本文格式為Word版，下載可任意編輯——控制基礎(chǔ)試驗(yàn)指導(dǎo)書第一章MATLAB的簡(jiǎn)介

1.1概述

MATLAB是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，MATLAB的圖形、打印、聯(lián)機(jī)幫助等功能齊全。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)便利的、界面友好的用戶環(huán)境。MATLAB的推出得到了各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能為各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在比較新的版本是7.0版。

MATLAB是一個(gè)計(jì)算核心，圍圍著這個(gè)計(jì)算核心，有大量針對(duì)不同應(yīng)用所開發(fā)的應(yīng)用程序，稱為工具箱（Toolboxes）。工具箱的總數(shù)已有上百個(gè)，其中主要有：信號(hào)處理（SignalProcessing）、控制系統(tǒng)（ControlSystem）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（NeuralNetwork）、通信（Communication）、圖像處理（ImageProcessing）、魯棒控制（RobustControl）、非線性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（NonlinearControlSystemDesign）、系統(tǒng)辨識(shí)（SystemIdentification）、最優(yōu)化（Optimization）、μ分析與綜合（μAnalysisandSynthesis）、模糊系統(tǒng)（FuzzySystem）、小波（Wavelet）分析和樣條（Spline）等工具箱。這些工具箱給各個(gè)領(lǐng)域的研究和工程應(yīng)用提供了有利的幫助，各個(gè)層次的研究人員可直觀、便利地進(jìn)行分析、計(jì)算及設(shè)計(jì)工作，大大地節(jié)省了編程時(shí)間。

除MATLAB之外，MathWorks公司還有兩項(xiàng)主要相關(guān)產(chǎn)品，即Simulink及Stateflow。Simulink專用于連續(xù)或離散時(shí)間的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真；Stateflow則用于仿真有限狀態(tài)機(jī)（FiniteStateMachines）或事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（Event-drivenSystems）。

《控制基礎(chǔ)》課程安排試驗(yàn)的目的就是讓非電專業(yè)的學(xué)生初步把握MATLAB語(yǔ)言，學(xué)會(huì)用簡(jiǎn)單的MATLAB函數(shù)分析線性控制系統(tǒng)的基本性能，從而為今后的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。

MATLAB下提供了兩種文件格式，其中一種是普通的ASCII碼構(gòu)成的文件，在這樣的文件中只能由MATLAB語(yǔ)言所支持的語(yǔ)句，類似于DOS下的批處理文件，這種文件稱為M文件，它的執(zhí)行方式很簡(jiǎn)單，用戶只需在“file〞下新建一個(gè)“M-file〞,在“M-file〞窗口下逐條輸入語(yǔ)句，存盤在“work〞文件夾下，然后單擊“debug〞下的“run〞,這樣在“ConmandWindow〞窗口下即可看到執(zhí)行的結(jié)果。它采用文本方式，編程效率高，可讀性很強(qiáng)。

MATLAB的另一種，也是最常用的特別M文件稱為MATLAB函數(shù)，這樣的函數(shù)是由function語(yǔ)句引導(dǎo)的，其基本格式如下

Function返回變量列表=函數(shù)名（輸入變量列表）解釋說明語(yǔ)句段函數(shù)體語(yǔ)句

1

使用時(shí)用戶也是在“M-file〞窗口下逐條輸入語(yǔ)句，存盤在“work〞文件夾下，調(diào)用時(shí)在MATLAB的提醒符下鍵入函數(shù)名，并包括輸入變量。類似于C語(yǔ)言的子程序調(diào)用。如

functionplot_sin(xmin,xmax)

x=xmin:min(0.01,(xmax-xmin)/100):xmax;plot(x,sin(x));%Thisisademo

MATLAB的函數(shù)名定義幾乎與數(shù)學(xué)描述一樣，接近書寫計(jì)算公式的思維方式，如min(),max()。它的基本命令包括：數(shù)學(xué)函數(shù)、矩陣、數(shù)值方法、繪圖、字符串、文件I/O等數(shù)百條。

1.2使用變量與基本計(jì)算

MATLAB能識(shí)別一般常用的加（+）、減（-）、乘（*）、除（/）、冪次（^）等數(shù)學(xué)運(yùn)算符號(hào)，因此在MATLAB下進(jìn)行基本運(yùn)算，最快速簡(jiǎn)單的方法是在MATLAB命令窗口（CommandWindow）內(nèi)的提醒符號(hào)（>>）之后輸入表達(dá)式，并按下Enter鍵即可。例如

>>（5*2+3.5）/5ans=2.7000

MATLAB會(huì)將計(jì)算結(jié)果直接存入默認(rèn)變量ans中（即MATLAB語(yǔ)句的返回值），代表MATLAB運(yùn)算后的答案（Answer），并在屏幕上顯示其運(yùn)算結(jié)果的數(shù)值（在上例中，即為2.7000）。

