第五章 MATLAB应用 ●●●●● ●●●● ●●。●●
第五章MATLAB应用
第五章 MATLAB应用 ●●● ●●●●● ●●●● ●●●●● ●●0 ●●0● MATLAB是一种科学计算软件。 MATLAB是Mat° Laboratory(矩阵实验室)的缩写。早期的 MATLAB主要 用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。使用方便、输 入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式,并且有绘 图功能,有用户自行扩展的空间,是国内外高校教学和科 学研究的常用软件 MATLAB比较易学,如果有不清楚的地方,可以通过 它的帮助(help)和演示(demo)功能得到启示。 学习 MATLAB的难点在于,它有大量函数,这些 MATLAB涵数仅基本部分就有700多个,其中常用的有 200~300个,掌握和记忆起来都比较困难
第五章MATLAB应用 MATLAB是一种科学计算软件。MATLAB是Matrix Laboratory（矩阵实验室）的缩写 。早期的MATLAB主要 用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。使用方便、输 入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式，并且有绘 图功能，有用户自行扩展的空间，是国内外高校教学和科 学研究的常用软件。 MATLAB比较易学，如果有不清楚的地方，可以通过 它的帮助（help）和演示（demo）功能得到启示。 学习MATLAB的难点在于，它有大量函数，这些 MATLAB函数仅基本部分就有700多个，其中常用的有 200~300个，掌握和记忆起来都比较困难
第五章 MATLAB应用 ●●● ●●●●● ●●●● ●●●●● ●●●● ●●0● 1993年出现了S| MULINK,是基于框图的仿真平台, SIMULINK 挂接在 MATLAB环境上,以 MATLAB的强大计算功能为基础,以直观 的模块框图进行仿真和计算。 SIMULINK提供了各种仿真工具,尤其 是它不断扩展的、内容丰富的模块库,为系统的仿真提供了极大便利 避免了在 MATLAB窗口使用 MATLAB命令和函数仿真时需要熟悉记 忆大量M函数的麻烦。 SIMULINK原本是为控制系统的仿真而建立的工具箱,在使用中 易编程、易拓展,并且可以解决 MATLAB不易解决的非线性、变系数 等问题。 支持连续系统和离散系统的仿真,支持连续离散混合系统的仿真 支持线性和非线性系统的仿真,支持多种采样频率( Multirate)系 统的仿真,也就是不同的系统能以不同的采样频率组合,这样就可以 仿真较大、较复杂的系统 各科学领域根据自己的仿真需要,以 MATLAB为基础,开发了大 量的专用仿真程序,并把这些程序以模块的形式都放入 SIMULINK中 ,形成了模块库
1993年出现了SIMULINK，是基于框图的仿真平台，SIMULINK 挂接在MATLAB环境上，以MATLAB的强大计算功能为基础，以直观 的模块框图进行仿真和计算。SIMULINK提供了各种仿真工具，尤其 是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大便利 。避免了在MATLAB窗口使用MATLAB命令和函数仿真时需要熟悉记 忆大量M函数的麻烦。 SIMULINK原本是为控制系统的仿真而建立的工具箱，在使用中 易编程、易拓展，并且可以解决MATLAB不易解决的非线性、变系数 等问题。 支持连续系统和离散系统的仿真，支持连续离散混合系统的仿真 ，支持线性和非线性系统的仿真，支持多种采样频率（Multirate）系 统的仿真，也就是不同的系统能以不同的采样频率组合，这样就可以 仿真较大、较复杂的系统。 各科学领域根据自己的仿真需要，以MATLAB为基础，开发了大 量的专用仿真程序，并把这些程序以模块的形式都放入SIMULINK中 ，形成了模块库。 第五章MATLAB应用
