MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)

2025/4/1411.1MATLAB發(fā)展歷史和產(chǎn)品族簡(jiǎn)介1.2MATLAB的桌面環(huán)境1.3MATLAB的主要功能1.4MATLAB通用指令1.5MATLAB幫助系統(tǒng)1.6

MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（向量和矩陣）1.7MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）1.8SIMULINK動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真1.1MATLAB發(fā)展歷史和產(chǎn)品族簡(jiǎn)介2025/4/142

MATLAB源于美國(guó)CleveMoler博士開(kāi)發(fā)的兩個(gè)線性代數(shù)軟件包EISPACK和LINPACK，隨后，CleveMoler博士與其他人合作創(chuàng)辦了Mathworks公司，推動(dòng)了MATLAB的迅速發(fā)展。如今已成為一種集數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算、圖形系統(tǒng)以及各種專(zhuān)業(yè)工具箱與一體的高級(jí)語(yǔ)言。MATLAB和Mathematica、Maple并稱(chēng)為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，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。功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單！1.1MATLAB發(fā)展歷史和產(chǎn)品族簡(jiǎn)介2025/4/1431、MATLAB發(fā)展歷史

1984年，MATLAB第1版(DOS版)

1992年，MATLAB4.0版1994年，MATLAB4.2版

1997年，MATLAB5.0版1999年，MATLAB5.3版

2000年，MATLAB6.0版2001年，MATLAB6.1版

2002年，MATLAB6.5版2003.9，MATLAB6.5.1版2004.6，MATLAB7.0版2004.9，MATLAB7.0.1版2005.3，MATLAB7.0.4版2005.9，MATLAB7.1版2006.3，MATLAB7.2版2006.9，MATLAB7.3版2007.3，MATLAB7.4版……2012.9，MATLAB8.0版2013.3，MATLAB8.1版……2015.3，MATLAB8.4版2015.9，MATLAB2015b1.1MATLAB發(fā)展歷史和產(chǎn)品族簡(jiǎn)介2025/4/1442、MATLAB產(chǎn)品族MATLAB產(chǎn)品由若干個(gè)模塊組成：

MATLAB：

內(nèi)核

MATLABToolboxes：專(zhuān)業(yè)工具箱

MATLABCompiler：編譯器Simulink：圖形化動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真

SimulinkBlockset：仿真模塊集

Stateflow：事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真

Real-TimeWorkshop(RTW)：自動(dòng)代碼生成

StateflowCoder：自動(dòng)代碼生成1.1MATLAB發(fā)展歷史和產(chǎn)品族簡(jiǎn)介2025/4/145典型工具箱：MatlabMainToolbox——matlab主工具箱ControlSystemToolbox——控制系統(tǒng)工具箱CommunicationToolbox——通訊工具箱SystemIdentificationToolbox——系統(tǒng)辨識(shí)工具箱ImageProcessingToolbox——圖象處理工具箱computervisionsystemtoolbox——計(jì)算機(jī)視覺(jué)工具箱SignalProcessingToolbox——信號(hào)處理工具箱FuzzyLogicToolbox——模糊邏輯工具箱N(xiāo)euralNetworkToolbox——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱SymbolicMathToolbox——符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱WaveleToolbox——小波工具箱……1.2

MATLAB的桌面環(huán)境2025/4/146Commandwindow：命令窗口Workspace：工作空間CurrentDirectory：當(dāng)前路徑CommandHistory：歷史命令LaunchPad：發(fā)布平臺(tái)在view菜單里可以設(shè)置桌面環(huán)境的顯示1.2

MATLAB的桌面環(huán)境2025/4/147MATLAB桌面環(huán)境字體、顏色等的設(shè)置1.3MATLAB的主要功能2025/4/148主要功能有：數(shù)值計(jì)算、圖形系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真、專(zhuān)業(yè)工具箱等。1、數(shù)值計(jì)算例：解線性方程組解：寫(xiě)成矩陣形式：A*x=b3569-38-67542-96-562x1x2x3x4x=89-512b=其中：

