1、1 MATLAB基础与应用北京化工大学北京化工大学信息科学与技术学院信息科学与技术学院主讲教师：主讲教师：郭青郭青guoqingmail.buct.edu课程内容课程内容21.MATLAB的运行环境的运行环境2.MATLAB数值运算数值运算3.符号对象和符号运算。符号对象和符号运算。4.曲线绘制的步骤和方法。曲线绘制的步骤和方法。5.MATLAB程序设计。程序设计。6.控制工具箱与控制工具箱与仿真建模仿真建模参考教材参考教材：1 1、李国朝、李国朝 主编。主编。MATLABMATLAB基础及应用，北京大学出版社，基础及应用，北京大学出版社，20192019年年9 9月月2 2、赵广元、赵广元
2、编著。编著。MATLABMATLAB与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社与控制系统仿真实践，北京航空航天大学出版社课程要求课程要求3 上机地点：第上机地点：第5,75,7机房机房 平时上机平时上机+上机考核上机考核+考勤考勤 共共3232学时，其中教学学时，其中教学1818学时，上机学时，上机1414学时学时 第1章 MATLAB简介4本章学习目标本章学习目标了解了解MATLAB的发展历史、特点和应用领域的发展历史、特点和应用领域了解了解MATLAB工具箱的概念和类型工具箱的概念和类型掌握掌握MATLAB操作桌面各窗口的用途和操作方法操作桌面各窗口的用途和操作方法5主要内容主要内容 1.
3、1 MATLAB的特点和应用领域及 MATLAB工具箱 1.2 MATLAB的安装、内容选择和启动 1.3 MATLAB 2009的操作桌面 1.4 MATLAB管理指令 1.5 MATLAB帮助系统 6 1.MATLAB简介简介 MATLAB:MATrix LABoratry 矩阵实验室 Matlab是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言，功能强大，简单易学，编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。自 1984 年推向市场以来，历经二十多年的发展与竞争，现已成为国际公认的最优秀的工程应用开发环境。在欧美各高等院校，Matlab 已经成为线性代数、数值分析、数理统计、自动控制理论、
4、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等课程的基本教学工具，已成为大学生必须掌握的基本技能之一。1.1 MATLAB的特点和应用领域及 MATLAB工具箱 Matlab 的版本的版本 1984年，Matlab 1.0（DOS版，182K，20多个函数）1992年，Matlab 4.0（93年推出Windows版，加入 simulink）1994年，Matlab 4.2（得到广泛重视和应用）2019年，Matlab 5.3（真正实现32位运算）2019年，Matlab 6.5（采用JIT加速器）2019年，Matlab 7.0 2019年，Matlab 7.1 2019年，Matla
5、b R2019a，R2019b 2019年，Matlab R2019a，R2019b 2019年，Matlab R2019a，R2019b 2009年，Matlab R2009a，R2009b 特点：特点：语言简洁、编程效率高语言简洁、编程效率高 人机界面友善、交互性好人机界面友善、交互性好 绘图功能强大、便于数据可视化绘图功能强大、便于数据可视化 学科众多、领域广泛的学科众多、领域广泛的MATLAB工具箱工具箱 源程序的开放性源程序的开放性 92.MATLAB的特点和应用领域的特点和应用领域 应用领域：应用领域：MATLAB应用领域十分广泛，典型的应用应用领域十分广泛，典型的应用举例如下：举
6、例如下：自动控制；汽车；电子；自动控制；汽车；电子；仪器仪表；生物医学；信号处理；仪器仪表；生物医学；信号处理；通信等。通信等。100123456-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81例：用简短命令计算并绘制在例：用简短命令计算并绘制在0 x 6范围内的范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。x=linspace(0,6)y1=sin(2*x),y2=sin(x.2),y3=(sin(x).2;plot(x,y1,x,y2,x,y3)l MATLAB包含两部分内容：基本部分和各种可选包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。的工具箱。l MATLAB工具箱分
