《MATLAB7 基礎(chǔ)教程》課件第1章

1.1MATLABR2007a簡(jiǎn)介1.2桌面工具與開(kāi)發(fā)環(huán)境1.3編輯/調(diào)試器1.4幫助系統(tǒng)

MATLABR2007a版本對(duì)R2006b版本的MATLAB與Simulink進(jìn)行了更新，并且還對(duì)其他82項(xiàng)產(chǎn)品進(jìn)行了更新和錯(cuò)誤修正。R2007a還增加了對(duì)基于Intel的Mac、WindowsVista及64位SunSolarisSPARC平臺(tái)的支持。

MATLAB產(chǎn)品系列包括以下新功能：

●支持多核或多處理器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主要MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)的多線(xiàn)程計(jì)算；

●通過(guò)分布式計(jì)算工具箱，可同時(shí)在四個(gè)MATLAB會(huì)話(huà)中運(yùn)行并行算法；

●在統(tǒng)計(jì)工具箱中提供新的分類(lèi)和數(shù)據(jù)集數(shù)組；1.1MATLABR2007a簡(jiǎn)介●定點(diǎn)工具箱使C語(yǔ)言的編譯速度加快；

●在控制系統(tǒng)工具箱中實(shí)現(xiàn)帶延遲控制環(huán)路的精確建模與分析；

●通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)工具箱生成非線(xiàn)性模型；

●支持遺傳算法和直接查找工具箱中的模擬退火算法。

Simulink產(chǎn)品系列中的新功能包括：

●?Simulink、信號(hào)處理模塊庫(kù)、EmbeddedMATLABFunctionBlock、視頻和圖像處理模塊庫(kù)以及Real-Time

Workshop等支持多維信號(hào)；

●改進(jìn)了Real-TimeWorkshopEmbeddedCoder中的代碼效率和MISRA-C支持；

●為SimulinkFixedPoint中定點(diǎn)系統(tǒng)的分析和定標(biāo)提供了新的圖形界面；

●在SimEvents中提供向量和矩陣支持；

●推出一個(gè)新的多疇物理建模產(chǎn)品Simscape。1.1.1MATLAB的新版本特性

MATLABR2007a包含MATLAB7.4和Simulink6.6的更新。本小節(jié)將對(duì)這些更新做詳細(xì)的介紹。

1．MATLAB7.4

1)開(kāi)發(fā)環(huán)境

●編輯器中增強(qiáng)了分隔符匹配，包括語(yǔ)言構(gòu)造如for、if和switch；

●能夠自動(dòng)整理編輯器中的M-Lint警告信息子集；●增強(qiáng)Windows和Linux平臺(tái)上的桌面工具管理，包括最大化和隱藏工具的功能；

●支持?jǐn)?shù)組編輯器中的撤消和重復(fù)操作，以及用于交互式操作的即時(shí)更正；

●在未評(píng)估代碼時(shí)也能夠發(fā)布M代碼函數(shù)；

●能夠從WindowsExplorer中將MATLAB文件打開(kāi)到已經(jīng)正在運(yùn)行的MATLAB；

●當(dāng)前版本的幫助瀏覽器搜索結(jié)果中也包括了演示。

2)語(yǔ)言和編程

●新的inputParser類(lèi)，使得解析和驗(yàn)證M文件函數(shù)輸入?yún)⒘扛鼮槿菀祝?/p>

●新的assert函數(shù)，如果條件不是真，則發(fā)出錯(cuò)誤，允許代碼內(nèi)建測(cè)試；

●新的verLessThan函數(shù)，可檢查MATLAB的版本，讓用戶(hù)更容易地編寫(xiě)在多個(gè)版本中運(yùn)行的代碼；

●將參量編號(hào)到格式化字符串函數(shù)(例如sprintf)，無(wú)需在如轉(zhuǎn)換等應(yīng)用程序中對(duì)參數(shù)進(jìn)行重新排序。