若不想讓MATLAB每次都顯示運(yùn)算結(jié)果，只需在表達(dá)式最終加上分號(hào)（；）即可，例如：

>>（5*2+3.5）/5；

在上例中，由于表達(dá)式后面參與了分號(hào)，因此MATLAB只會(huì)將運(yùn)算結(jié)果儲(chǔ)存在默認(rèn)變量ans內(nèi)，不會(huì)顯示于屏幕上；在需要時(shí)取用或顯示此運(yùn)算結(jié)果，可直接輸入變量ans,例如（接上例）

>>ansans=2.7000

使用者也可將運(yùn)算結(jié)果儲(chǔ)存于使用者自己設(shè)定的變量x（或其他變量，如y、x0、x1等）內(nèi)，例如

>>x=（5*2+3.5）/5

2

x=2.7000

MATLAB會(huì)將所有在百分比符號(hào)（%）之后的文字視為程序的注解（Comments），例如

>>y=（5*2+3.5）/5；%將運(yùn)算結(jié)果儲(chǔ)存于變量y內(nèi)，但不顯示于屏幕>>z=y^2%將運(yùn)算結(jié)果儲(chǔ)存于變量z內(nèi)，并顯示于屏幕z=7.2900

在上例中，百分比符號(hào)之后的文字會(huì)被MATLAB忽略不執(zhí)行，但它的使用可提高M(jìn)ATLAB程序的可讀性。

MATLAB可同時(shí)執(zhí)行以逗號(hào)（，）或分號(hào)（；）隔開的數(shù)個(gè)表達(dá)式，例如>>x=sin(pi/3);y=x^2;z=y*10z=7.5000

若一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式太長(zhǎng)，可用三個(gè)句點(diǎn)(...)將其延伸到下一行，例如>>z=10*sin(pi/3)*...sin(pi/3)z=7.5000

提醒：變量命名規(guī)則與使用——(1)第一個(gè)字母必需是英文字母；(2)字母間不可留空格；

(3)最多只能有31個(gè)字母，MATLAB會(huì)忽略多余字母；

(4)MATLAB在使用變量時(shí)，不需預(yù)先經(jīng)過變量聲明的程序，而且所有數(shù)值變量均以默認(rèn)的double數(shù)據(jù)類型儲(chǔ)存。

1.3向量與矩陣的處理

在上述的各例中，MATLAB的變量用來儲(chǔ)存標(biāo)量（Scalars），其實(shí)MATLAB中的變量還可用來儲(chǔ)存向量（Vectors）及矩陣（Martrix），MATLAB以復(fù)數(shù)矩陣為最基本的運(yùn)算單元，既可以對(duì)它整體地進(jìn)行處理，也可以對(duì)它的某個(gè)或某些元素進(jìn)行單獨(dú)的處理，例如

>>s=[1352]；%注意[]的使用及各數(shù)字間的空白間隔>>t=2*s+1t=

3

37115

在上例中，MATLAB使用中括號(hào)（[]），來建立一個(gè)行向量[1352]（或是1×4大小的矩陣[1352]），將其儲(chǔ)存于變量s中，再對(duì)其進(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生另一新的行向量[37115]，并將其結(jié)果儲(chǔ)存在變量t中。

提醒：s=[1352]與s=[1，3，5，2]的效果是一樣的。

MATLAB也可取出向量中的一個(gè)元素或一部分來做運(yùn)算，例如（接上例）>>t(3)=2%將向量t的第三個(gè)元素改為2t=

3725

>>t(6)=10%在向量t中參與第六個(gè)元素，其值為10t=

3725010

>>t(4)=[]%將向量t的第四個(gè)元素刪除t=

372010

>>s(2)*3+t(4)%取出向量s的其次個(gè)元素和向量t的第四個(gè)元素做運(yùn)算ans=9

>>t(2:4)-1%取出向量t的其次至第四個(gè)元素做運(yùn)算ans=

61-1

用類似上述建立向量的方法，使用者可以建立m×n大小的矩陣（m代表矩陣的行數(shù)，n代表矩陣的列數(shù)），但必需在每一行結(jié)尾加上分號(hào)（；），例如

>>A=[1234;5678;9101112]；%建立3×4的矩陣A>>A%顯示矩陣A內(nèi)容A=

123456789101112

同樣，我們可以對(duì)矩陣進(jìn)行各種處理，例如（接上例）

>>A(2，3)=5%將矩陣A其次行、第三列的元素值改為5A=

1234

4

56589101112

>>B=A(2,1:3)%取出矩陣A其次行、第一列至第三列的元素值，%儲(chǔ)存成一新矩陣BB=565

>>A=[ABˊ]%將矩陣B轉(zhuǎn)置后，再以列向量并入矩陣AA=

123455658691011125

>>A(:,2)=[]%刪除矩陣A其次列（：代表所有行，[]代表空矩陣）

A=

13455586911125

>>A=[A;4321]%在原矩陣A中，參與第四行A=

134555869111254321

>>A([14],:)=[]%刪除第一、第四行（:代表所有列