A=1.3MATLAB的主要功能2025/4/149編寫(xiě)m文件：A=[3569;-38-67;542-9;6-562];b=[819-512]';x=inv(A)*b;%矩陣求逆disp(['x1=',num2str(x(1))]);disp(['x2=',num2str(x(2))]);disp(['x3=',num2str(x(3))]);disp(['x4=',num2str(x(4))]);運(yùn)行程序，顯示結(jié)果為：>>x1=4.5857x2=-0.47664x3=-3.6745x4=2.07481.3MATLAB的主要功能2025/4/14102、圖形系統(tǒng)二維三維繪圖例：畫(huà)出函數(shù)y=exp(-x/10)*sin(x)的圖像解：編寫(xiě)M文件： x=0:0.01:20*pi; y=exp(-x/10).*sin(x); plot(x,y); %繪圖 title('衰減震蕩'); %加標(biāo)題運(yùn)行程序，結(jié)果如右圖所示。1.3MATLAB的主要功能2025/4/1411例：畫(huà)出三維曲面z=x^2+y^2解：編寫(xiě)m文件：[X,Y]=meshgrid(-10:0.1:10);%產(chǎn)生二維數(shù)據(jù)網(wǎng)格Z=X.^2+Y.^2;mesh(X,Y,Z);%繪制曲面運(yùn)行程序，結(jié)果如右圖所示。1.3MATLAB的主要功能2025/4/1412圖形界面設(shè)計(jì)例：MATLAB自帶的一個(gè)demo1.3MATLAB的主要功能2025/4/1413動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)例：一個(gè)沿曲線運(yùn)動(dòng)的小球M文件如右側(cè)所示。x=-5:0.1:5;y=sin(x);h1=plot(x,y);set(h1,'linewidth',5);set(h1,'color','r');holdon;set(gcf,'DoubleBuffer','on');index=[1:length(x),length(x):-1:1];fori=index;h2=scatter(x(i),y(i));set(h2,'linewidth',10);pause(0.02);set(h2,'visible','off');end運(yùn)行程序，顯示一個(gè)運(yùn)動(dòng)的小球1.3MATLAB的主要功能動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真例：一因果系統(tǒng)可由以下微分方程描：y''(t)+3y'(t)+2y(t)=f(t)。輸入f(t)=2u(t)，u(t)為階躍信號(hào)。系統(tǒng)初始狀態(tài)為零，求系統(tǒng)響應(yīng)。解：使用

simulink構(gòu)造系統(tǒng)如圖：2025/4/14141.3MATLAB的主要功能仿真結(jié)果如圖：2025/4/14151.3MATLAB的主要功能2025/4/1416專(zhuān)業(yè)工具箱：Toolbox例：圖像變形系統(tǒng)（圖像處理工具箱）源圖像中間圖像一中間圖像二中間圖像三目標(biāo)圖像1.4

MATLAB通用指令2025/4/1417clear：清除工作空間clc：清除命令窗口exit或quit：退出MATLABpwd：顯示當(dāng)前路徑增加工作路徑:

File

setpathaddfolderdir或ls：顯示當(dāng)前路徑所有文件what：顯示當(dāng)前路徑下的所有m文件format：控制輸出格式1.4

MATLAB通用指令2025/4/1418常用功能鍵:上下方向鍵：調(diào)出歷史命令（先輸入字符串，可以調(diào)出最近的以該字符串開(kāi)頭的命令）Tab鍵：列出以某些字符開(kāi)頭的所有命令Home鍵：將光標(biāo)移動(dòng)到一行的開(kāi)始處End鍵：將光標(biāo)移動(dòng)到一行的末尾處Ctrl+A：全選Ctrl+C：復(fù)制Ctrl+V：粘貼Ctrl+R：添加注釋Ctrl+T：取消注釋Ctrl+I：智能排序1.5