3)數(shù)學(xué)

●新的bsxfun函數(shù)，為需要單個(gè)擴(kuò)展的二進(jìn)制運(yùn)算實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單的代碼編寫(xiě)和更高的性能；

●新的ilu函數(shù)，用于執(zhí)行不完全LU因數(shù)分解，以作為稀疏迭代方法的預(yù)調(diào)節(jié)器。

4)文件I/O和外部接口

●?textscan函數(shù)新的CollectOutput選項(xiàng)，用于自動(dòng)搜集單個(gè)數(shù)組中相同數(shù)據(jù)類(lèi)型的值；

●能夠程序化連接到一個(gè)COMAutomation服務(wù)器的實(shí)例，使用自定義界面創(chuàng)建Automation服務(wù)器，并且充分利用事件界面。

5)性能和大數(shù)據(jù)集處理

●支持多個(gè)線(xiàn)性代數(shù)和元素方式數(shù)值運(yùn)算的多線(xiàn)程計(jì)算，可以在多核和多處理器系統(tǒng)上提升性能；

●所有平臺(tái)上的優(yōu)化基本線(xiàn)性代數(shù)子程序(BLAS)庫(kù)的版本得到升級(jí)；

●提升WindowsXP64位平臺(tái)的性能；

●對(duì)于Solaris，支持64位MATLAB，允許處理更大的數(shù)據(jù)集。

2．Simulink6.6

1)多維信號(hào)支持

●對(duì)創(chuàng)建、使用和記錄二維以上的信號(hào)的模型提供仿真和代碼生成支持；

●用于處理多維信號(hào)PermuteDimensions和Squeeze模塊；

●增強(qiáng)Assignment、Selector、Concatenate以及其他模塊的功能以支持二維以上的信號(hào)。

2)大型建模

●配置集引用可在模型引用層次中的模型之間共享配置集；

●模型引用現(xiàn)在支持非零仿真起始時(shí)間；

●提供可以刪除子系統(tǒng)或模型內(nèi)容，以及在子系統(tǒng)和模型之間復(fù)制內(nèi)容的實(shí)用函數(shù)；

●提供狀態(tài)日志和模型線(xiàn)性化命令中的狀態(tài)名支持；

●提供識(shí)別模型所需的文件以及能將其壓縮成zip文件的工具；●新增模塊、模型指導(dǎo)器檢查以及實(shí)用函數(shù)，用于檢測(cè)作為向量的總線(xiàn)，并自動(dòng)將這些總線(xiàn)轉(zhuǎn)化為向量；

●新的警告，用于指示在Simulink中載入模型時(shí)，另一個(gè)程序已經(jīng)改變了磁盤(pán)上的模型文件；

●新的警告，用于指示在MATLAB路徑上存在具有相同名稱(chēng)的多個(gè)模型或模塊庫(kù)；

●模塊回調(diào)，用于在Simulink復(fù)制或刪除模塊之前執(zhí)行自定義代碼。

3)?MATLAB語(yǔ)言的支持功能

●增強(qiáng)的嵌入式MATLAB函數(shù)模塊，支持多維信號(hào)、幀信號(hào)、函數(shù)句柄和31種額外標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)；

●新增命令行功能以檢查現(xiàn)有M函數(shù)是否符合嵌入式MATLAB子集，從而便于它們作為嵌入式MATLAB函數(shù)包含在Simulink和Stateflow中。

4)嵌入式軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

●改進(jìn)的MISRA-C，支持生成子系統(tǒng)、圖和靜態(tài)庫(kù)文件；

●增強(qiáng)LegacyCodeTool，支持向量和復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)類(lèi)型工作；

●能夠控制模型的階躍函數(shù)原型；

●更高效的代碼，用于實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)和寬信號(hào)運(yùn)算；