7、为两大类：功能性工具箱和学工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。科性工具箱。l 许多学科，在许多学科，在MATLAB中都有专用工具箱，现已中都有专用工具箱，现已有有30多个工具箱，但多个工具箱，但MATLAB语言的扩展开发还语言的扩展开发还远远没有结束，各学科的相互促进，将使得远远没有结束，各学科的相互促进，将使得MATLAB更加强大。更加强大。3MATLAB工具箱工具箱 MATLAB主工具箱主工具箱 符号数学工具箱符号数学工具箱 SIMULINK仿真工具箱仿真工具箱 控制系统工具箱控制系统工具箱 信号处理工具箱信号处理工具箱 图象处理工具箱图象处理工具箱 通讯工具箱通讯工具箱 系统辨
8、识工具箱系统辨识工具箱 神经元网络工具箱神经元网络工具箱 金融工具箱金融工具箱3MATLAB工具箱工具箱1.2 MATLAB的安装、内容选择和启动1.MATLAB的安装、内容选择的安装、内容选择 双击MATLAB安装包中的setup.exe应用程序，使“安装向导”启动。安装过程中出现的所有界面都是标准的，用户只需要按照屏幕的提示操作，如输入用户名、单位名、个人许可证密码(Personal License Password，PLP)等。142.MATLAB 7.1的启动的启动方法一方法一：MATLAB安装成功后，一般会在桌面放置一个快安装成功后，一般会在桌面放置一个快捷方式图标，在开始菜单放置一
9、个快捷方式。捷方式图标，在开始菜单放置一个快捷方式。双击桌面上的快捷方式图标或开始菜单里的快捷双击桌面上的快捷方式图标或开始菜单里的快捷方式，都可以打开方式，都可以打开MATLAB操作桌面操作桌面(Desktop)。15方法二：MATLAB安装文件夹下也有一个快捷方式图标，双击这个图标可以启动MATLAB。方法三：双击MATLAB71binwin32文件夹中的MATLAB.exe，就可以启动MATLAB。方法四：双击与MATLAB相关联的文件可以启动MATLAB。如果双击由MATLAB自带的文本编辑调试器建立的扩展名为.m的文件，也可以启动MATLAB，但是这种方法有时行不通，如果M文件没有与
10、MATLAB关联，则只能打开MATLAB自带的文本编辑调试器。163MATLAB系统的退出系统的退出 退出退出Matlab系统的常用方法：系统的常用方法：(1)在在Matlab主窗口主窗口File菜单中选择菜单中选择 Exit Matlab命令。命令。(2)在在Matlab命令窗口输入命令窗口输入Exit或或Quit命命 令。令。(3)单击单击Matlab主窗口的主窗口的“关闭关闭”按钮。按钮。Matlab主窗口是主窗口是Matlab的主要工作界面。的主要工作界面。主窗口除了嵌入一些子窗口外，还主要主窗口除了嵌入一些子窗口外，还主要包括菜单栏和工具栏。包括菜单栏和工具栏。1.3.1 菜单栏菜单
11、栏在在Matlab主窗口的菜单栏，共包含主窗口的菜单栏，共包含File、Edit、Debug、Desktop、Window和和Help 6个菜单项。个菜单项。1.3 MATLAB的操作桌面菜单栏菜单栏(1)File菜单项：菜单项：File菜单项实现有关文件的菜单项实现有关文件的 操作。操作。(2)Edit菜单项：菜单项：Edit菜单项用于命令窗口菜单项用于命令窗口 的编辑操作。的编辑操作。(3)Debug菜单项：菜单项：Debug菜单项用于调试菜单项用于调试 Matlab的程序。的程序。菜单栏菜单栏(4)Desktop菜单项：菜单项：Desktop菜单项用于设置菜单项用于设置 Matlab 的
12、窗口布局。的窗口布局。(5)Window菜单项：主窗口菜单栏上的菜单项：主窗口菜单栏上的Window菜菜 单，包含一个子菜单单，包含一个子菜单Close all，用于关闭所有，用于关闭所有 打开的编辑器窗口，包括打开的编辑器窗口，包括M-file、Figure、Model 和和GUI窗口。窗口。(6)Help菜单项：菜单项：Help菜单项用于提供帮助信息。菜单项用于提供帮助信息。1.3.2 工具栏工具栏 Matlab主窗口的工具栏共提供了主窗口的工具栏共提供了11个命令个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令，按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令，但比菜单命令使用起来更快捷、方便。但比菜单命