第五章 MATLAB应用 ●●●●● ●●●● ●●●● ●●●● ●●0● 现在 SIMULINK模块库有三级树状的子目录,在一级目录下就包 含了 SIMULINK最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容 ,之后开发的信号处理工具箱( DSP Blocks)、通信系统工具箱( comm)等也并行列入模块库的一级子目录,逐级打开模块库浏览器 ( SIMULINK Library Browser)的目录,就可以看到这些模块。 e Simulink Library Browser Bus Creator s block creates a bus signal fron its input 公 Commonly Used Blocks 如 Discontinuities Bus se1·c EH Logie and Bit Operation 如 Lookup Tab】es 如 Model veri fication 如siga1 Attributes h a Discret (1Inl ontrol System Toolbox
现在SIMULINK模块库有三级树状的子目录，在一级目录下就包 含了SIMULINK最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容 ，之后开发的信号处理工具箱（DSP Blocks）、通信系统工具箱（ Comm） 等也并行列入模块库的一级子目录，逐级打开模块库浏览器 （SIMULINK Library Browser）的目录，就可以看到这些模块。 第五章MATLAB应用
第五章 MATLAB应用 ●●●●● ●●●● ●●●● ●●●● ●●0● 从 SIMULINK41开始,有了电力系统模块库( Power System°° Blockset),该模块库主要由加拿大 HydroQuebec和 TECSIM Internationa公司共同开发。在 SIMULINK环境下用电力系统模块库 的模块,可以方便地进行RLC电路、电力电子电路、电机控制系统和 电力系统的仿真 T Simulink Library Browse File Edit View Help dA reaker: Implements a circuit breaker with internal re required b了the model and cannot be set to zero Report Generator Linear Transformer Robust Control Toolbox 本书中电力电子和电力:3mx H1。cks Multi-Winding Trans former 拖动控制系统的仿真就是在 ersystems Nutual Inductance t7 Neutral MATLABISIMULINK环境下, 日 Extra Library Parallel RlC Branch 主要使用电力系统模块库和 H Control Blocks E Discrete asurements 叶Pa11 RIC Load S| MULINK两个模块库进行。 MEasurements Phasor Library Pi Section Line Cat
从SIMULINK 4.1开始，有了电力系统模块库（Power System Blockset），该模块库主要由加拿大HydroQuebec和TECSIM International 公司共同开发。在SIMULINK环境下用电力系统模块库 的模块，可以方便地进行RLC电路、电力电子电路、电机控制系统和 电力系统的仿真。 本书中电力电子和电力 拖动控制系统的仿真就是在 MATLAB/SIMULINK环境下， 主要使用电力系统模块库和 SIMULINK两个模块库进行。 第五章MATLAB应用
●●● ●●●●● 51 MATLAB的计算基础 ●●●● ●●●●● ●●●● ●●0● 51 MATLAB的计算基础 MATLAB的计算主要是数组和矩阵的计算,并且定义 的数值元素是复数 MATLAB函数的变量不需要事先定义,它以在命令语 句中首次出现而自然定义 511常量和变量 1.常量 MATLAB定义的数值元素是复数,因此实数是复 数虚部为零的特殊情况。常量可以是十进制数,也可以是 其他进制的数值。 复数的生成语句为x=a+bi或二=*exp(q*i) MATLAB中的常数存储格式是16位长型格式,数值有 效范围是10308~10+08
5.1 MATLAB的计算基础 MATLAB的计算主要是数组和矩阵的计算，并且定义 的数值元素是复数 MATLAB函数的变量不需要事先定义，它以在命令语 句中首次出现而自然定义 5.1.1 常量和变量 1. 常量 MATLAB定义的数值元素是复数，因此实数是复 数虚部为零的特殊情况。常量可以是十进制数，也可以是 其他进制的数值。 复数的生成语句为 或 MATLAB中的常数存储格式是16位长型格式，数值有 效范围是 ~ 。 z a b = + i z r q = exp( i) 308 10− 308 10+ 5.1 MATLAB的计算基础