●支持通過(guò)封裝參數(shù)傳遞混合數(shù)據(jù)類(lèi)型對(duì)象。

5)增強(qiáng)的可用性

●改進(jìn)模型指導(dǎo)器，用于導(dǎo)航檢查和顯示狀態(tài)；

●端口名稱(chēng)顯示選項(xiàng)，用于顯示子系統(tǒng)模塊的信號(hào)名稱(chēng)和對(duì)應(yīng)端口模塊的端口號(hào)；

●由模型瀏覽器顯示的對(duì)象屬性的自定義更為方便。1.1.2MATLAB的新產(chǎn)品概況

1．新增的產(chǎn)品

MATLABR2007a新增了LinkforCadenceIncisive和Simscape兩個(gè)新產(chǎn)品。LinkforCadenceIncisive提供了一個(gè)協(xié)同仿真接口，將MATLAB/Simulink專(zhuān)用集成電路(ASIC)的設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的開(kāi)發(fā)的硬件設(shè)計(jì)流程集成在一起，在MATLAB/Simulink與Cadence設(shè)計(jì)系統(tǒng)的Incisive平臺(tái)仿真器之間建立了一個(gè)雙向的鏈接。利用LinkforCadenceIncisive能夠?qū)崿F(xiàn)在MATLAB/Simulink之中驗(yàn)證HDL的設(shè)計(jì)。它提供了Verilog語(yǔ)言的協(xié)同仿真支持，并通過(guò)Verilog模塊提供了VHDL語(yǔ)言與混和語(yǔ)言的協(xié)同仿真支持。

LinkforCadenceIncisive的主要特性如下：

●?支持Verilog語(yǔ)言；

●?Simulink模型與一個(gè)或多個(gè)Incisive仿真器相結(jié)合；

●?MATLAB測(cè)試臺(tái)功能，允許使用MATLAB代碼來(lái)對(duì)HDL代碼進(jìn)行仿真和檢查；

●?MATLAB組件功能，允許使用MATLAB代碼的仿真來(lái)替換那些并不是在HDL內(nèi)編寫(xiě)的代碼實(shí)體；

●可選擇的MATLAB/Simulink和Incisive之間的通信模式，為用戶(hù)提供了共享內(nèi)存(面向快速性能)和TCP/IPSockets(面向多功能)；●交互式或批處理方式協(xié)同仿真、調(diào)試、測(cè)試以及MATLAB中產(chǎn)生的HDL代碼的驗(yàn)證。

Simscape是在Simulink基礎(chǔ)上的擴(kuò)展工具模塊，用于實(shí)現(xiàn)多疇物理系統(tǒng)的建模和仿真。Simscape可以模擬如機(jī)械、電氣、液壓以及其他物理學(xué)領(lǐng)域的系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于航空業(yè)、國(guó)防、汽車(chē)業(yè)和工業(yè)裝備制造業(yè)。附帶的物理建模產(chǎn)品可將Simscape擴(kuò)展到更復(fù)雜的液壓系統(tǒng)、三維機(jī)械系統(tǒng)和一維機(jī)械系統(tǒng)的建模。

Simscape的主要特性如下：

●使用統(tǒng)一環(huán)境實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電氣和液壓系統(tǒng)的建模和仿真；

●提供建模所需的模塊庫(kù)和基本數(shù)學(xué)元素；

●提供橋接不同建模域的連接模塊；

●能夠?qū)τ蒘imMechannics、SimDriveline或SimHydraulics創(chuàng)建的模型進(jìn)行編輯和仿真。

2．終止的產(chǎn)品

MATLABR2006b中包含的兩個(gè)產(chǎn)品在MATLABR2007a中已不再存在，它們分別是：

●?EmbeddedTargetforMotorolaHC12；

●?xPCTargetBox。桌面工具與開(kāi)發(fā)環(huán)境能夠幫助用戶(hù)方便地使用MATLAB函數(shù)和文件。本節(jié)將介紹MATLABR2007a的桌面工具與開(kāi)發(fā)環(huán)境。當(dāng)啟動(dòng)運(yùn)行MATLAB時(shí)，最先顯示的是它的桌面，桌面主要由主菜單、工具欄、當(dāng)前路徑、工作區(qū)間、命令窗、歷史命令記錄以及Start菜單組成，如圖1-1所示。1.2桌面工具與開(kāi)發(fā)環(huán)境圖1-1MATLABR2007a主界面1.2.1主菜單