13、令使用起来更快捷、方便。1.3.3 MATLAB 的子窗口1.命令窗口命令窗口 命令窗口(Command Window)用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果，是MATLAB的主要交互窗口。命令窗口可以从MATLAB操作桌面中分离出来，以方便单独显示和操作，也可以重新返回操作桌面中，其他窗口也有相同的操作。221.命令窗口命令窗口 l 分离命令窗口可选择菜单命令DesktopUndock Command Window，也可单击窗口右上角 按纽，还可以使用鼠标将命令窗口拖离操作桌面l 如将命令窗口返回操作桌面，可选择命令窗口的菜单命令DesktopDock Command Window，或单
14、击窗口右上角的按纽 。l 两个常用命令：两个常用命令：clc：清除指令窗中显示内容（clear console）exit 或 quit 退出matlab 23命令提示符命令提示符“”，表示表示MATLAB正在处于准备状态。正在处于准备状态。在命令提示符后输入命令并按回车键后，在命令提示符后输入命令并按回车键后，MATLAB就会解释就会解释执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果执行所输入的命令，并在命令后面给出计算结果。如果希望结果不被显示，则只要在语句之后加上一个分号如果希望结果不被显示，则只要在语句之后加上一个分号（；）即可。此时尽管结果没有显示，但它依然被赋值并在（；）即可。此时尽管结
15、果没有显示，但它依然被赋值并在Matlab工作空间中分配了内存。工作空间中分配了内存。241.命令窗口命令窗口 命令提示符命令提示符“”，u一个命令行一般输入一条命令，以按回车键结束。一个命令行一般输入一条命令，以按回车键结束。u但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分但一个命令行也可以输入若干条命令，各命令之间以逗号分隔；隔；u若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。若前一命令后带有分号，则逗号可以省略。u如一个命令行很长，一个物理行之内写不下，可以在第一个如一个命令行很长，一个物理行之内写不下，可以在第一个物理行之后加上物理行之后加上3个小黑点个小黑点()并按回车键，然后接着下并
16、按回车键，然后接着下u一个物理行继续写命令的其他部分。一个物理行继续写命令的其他部分。u“”称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续称为续行符，即把下面的物理行看作该行的逻辑继续u在在Matlab里，有很多的里，有很多的控制键控制键和和方向键方向键可用于命令行的编辑可用于命令行的编辑。251.命令窗口命令窗口 l 在使用MATLAB时，有时候需要输入字符串，例程如下。S1=hello world S1=hello world 可以看到，hello world是以赭红色字体显示。另外，在编程中使用一些关键词的时候，也会以不同的颜色来显示，如输入for、end、while等，是以蓝色字体显示
17、。l 在命令窗口中可输入的对象除MATLAB命令外，还包括函数、表达式、语句以及M文件名或MEX文件名等。l 这些可输入的对象通称为语句。这些可输入的对象通称为语句。26matlab与与dos兼容命令兼容命令 1.dir dir 可列出指定目录下的文件和子可列出指定目录下的文件和子目录清单目录清单 例如例如:dir dir 可显示当前目录下的所有文件可显示当前目录下的所有文件 dir c:matlabdir c:matlab dir c:matlab dir c:matlab*.m.m 2.cdcd可改变当前工作目录可改变当前工作目录 cd c:matlabtoolboxcd c:matlab