MATLAB幫助系統(tǒng)2025/4/1419help+命令：查找該命令有關(guān)的幫助信息helpwin+命令：以窗口形式顯示有關(guān)幫助信息help菜單：全面系統(tǒng)的幫助網(wǎng)絡(luò)資源：Mathworks公司/九州恒潤(rùn) /編程愛(ài)好者論壇 /club/仿真科技論壇 /forum/研學(xué)論壇 /index.jspbaidu&google1.6MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（向量和矩陣）2025/4/14201、創(chuàng)建向量直接輸入法：行向量元素之間用空格或逗號(hào)隔開(kāi)，列向量元素之間用分號(hào)隔開(kāi)。>>a=[13589]a=13589>>a=[1,3,5,6,9]a=13569>>b=[1;5;6;8;9]b=15689也可采用對(duì)行向量取轉(zhuǎn)置的方法構(gòu)造列向量1.6MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（向量和矩陣）2025/4/1421使用冒號(hào)運(yùn)算符：一般格式為start:increment:end，分別表示初值、增量和終值。>>a=1:3:9a=147增量可以為負(fù)數(shù)>>a=10:-2:2a=108642增量缺省時(shí)默認(rèn)為1>>b=1:6b=123456冒號(hào)運(yùn)算符可以與直接輸入法結(jié)合使用>>a=[256:8]a=256781.6MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（向量和矩陣）2025/4/14222、創(chuàng)建矩陣直接輸入法：一行中元素之間用逗號(hào)或者空格隔開(kāi)，行與行之間用分號(hào)隔開(kāi)。例：>>M=[123;456;789]M=123456789>>M=[1,2,3;4,5,6;7,8,9]M=1234567891.6MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（向量和矩陣）2025/4/1423MATLAB的基本運(yùn)算單位就是矩陣和向量，M語(yǔ)言是向量化編程的語(yǔ)言。MATLAB中的向量和矩陣起始下標(biāo)為1，C語(yǔ)言中起始下標(biāo)為0。MATLAB中矩陣元素為按列存儲(chǔ)，C語(yǔ)言中為按行存儲(chǔ)。1.6MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（向量和矩陣）2025/4/14243、一個(gè)元素的訪問(wèn)訪問(wèn)向量的一個(gè)元素>>a=[36928];>>a(2) %訪問(wèn)第二個(gè)元素，單下標(biāo)ans=6>>a(end) %訪問(wèn)最后一個(gè)元素，單下標(biāo)ans=81.6MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（向量和矩陣）2025/4/1425訪問(wèn)矩陣的一個(gè)元素>>M=[139;648;360]M=139648360>>M(2,2) %雙下標(biāo)ans=4>>M(7) %單下標(biāo)ans=9>>M(end)%訪問(wèn)最后一個(gè)元素，單下標(biāo)ans=01.6MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（向量和矩陣）2025/4/14264、基本數(shù)學(xué)函數(shù)運(yùn)算三角函數(shù)sin,cos,asin,acos,tan,cot,atan,acot

例：M=122362203121415>>sin(M)ans=-0.5366-0.8462-0.73920.9129-0.40400.9093

0.8367 0.99060.6503三角函數(shù)計(jì)算時(shí)采用弧度值1.6MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)（向量和矩陣）2025/4/1427指數(shù)對(duì)數(shù)運(yùn)算：exp

sqrt

power

log

log10>>M=[135;256;241]M=135256241>>exp(M)ans=2.718320.0855148.41327.3891148.4132403.42887.389154.59822.71831.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/1428(1)散亂點(diǎn)繪制scatterscatter(xdata,ydata)例：x=[13542];y=[26541];scatter(x,y);1、基本二維繪圖1.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/1429(2)連續(xù)曲線繪制plotplot(ydata)plot(xdata,ydata)plot(xdata1,ydata1,xdata2,ydata2…)plot(matrix)例：繪制一條曲線y=[1234321];plot(y) %以y向量各元素的下標(biāo)作X軸x=[13467810];y=[1234321];plot(x,y)%以x向量作為X軸，y向量作為Y軸繪圖1.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/1430例：繪制多條曲線x=0:pi/1000:2*pi;y=sin(2*x+pi/4);plot(x,y,x,y+1,x,y+2);1.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/1431(3)離散圖繪制stemstem(ydata)stem(xdata,ydata)例：y=[236847];%以y向量的下標(biāo)作X軸stem(y);x=2:7;y=[236847];stem(x,y); %以x向量作X軸，y向量作Y軸繪圖1.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/14322、基本三維繪圖(1)三維散亂點(diǎn)繪制scatter3scatter3(xdata,ydata,zdata)例：x=[13542];y=[26541];z=[10243];scatter3(x,y,z);1.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/1433(2)連續(xù)三維曲線plot3plot3(xdata,ydata,zdata)plot3(xdata1,ydata1,zdata1,xdata2,ydata2,zdata2…)例：繪制連續(xù)三維曲線z=0:.1:40;x=cos(z);y=sin(z);plot3(x,y,z)1.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/1434(3)離散三維曲線stem3stem3(xdata,ydata,zdata)例：x=[13542];y=[26541];z=[10243];stem3(x,y,z);1.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/1435(4)三維曲面繪制①二維數(shù)據(jù)網(wǎng)格的產(chǎn)生