主菜單中的大部分選項(xiàng)功能與Windows標(biāo)準(zhǔn)菜單界面類(lèi)似，本小節(jié)主要介紹默認(rèn)情況下的主菜單。

【File菜單】：

●?ImportData：向工作區(qū)間導(dǎo)入數(shù)據(jù)；

●?SaveWorkspaceAs：將工作區(qū)間變量存儲(chǔ)在一個(gè)MAT文件中；

●?SetPath：設(shè)置搜索路徑；

●?Preferences：環(huán)境設(shè)置。

【Edit菜單】：用于復(fù)制、粘貼文字或文件，與Windows的Edit菜單基本類(lèi)似。

【Debug菜單】：用于設(shè)置程序的調(diào)試。

【Desktop菜單】：用于設(shè)置當(dāng)前窗口的顯示形式，以及打開(kāi)或關(guān)閉某個(gè)窗口，顯示或不顯示某個(gè)工具欄。

【W(wǎng)indow菜單】：用于激活某個(gè)窗口。

【Help菜單】：打開(kāi)全部產(chǎn)品系列幫助文件或打開(kāi)某個(gè)部分的幫助。

【View菜單】：當(dāng)“CurrentDirectory”被激活時(shí)，主菜單上會(huì)增加一個(gè)View菜單，用于設(shè)置當(dāng)前路徑下所要顯示的文件類(lèi)型；當(dāng)“Workspace”被激活時(shí)，主菜單上也會(huì)增加一個(gè)View菜單，用于設(shè)置工作區(qū)間變量的顯示形式。

【Graphics菜單】：當(dāng)“Workspace”被激活時(shí)，主菜單上還會(huì)增加一個(gè)Graphics菜單，用于打開(kāi)繪圖工具來(lái)繪制工作區(qū)間的變量。1.2.2工具欄

工具欄中大部分按鈕(NewM-File、OpenFile、Cut、Copy、Paste、Undo、Redo等)功能與Windows標(biāo)準(zhǔn)工具欄按鈕類(lèi)似，下面主要介紹MATLAB特有的工具欄按鈕。

：打開(kāi)Simulink模塊庫(kù)瀏覽器。

：打開(kāi)圖形用戶(hù)界面設(shè)計(jì)窗口。

：打開(kāi)Profile瀏覽器，用于優(yōu)化程序性能。

：打開(kāi)完全幫助系統(tǒng)。

：設(shè)置文件路徑。1.2.3當(dāng)前路徑

當(dāng)前路徑的訪(fǎng)問(wèn)范圍被限制在由工具欄設(shè)定的根目錄范圍內(nèi)(如F:\)。利用當(dāng)前路徑窗口提供的按鈕可以實(shí)現(xiàn)不同的文件操作。

：進(jìn)入上一級(jí)目錄，最上級(jí)為根目錄。

：在當(dāng)前路徑下新建一個(gè)文件夾。

：在當(dāng)前路徑的文件中查找包含的文件名或文字。

：?jiǎn)螕舭粹o打開(kāi)M-Link代碼檢查報(bào)告，單擊按鈕右側(cè)的下拉按鈕可選擇打開(kāi)不同類(lèi)型的報(bào)告。1.2.4工作區(qū)間

工作區(qū)間窗口下會(huì)顯示現(xiàn)有內(nèi)存中的變量以及變量的各種信息，不同類(lèi)型變量顯示的圖標(biāo)也不同。工作區(qū)間還提供了很多特殊的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變量的操作。