18、toolbox 3.type type 可显示指定文件的全部内容可显示指定文件的全部内容 type myfile.mtype myfile.m4.delete 4.delete 删除指定文件删除指定文件 del abc del abc 删除当前目录下的删除当前目录下的abcabc文文件件 del c:matlabaaa.mdel c:matlabaaa.m 注意：只可删除用户文件，其它文件不注意：只可删除用户文件，其它文件不要轻易删除，否则系统会瘫痪要轻易删除，否则系统会瘫痪 2.工作空间窗口和数组编辑器工作空间窗口和数组编辑器l 工作空间工作空间(Workspace)是是MATLAB用于存储
19、各用于存储各种变量和结果的内存空间种变量和结果的内存空间l 在该窗口中显示工作空间中在该窗口中显示工作空间中所有变量的名称、大所有变量的名称、大小、字节数和变量类型说明，可对变量进行观察小、字节数和变量类型说明，可对变量进行观察、编辑、保存和删除、编辑、保存和删除l 在在 6.5 版 本 中，它 与 当 前 目 录版 本 中，它 与 当 前 目 录(C u r r e n t Directory)窗口是可切换的前、后台工作方式，窗口是可切换的前、后台工作方式，可以单击位于下部的可以单击位于下部的Workspace或或Current Directory进行切换。进行切换。303.历史命令记录窗口
20、历史命令记录窗口l 在默认设置下，历史命令记录(Command History)窗口会在计算机的硬盘上自动保留自安装起用过的所有命令的历史记录，并且还标明了使用时间，从而方便用户查询并利用这些既有的资源，节省编程时间。l 从历史命令记录窗口可以看到曾经运行过的一些命令及运行时间，而且双击命令可进行历史命令的再运行。这些命令也可以被复制和执行。314.M文件编辑调试器文件编辑调试器 M文件的编辑(Editor)和调试(Debugger)是在MATLAB的M文件编辑调试器中进行的，若需要对M文件进行调试，还需要MATLAB运行环境的支持。可以采用以下方法启动可以采用以下方法启动M文件编辑调试器。文
21、件编辑调试器。方法一：创建一个新的M文件时，可以在操作桌面快捷工具栏中单击“建立新文件”按钮或选择菜单命令FileNewM-File，启动M文件编辑调试器。方法二：在操作桌面快捷工具栏中单击“打开文件”按纽或选择菜单命令FileOpen打开一个已经存在的M文件，从而启动M文件编辑调试器。方法三：在命令窗口中输入edit命令时也可以启动M文件编辑调试器325.5.搜索路径和当前目录窗口搜索路径和当前目录窗口l 当前目录当前目录(Current Directory)是指是指MATLAB运运行文件时的工作目录，只有在当前目录或搜索行文件时的工作目录，只有在当前目录或搜索路径下的文件、函数可以被运行或
22、调用。路径下的文件、函数可以被运行或调用。l 在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录，在当前目录窗口中可以显示或改变当前目录，还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能。还可以显示当前目录下的文件并提供搜索功能。将用户目录设置成当前目录也可使用将用户目录设置成当前目录也可使用cd命命令。例如，将用户目录令。例如，将用户目录c:mydir设置为当前设置为当前目录，可在命令窗口输入命令：目录，可在命令窗口输入命令：cd c:mydir cd path：由当前目录进入：由当前目录进入path目录目录 cd.：返回上一级目录：返回上一级目录 cd：显示当前目录：显示当前目录MATLAB的搜索路径的搜索路
23、径 当用户在当用户在MATLAB命令窗口输入一条命令后，命令窗口输入一条命令后，MATLAB按照一定次序寻找相关的文件。基本的按照一定次序寻找相关的文件。基本的搜索过程是：搜索过程是：(1)检查该命令是不是一个变量。检查该命令是不是一个变量。(2)检查该命令是不是一个内部函数。检查该命令是不是一个内部函数。(3)检查该命令是否当前目录下的检查该命令是否当前目录下的M文件。文件。(4)检查该命令是否检查该命令是否MATLAB搜索路径中其搜索路径中其 他目录下的他目录下的M文件。文件。MATLAB的搜索路径的搜索路径 用户可以将自己的工作目录列入用户可以将自己的工作目录列入Matlab搜搜索路径，