meshgrid

[X,Y]=meshgrid(x,y)將x向量按行復(fù)制length(y)份形成X將y向量按列復(fù)制length(x)份形成Y例：x=[1356];y=[14789];[X,Y]=meshgrid(x,y)X=13561356135613561356Y=111144447777888899991.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/1436②三維曲面繪制mesh，meshc，meshz，surf，surfcmesh(xdata,ydata,zdata)…例:

[X,Y]=meshgrid(-3:.125:3);Z=peaks(X,Y);%peaks多峰函數(shù)，生成繪圖數(shù)據(jù)矩陣mesh(X,Y,Z)%繪制三維網(wǎng)格圖meshc(X,Y,Z) %繪制出等高線meshz(X,Y,Z) %繪制出底座(窗簾)1.7

MATLAB數(shù)據(jù)可視化（繪圖）2025/4/1437surf(X,Y,Z)%繪制三維曲面圖，各線條之間的補(bǔ)面用顏色填充surfc(X,Y,Z)%繪制出等高線1.8SIMULINK動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真2025/4/1438Simulink創(chuàng)建的模型文件擴(kuò)展名為mdl。Simulink是matlab下的一個(gè)組件，采用圖形化的方式對(duì)連續(xù)或者離散系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。在命令窗口輸入simulink命令啟動(dòng)Simulink。1.8SIMULINK動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真2025/4/14391、SIMULINK常用模塊sources模塊庫(kù)主要用于對(duì)仿真模型提供輸入信號(hào)sinks模塊庫(kù)主要用于接收信號(hào)并將信號(hào)顯示出來(lái)continuous模塊庫(kù)主要用于對(duì)連續(xù)系統(tǒng)(微分方程描述)建模discrete模塊庫(kù)主要用于對(duì)離散系統(tǒng)(差分方程描述)建模Mathoperations模塊庫(kù)主要用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)操作1.8SIMULINK動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真2025/4/14402、SIMULINK基本操作模塊的選?。簭哪K庫(kù)中拖出模塊的選定：?jiǎn)螕簦K四個(gè)角出現(xiàn)四個(gè)小黑塊,按住shift，可以同時(shí)選中多個(gè)模塊模塊大小的調(diào)整：拖動(dòng)四個(gè)小黑塊中的某一個(gè);模塊方向的調(diào)整：ctrl+R模塊的刪除：del鍵模塊的命名：雙擊模塊名進(jìn)行編輯模塊參數(shù)設(shè)置：雙擊模塊圖標(biāo)進(jìn)行設(shè)置(1)模塊的基本操作Ctrl+拖動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)模塊的復(fù)制1.8SIMULINK動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真2025/4/1441(2)信號(hào)線的基本操作信號(hào)線的連接：光標(biāo)移動(dòng)到模塊輸出口，出現(xiàn)十字形時(shí)鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)到另一模塊輸入口，出現(xiàn)十字形時(shí)釋放鼠標(biāo)。快捷方式：按住ctrl鍵，連續(xù)單擊兩個(gè)欲連接的模塊。信號(hào)線的選中：鼠標(biāo)單擊，按住shift同時(shí)選中多條信號(hào)線的移動(dòng)：選中后，拖動(dòng)信號(hào)線上的小黑塊信號(hào)線的刪除：del鍵信號(hào)線的標(biāo)注：雙擊信號(hào)線，在編輯框中輸入內(nèi)容

windows常用快捷鍵ctrl+X,ctrl+C,ctrl+V,ctrl+S,ctrl+Z等同樣適用(3)模型的注釋在模型編輯窗口任意位置雙擊鼠標(biāo)，添加注釋內(nèi)容1.8SIMULINK動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真2025/4/1442(4)仿真參數(shù)配置Simulation菜單下Simulationparameters菜單項(xiàng)①設(shè)定仿真時(shí)間