：新建一個(gè)變量，可以打開(kāi)數(shù)組編輯器對(duì)其賦值。

：打開(kāi)數(shù)組編輯器對(duì)選中變量進(jìn)行查看或編輯。

：從硬盤(pán)向工作區(qū)間導(dǎo)入數(shù)據(jù)。

：保存工作區(qū)間的所有數(shù)據(jù)。

：打印工作區(qū)間。

：刪除工作區(qū)間的變量。

：?jiǎn)螕舭粹o繪制選中變量的圖，單擊按鈕右側(cè)的下拉按鈕選擇不同的繪制方式。1.2.5命令窗

MATLAB的命令窗是輸入數(shù)據(jù)、運(yùn)行MATLAB函數(shù)或M文件、顯示結(jié)果的主要工具，它提供了最快捷的操作方式。在命令窗鍵入變量及其取值，就可以創(chuàng)建一個(gè)變量；在命令窗鍵入函數(shù)及其參數(shù)，就可以運(yùn)行該函數(shù)；在命令窗鍵入M文件名或Simulink模型文件名，就可以運(yùn)行該文件。1.2.6歷史命令記錄

歷史命令記錄窗口中顯示的是近期在命令窗下運(yùn)行的命令。綠色注釋為每次啟動(dòng)運(yùn)行MATLAB的日期時(shí)間，可以單擊其左側(cè)的“+”來(lái)顯示該部分或“-”來(lái)隱藏該部分。如果需要查找某個(gè)歷史命令，激活任何一個(gè)歷史命令，然后輸入想要查找的歷史命令名，當(dāng)輸入第一個(gè)字母時(shí)，MATLAB就會(huì)給出提示以幫助用戶(hù)查找。如果需要運(yùn)行某個(gè)歷史命令，雙擊該歷史命令即可。用戶(hù)還可以在命令窗按下“↑”鍵或“↓”鍵來(lái)選擇需要調(diào)入的歷史命令。1.2.7Strat菜單

【Start菜單】：位于MATLAB主窗口的左下角，用于直接打開(kāi)各種MATLAB工具。1.3.1M文件的創(chuàng)建

M文件的創(chuàng)建方法有很多種，可以通過(guò)在主菜單選擇File>New>M-File或在工具欄單擊新建按鈕來(lái)創(chuàng)建，也可以在當(dāng)前路徑窗口下通過(guò)右鍵菜單來(lái)創(chuàng)建，還可以通過(guò)edit命令來(lái)創(chuàng)建。利用工具欄按鈕新建的M文件如圖1-2所示。1.3編輯/調(diào)試器圖1-2MATLAB編輯器界面

MATLAB編輯器標(biāo)題欄下的第一行為主菜單，第二行為工具欄，第三行為單元工具欄。編輯器主菜單的功能與MATLAB主菜單的功能類(lèi)似，但又有如下幾個(gè)特有的功能

菜單：

【Text菜單】：

●執(zhí)行選中的代碼；

●將選中區(qū)域注釋掉或刪除行前的注釋符；

●設(shè)置選中區(qū)域的縮進(jìn)，使程序便于閱讀；

●字母大小寫(xiě)變換。

【Go菜單】：

●將光標(biāo)移動(dòng)到行首或行尾，或移動(dòng)到指定行；

●設(shè)置書(shū)簽或移動(dòng)光標(biāo)到書(shū)簽處。

【Cell菜單】：

●設(shè)置單元模式有效或無(wú)效；

●運(yùn)行當(dāng)前單元或者整個(gè)文件；

●分割單元或插入特殊文本(如單元標(biāo)題、斜體字和公式)。

【Tool菜單】：

●打開(kāi)M-Lint代碼檢查報(bào)告；

●打開(kāi)Profile。

【Debug菜單】：

●程序調(diào)試；

●設(shè)置斷點(diǎn)；

●清除斷點(diǎn)。

工具欄與單元工具欄的基本功能都包含在主菜單中，這里不再重復(fù)介紹。1.3.2M文件的運(yùn)行和調(diào)試

1．M文件的運(yùn)行

M文件的運(yùn)行方式有很多種，可以在命令窗輸入文件名運(yùn)行，也可以在編輯器中通過(guò)Run來(lái)運(yùn)行，還可以選中M文件中全部或部分代碼并執(zhí)行選中部分。