24、从而将用户目录纳入索路径，从而将用户目录纳入Matlab系统系统统一管理。设置搜索路径的方法有：统一管理。设置搜索路径的方法有：(1)用用path命令设置搜索路径。命令设置搜索路径。Path 显示显示matlab启动时设定的搜索路径启动时设定的搜索路径 MATLAB的搜索路径的搜索路径l 例如，将用户目录例如，将用户目录c:mydirc:mydir加到搜索路径下，可加到搜索路径下，可在命令窗口输入命令：在命令窗口输入命令：path(path,c:mydir)path(path,c:mydir)l 可将你需要的目录永久纳入可将你需要的目录永久纳入matlabmatlab搜索路径搜索路径l 打开打
25、开c:matlabc:matlabtoolboxlocaltoolboxlocalmatlabrc.mmatlabrc.ml 在所有搜索路径后加上在所有搜索路径后加上c:mydir;,c:mydir;,(2)(2)用对话框设置搜索路径用对话框设置搜索路径l 在在MatlabMatlab的的FileFile菜单中选菜单中选Set PathSet Path命令或在命命令或在命令窗口执行令窗口执行pathtoolpathtool命令，将出现搜索路径设命令，将出现搜索路径设置对话框。置对话框。l 通过通过Add FolderAdd Folder或或Add with SubfolderAdd with
26、Subfolder命令按命令按钮将指定路径添加到搜索路径列表中。钮将指定路径添加到搜索路径列表中。l 在修改完搜索路径后，则需要保存搜索路径。在修改完搜索路径后，则需要保存搜索路径。1.4 MATLAB管理指令管理指令 1.命令窗中语句行的编辑命令窗中语句行的编辑 命令窗口不仅能编辑和运行当前输入的语句，有时候还需要对曾经输入的语句重复调用、编辑和运行，这时可使用如书中表1-1所列的语句行编辑键。2.命令窗口的常用控制指令命令窗口的常用控制指令 可以通过帮助功能查询这些指令的详细说明。MATLAB提供的常用控制指令见表1-2。3.工作空间管理指令工作空间管理指令 MATLAB还提供了用于查阅、
27、删除MATLAB内存中变量的一些指令，见表1-3391.5 MATLAB帮助系统帮助系统 1.帮助命令帮助命令 MATLAB的所有执行指令、函数的M文件都有一个注释区。在该区中，用纯文本形式简要地叙述该函数的调用格式和输入输出宗量的含义。MATLAB可以根据MATLAB帮助命令的形式去注释区寻找匹配的内容来显示帮助内容。MATLAB帮助命令包括help、lookfor以及模糊查询。40help命令命令 在MATLAB命令窗口中直接输入help命令将会显示当前帮助系统中所包含的所有项目，即搜索路径中所有的目录名称。例如在命令窗口中输入 help 可以通过help加函数名来显示该函数的帮助说明。例
28、如在命令窗口输入 help sin41lookfor命令命令lookfor命令对搜索范围内的M文件进行关键字搜索，条件比较宽松。lookfor命令只对M文件的第一行进行关键字搜索。若在lookfor命令加上-all选项，则可对M文件进行全文搜索。42模糊查询 MATLAB 6.0以上的版本提供了一种类似模糊查询的命令查询方法，用户只需要输入命令的前几个字母，然后按Tab键，系统就会列出所有以这几个字母开头的命令。432.帮助窗口帮助窗口MATLAB自6.x版以后提供了一个“交互界面”的帮助窗口，该窗口对MATLAB功能叙述最系统、丰富，界面也十分友善、方便，这是用户今后寻求帮助的最主要资源。进
29、入帮助窗口可以通过以下3种方法。在命令窗口输入helpwin、helpdesk或doc。单击MATLAB主窗口工具栏中的Help按钮。选择菜单命令HelpMATLAB Help。443.演示系统演示系统 MATLAB主包和各工具包都有设计好的演示系统程序。在帮助窗口中选择演示系统(Demos)选项卡，然后在其中选择相应的演示模块，或者在命令窗口输入Demos，或者选择主窗口菜单命令HelpDemos，都可以打开演示系统。454.远程帮助系统远程帮助系统 除以上3种方法可以获得帮助以外，还可以通过网络获得远程帮助，例如在MathWorks公司的主页(mathworks)上可以找到很多有用的信息。国内的一些网站也有丰富的信息资源，例如 MATLAB中国：mathworks/MATLAB中文论坛：ilovematlab/。另外，还有很多别的专业学习论坛上面也有关于MATLAB在各领域应用方面的内容，也可以到这些论坛上交流学习。例如bbs.matwav/46上机练习上机练习 熟悉MATLAB软件。要求：启动MATLAB软件，熟悉软件的界面和菜单。会使用帮助文件。47
