計算結(jié)果ans=56使用“↑”可調(diào)出歷史指令，以便重新運算或修改。2023-06-03161.1MATLAB簡介4.MATLAB指令窗通用指令：p15顯示控制：菜單→preferences→commandwindow進行修改標點符號的含義：p172023-06-03171.1MATLAB簡介5.M文件為了替代MATLAB提示符輸入命令語句，可以把命令組寫成文本文件。用戶可以輸入這個文本文件名和它的自變量，文件的命令就會被執(zhí)行。新建M文件工具欄—File->new->M-flie命令窗口：edit打開M文件工具欄—菜單：保存M文件：M文件界面中?建立一個M文件，內(nèi)容f=7*2^3。比較和指令窗的區(qū)別2023-06-03181.1MATLAB簡介6.Matlab工作空間指運行matlab的函數(shù)或指令所生成的所有變量和matlab提供的常量構(gòu)成的空間。比較抽象。打開matlab自動創(chuàng)建，關(guān)閉matlab后自動消失。who：查看當前工作空間變量，只給出變量名；whos：查看當前工作空間變量，給出詳細信息clear：清除工作空間變量。workspace：顯示、編輯變量2023-06-03191.變量命名規(guī)則：區(qū)分大小寫不超過63個字符，超過的字符將被忽略必須字母打頭，不含有空格和標點符號不能和特殊變量重名2.注釋和標點注釋：%后的文字是說明文字，不能被執(zhí)行標點：（；不顯示）（，顯示）要采用英文下的標點3.復數(shù)表示：a+bi;sqrt（－x）其中x為正實數(shù)用real,imag,abs,angle可分別求出復數(shù)的實部,虛部,幅值,相角4.常用數(shù)學函數(shù):p391.2Matlab的變量與函數(shù)2023-06-03201.矩陣表示矩陣用[]表示，元素間用空格或逗號隔開，行用分號隔開A1=[123]A2=[123;456;789]轉(zhuǎn)置A3=A2'2.矩陣大小查詢查詢矩陣的行數(shù)和列數(shù)[m,n]=size(A1)矩陣最大維數(shù)：m=length(A1)元素的查找：

[i,j]=find(A>3)%找出矩陣元素中大于３的元素的位置

K=find(abs(A)>1)%找出A中絕對值大于1的元素3.矩陣的塊操作:元素更改，插入子塊，提取子塊，擴大維數(shù)等1.3矩陣運算2023-06-03214.矩陣運算加減：相加減的矩陣的行數(shù)和列數(shù)應該都相等乘:

A*B,%A的列數(shù)應等于B的行數(shù)除：左除A\B,B為方矩陣,AB的列數(shù)相等右除A/B,A為方矩陣,AB的行數(shù)相等1.3矩陣運算小竅門：如何修改matlab默認路徑？右鍵點擊桌面程序快捷圖標，選擇屬性，在起始位置上輸入新的默認路徑EX1:matrix_cal.m2023-06-03225.解方程組

寫成矩陣形式AX=B左除求解：X=A\B1.3矩陣運算EX2:equation.m2023-06-03231.多項式的表示：P(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e表示為p=[abcde]2.求根及逆運算

r=roots(p)p=poly(r)3.加、減、乘P1+p2,p1-p2,conv(p1,p2)4.微分

polyder(p)EX3:ploy-cal.m1.5多項式運算2023-06-03241.循環(huán)語句：1)for…(循環(huán)變量)end以固定的次數(shù)求一組命令的值，滿足次數(shù)才結(jié)束。2)while以不定次數(shù)求一組命令的值，滿足給定的條件就結(jié)束。2.條件語句：

if….end；if…else…end滿足條件就執(zhí)行命令1.6控制語句與邏輯運算2023-06-03253.關(guān)系運算

>,<，>=,<=,==4.邏輯運算＆（與），｜（或），～（非）5.字符運算字符串用單引號括起來字符串轉(zhuǎn)換函數(shù)：p142表5-1Ex4:計算contol-cal.m1.6控制語句與邏輯運算2023-06-03261.曲線擬合：在大量的應用領(lǐng)域中，人們經(jīng)常面臨用一個解析函數(shù)描述數(shù)據(jù)(通常是測量值)的任務。為了解決這個問題人們設法找出某條光滑曲線，它最佳地擬合數(shù)據(jù)，但不必要經(jīng)過任何數(shù)據(jù)點。多項式函數(shù)擬合：a=polyfit(xdata,ydata,n)

其中n表示多項式的最高階數(shù)，xdata，ydata為將要擬合的數(shù)據(jù)，它是用數(shù)組的方式輸入．輸出參數(shù)a為擬合多項式的系數(shù)多項式在x處的值y可用下面程序計算

y=polyval(a,x)

Ex5:fit-cal1.7曲線擬合與插值2023-06-03272.插值：在離散數(shù)據(jù)之間補充一些數(shù)據(jù),使這組離散數(shù)據(jù)能夠符合某個連續(xù)函數(shù)一維插值：對一個自變量的插值

interp1(x,y,xi,’method’)

x,y:給定的數(shù)組xi：要插值的位置method：nearest（臨近點插值）,Linear(線性－缺省),Spline(三次樣條),Cubic(立方插值)Ex6:interp_cal_11.7曲線擬合與插值運算時間

占用計算機內(nèi)存

光滑程度

快

少

差稍長

較多

稍好最長

較多

最好較長

多

較好2023-06-03282.插值：在離散數(shù)據(jù)之間補充一些數(shù)據(jù),使這組離散數(shù)據(jù)能夠符合某個連續(xù)函數(shù)二維插值：對兩個自變量的插值，用于圖形圖象處理和三維曲線擬合等領(lǐng)域

interp2(x,y,z,xi,yi,’method’)method:nearest,linear,spline,cubic立方插值法，利用三次多項式函數(shù)作插值樣條插值法，利用分段三次多項式函數(shù)作插值，Ex7:interp-cal_2Ex8:interp-cal_31.7曲線擬合與插值2023-06-0329功能：多項式積分、微分，求解代數(shù)方程式等符號運算與數(shù)值運算的區(qū)別

數(shù)值運算中必須先對變量賦值，然后才能參與運算。

符號運算無須事先對獨立變量賦值，運算結(jié)果以標準的符號形式表達。1.8符號運算2023-06-03301.符號表達式：包括數(shù)字、代數(shù)或有理運算和符號變量的字符串，它不需要有預先確定的值就可以參與運算。

y=sym(’cos(x)’)%聲明符號表達式

y=sym(2)%聲明符號常量

y=sym(’x^2-9=0’)%聲明符號方程

符號常量：數(shù)字及運算f=sym(‘3*3’)y=single(f)%將符號表達式轉(zhuǎn)換為單精度數(shù)值y=double(f)%將符號表達式轉(zhuǎn)換為雙精度數(shù)值

符號變量：如果不做指定，一般將x或在字母表中靠近x的字符默認為字符變量（i,j除外），

指定arg為變量：Syms

arg1.8符號運算2023-06-03312.符號表達式運算提取分子分母：[n,d]=numden(f)代數(shù)運算：加symadd(f1,f2),減symsub(f1,f2),乘symmul(f1,f2),除symdiv(f1,f2),冪sympow(f1,f2)高級運算：復合compose(f(x),g(x))