2．M文件的調(diào)試

M文件需要通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)入調(diào)試模式。設(shè)置斷點(diǎn)最簡(jiǎn)單的方法就是單擊該行左邊行號(hào)右側(cè)的“－”，也可以通過(guò)工具欄或Debug菜單來(lái)設(shè)置。

斷點(diǎn)設(shè)置完畢后，單擊Run，程序指針將指向第一個(gè)斷點(diǎn)。之后，step、stepin、stepout等按鈕的狀態(tài)變?yōu)榭捎脿顟B(tài)，從而可以選擇各種方式對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，鼠標(biāo)所指變量將顯示變量的值。

有關(guān)M文件的具體調(diào)試方法將在第5章介紹。1.3.3M文件的結(jié)果發(fā)布

MATLAB提供了兩種途徑的結(jié)果發(fā)布：一種是在M文件編輯器下使用單元，另一種是在MicrosoftWord環(huán)境下使用Notebook。本小節(jié)將介紹一個(gè)通過(guò)使用單元將結(jié)果發(fā)布為HTML格式文件的實(shí)例。

1．為發(fā)布文檔添加標(biāo)題

●選擇Cell>InsertTextMarkup>CellTitle就可以插入一個(gè)標(biāo)題，將默認(rèn)的標(biāo)題TITLE修改為自定義標(biāo)題，如PlotSineWave；

●在標(biāo)題下面可以添加文字注釋?zhuān)?%Programforplotwave。

2．添加文檔分類(lèi)目錄

●選擇Cell>InsertCellDivider就可以添加一個(gè)分類(lèi)目錄，在雙百分號(hào)后空一格書(shū)寫(xiě)分類(lèi)名，如?%%Calculate、%%PlotFigureandDefineTitleandLabel；

●在各分類(lèi)下編寫(xiě)代碼或插入特殊格式文字、公式。選擇Cell>InsertTextMarkup>Bold/Italic/MonospacedText可以插入特殊格式的文字；選擇Cell>InsertTextMarkup>TeXEquation可以插入公式。

3．保存并發(fā)布結(jié)果

●選擇File>SaveandPublishToHTML就可以將結(jié)果發(fā)布為HTML格式的文件；

●選擇File>SaveandPublishTo…可以將結(jié)果發(fā)布為XML、LaTex、Word文檔等格式的文件。以下為單元模式的M文件源代碼：

%%PlotSineWave

%Programforplotwave

%%Calculate

%%

%

%$$0<x<4\pi$$

%%%

%_y=sin(x)._

x=0:0.01:6*pi;

y=sin(x);

%%PlotFigureandDefineTitleandLabel

plot(x,y);

title('SineWave');

xlabel('x');

ylabel('y');

以HTML格式發(fā)布該文件，其發(fā)布結(jié)果如圖1-3所示。圖1-3HTML格式的發(fā)布結(jié)果1.4.1命令窗查詢(xún)幫助

在命令窗輸入幫助命令可以快速地獲取幫助，以下列出的是MATLAB的所有幫助函數(shù)：

●?builddocsearchdb：建立可查找的文檔數(shù)據(jù)庫(kù)；

●?demo：通過(guò)幫助瀏覽器查看演示程序；

●?doc：在幫助瀏覽器中查看幫助；1.4幫助系統(tǒng)●?docopt：UNIX平臺(tái)的Web瀏覽器；

●?docsearch：在幫助瀏覽器中搜索并查看幫助；

●?echodemo：在命令窗單步運(yùn)行M文件演示；

●?help：在命令窗獲取MATLAB函數(shù)幫助；

●?helpbrowse