●●● ●●●●● 51 MATLAB的计算基础 ●●●● ●●●● ●●●● ●●0● 2.变量变量的命名规贝 1)变量名以英文字母开始,即首字符必须是26个英文字 母之 2)变量名可以由英文字母、数字和下划线组成, MATLAB能区分字母的大小写。 3)变量名长度不超过31个字符长度。 4)如果在变量名前添加了关键词“goba”,该变量就成 为全局变量,全局变量不仅在主程序中起作用,并且在调 用的子程序和函数中起作用。定义全局变量必须在主程序 的首行,这是惯例。 MATLAB有一些规定的常量和变量 表5-1
2. 变量 变量的命名规则 1）变量名以英文字母开始，即首字符必须是26个英文字 母之一。 2）变量名可以由英文字母、数字和下划线组成， MATLAB能区分字母的大小写。 3）变量名长度不超过31个字符长度。 4）如果在变量名前添加了关键词“global”，该变量就成 为全局变量，全局变量不仅在主程序中起作用，并且在调 用的子程序和函数中起作用。定义全局变量必须在主程序 的首行，这是惯例 。MATLAB有一些规定的常量和变量 表5-1 5.1 MATLAB的计算基础
●●● ●●●●● 51 MATLAB的计算基础 ●●●● ●●●● ●●●● ●●0● 表5-1 MATLAB规定的常量和变量 常量和变量名 常量和变量名 ANS(或m)默认变量名,用于应答最近一次 的操作、运算结果 realmin 最小的实正数 虚数单位 INF(或n 无穷大 Pi 圆周率π NaN(或nan 表示不定值(即0/0) 浮点数的相对误差 nargin 函数实际输入的参数个数 ealmax 最大的实正数 nargout 函数实际输出的参数个数
表5-1 MATLAB规定的常量和变量 常量和变量名 说 明 常量和变量名 说 明 ANS(或ans) 默认变量名，用于应答最近一次 的操作、运算结果 realmin 最小的实正数 i或j 虚数单位 INF(或inf) 无穷大 Pi 圆周率π NaN(或nan) 表示不定值(即0/0) eps 浮点数的相对误差 nargin 函数实际输入的参数个数 realmax 最大的实正数 nargout 函数实际输出的参数个数 5.1 MATLAB的计算基础
●●● ●●●●● 51 MATLAB的计算基础 ●●●● ●●●● ●●●● ●●0● 51.2数组和矩阵的表示和赋值 MATLAB既支持数组的运算,也支持矩阵的运算,但 是数组与矩阵的运算有很大的不同,数组的运算对数组 中每个元素都执行相同的操作,而矩阵的运算则按线性 代数的法则进行。 维数组的表示和赋值 一维数组(行向量)是用方括号括起的一组元素(或 数),元素之间用空格或逗号分隔,组成数组的元素可 以是具体的数值、变量名或算式。如 x=[123456]y=7,8,9,1+21,3+4=[1,2,3,a,b, p=[pi,2*pi,1.3*sqr(3),(1+2)5*4]
5.1.2 数组和矩阵的表示和赋值 MATLAB既支持数组的运算，也支持矩阵的运算，但 是数组与矩阵的运算有很大的不同，数组的运算对数组 中每个元素都执行相同的操作，而矩阵的运算则按线性 代数的法则进行。 1. 一维数组的表示和赋值 一维数组（行向量）是用方括号括起的一组元素（或 数），元素之间用空格或逗号分隔，组成数组的元素可 以是具体的数值、变量名或算式。如 x=[1 2 3 4 5 6] y=[7, 8, 9, 1+2i, 3+4i] z a b c =[1, 2, 3, , , ] p=[pi, 2 pi, 1.3 sqrt(3), (1+2)/5 4] 5.1 MATLAB的计算基础
●●● ●●●●● 51 MATLAB的计算基础 ●●●● ●●●●● ●●●● ●●0● 2维数组和矩阵的表示和赋值 矩阵或数组的元素列入括号中,每行的元素间用空格 或逗号分隔,行与行之间用分号或回车键隔开。如 A=[123;456;789 表示一个3×3的矩阵 矩阵内的元素可以是数值、变量或者表达式 51.3 MATLAB的算术运算
2. 维数组和矩阵的表示和赋值 矩阵或数组的元素列入括号中，每行的元素间用空格 或逗号分隔，行与行之间用分号或回车键隔开。如 表示一个3×3的矩阵 矩阵内的元素可以是数值、变量或者表达式。 5.1.3 MATLAB 的算术运算 Α=[1 2 3;4 5 6;7 8 9] 5.1 MATLAB的计算基础