第六讲matlab工具箱

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六讲 matlab工具箱,matlab工具箱已经成为一个系列产品，matlab主工具箱和各种工具箱（toolbox ）。,1,一、工具箱简介,功能型工具箱,通用型,功能型工具箱主要用来扩充matlab的数值计算、符号运算功能、图形建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能，能够用于多种学科。,2,领域型工具箱,专用型,领域型工具箱是学科专用工具箱，其专业性很强，比如控制系统工具箱（,Control System Toolbox）；信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）；财政金融工具箱（ Financial Toolbox）等等。只适用于本专业。,3,Matlab常用工具箱,Matlab Main Toolboxmatlab主工具箱,Control System Toolbox控制系统工具箱,Communication Toolbox通讯工具箱,Financial Toolbox财政金融工具箱,System Identification Toolbox系统辨识工具箱,Fuzzy Logic Toolbox模糊逻辑工具箱,Higher-Order Spectral Analysis Toolbox高阶谱分析工具箱,4,Image Processing Toolbox图象处理工具箱,LMI Control Toolbox线性矩阵不等式工具箱,Model predictive Control Toolbox模型预测控制工具箱,-Analysis and Synthesis,Toolbox,分析工具箱,Neural Network Toolbox神经网络工具箱,Optimization Toolbox优化工具箱,Partial Differential Toolbox偏微分方程工具箱,Robust Control Toolbox鲁棒控制工具箱,5,Signal Processing Toolbox信号处理工具箱,Spline Toolbox样条工具箱,Statistics Toolbox统计工具箱,Symbolic Math Toolbox符号数学工具箱,Simulink Toolbox动态仿真工具箱,System Identification Toolbox系统辨识工具箱,Wavele Toolbox小波工具箱,等等,6,例如：控制系统工具箱,连续系统设计和离散系统设计,状态空间和传递函数以及模型转换,时域响应（脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应）,频域响应（Bode图、Nyquist图）,根轨迹、极点配置,7,优化工具箱,线型规划和二次规划,求函数的最大值和最小值,多目标优化,约束条件下的优化,非线型方程求解,8,信号处理工具箱,数字和模拟滤波器设计、应用及仿真,谱分析和估计,FFT、DCT等变换,参数化模型,9,学科前沿最新的工具箱,模糊控制逻辑工具箱,友好的交互设计界面，自适应神经-模糊学习、聚类以及Sugeno推理,神经网络工具箱,神经网络系统具有集体运算的能力和自适应的学习能力。具有很强的容错性和鲁棒性，善于联想、综合和推广。,10,matlab6功能扩充的工具箱有：,控制系统工具箱、图象处理工具箱、,神经元网络工具箱、信号处理工具箱、,simulink仿真工具箱,Matlab6新增工具箱有：,虚拟现实工具箱,电力系统工具箱,仪器仪表控制工具箱,报告编辑工具箱,11,工具箱的扩充功能：,用户可以修改工具箱中的函数，更为重要的是用户可以通过编制 m文件来任意地添加工具箱中原来没有的工具函数。此功能充分体现了matlab语言的开发性。,12,二、通用工具箱,Matlab,主工具箱,前面课程所介绍的数值计算、符号运算、绘图以及句柄绘图都是,matlab,主,工具箱的内容，是,matlab,的基本部分，也是我们课程的重点。,Matlab,主工具箱位于：,c:matlabtoolboxmatlab,matlab,主工具箱是任何版本的,matlab,都不可缺少的。,13,除toolboxmatlab之外的工具箱，在比较完整的专业版matlab语言中有20多个工具箱。这些工具箱是需要单独选择购买的。,matlab主工具箱共有21个函数库,datafun 数据分析函数库,sonnds 声音处理函数库,dde 动态数据交换函数库,elfun 初等数学函数库,specmat 特殊矩阵函数库,14,elmat 初等矩阵和时间函数库,funfun 函数功能和数学分析函数库,general 通用命令函数库,graphics 通用图形函数库,iofun 底层输入输出函数库,lang 语言结构函数库,matfun 矩阵线性代数函数库,ops 运算符和逻辑函数库,plotxy 二维绘图函数库,plotxyz 三维绘图函数库,15,color 颜色和光照函数库,polyfun 多项式函数库,sparfun 稀疏矩阵函数库,strfun 字符串函数库,demos matlab演示函数库,matlab6新增函数库:,uitools 图形界面函数库,datatypes 数据类型函数库,graphics 句柄绘图函数库,graph3d 三维绘图,16,各函数库中的函数可用,help 函数库名,查询，或,type 函数名,方法查询,例：help plotxy,Two dimensional graphics.,Elementary X-Y graphs.,plot - Linear plot.,loglog - Log-log scale plot.,semilogx - Semi-log scale plot.,semilogy - Semi-log scale plot.,fill - Draw filled 2-D polygons.,17,Specialized X-Y graphs.,polar - Polar coordinate plot.,bar - Bar graph.,stem - Discrete sequence or stem plot.,stairs - Stairstep plot.,errorbar - Error bar plot.,hist - Histogram plot.,rose - Angle histogram plot.,compass - Compass plot.,feather - Feather plot.,fplot - Plot function.,comet - Comet-like trajectory.,18,Graph annotation.,title - Graph title.,xlabel - X-axis label.,ylabel - Y-axis label.,text - Text annotation.,gtext - Mouse placement of text.,grid - Grid lines.,See also PLOTXYZ, GRAPHICS.,19,help specmat,compan - Companion matrix.,gallery - Several small test matrices.,hadamard - Hadamard matrix.,hankel - Hankel matrix.,hilb - Hilbert matrix.,invhilb - Inverse Hilbert matrix.,magic - Magic square.,pascal - Pascal matrix.,toeplitz - Toeplitz matrix.,vander - Vandermonde matrix.,20,2. 符号运算工具箱,主要功能以符号为对象的数学。,在大学教学中，符号数学是各专业都能用到的。,符号运算无须事先对独立变量赋值,，运算结果以标准的符号形式表达。,特点：, 运算对象可以是没赋值的符号变量, 可以获得任意精度的解,21,符号运算的功能,符号表达式、符号矩阵的创建,符号可变精度求解,符号线性代数,因式分解、展开和简化,符号代数方程求解,符号微积分,符号微分方程,22,例如：,z =a*t2+b*t+c;,r =solve(z,t) 对缺省变量求解,r =,1/2/a*(-b+(b2-4*a*c)(1/2),1/2/a*(-b-(b2-4*a*c)(1/2),23,对任意变量求解,r =solve(z,b),r =,-(a*t2+c)/t,r =solve(z,c),r =,-a*t2-b*t,r =solve(z,a),r =,-(b*t+c)/t2,24,3. Simulink动态仿真工具箱,simulink工具箱简介,simulink 是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境，,使得matlab的功能得到进一步扩展，它可以非常容易的实现可视化建模，把理论研究和工程实践有机的结合在一起。,大部分专用工具箱只要以matlab主包为基础就能运行，有少数工具箱（通讯工具箱、信号处理工具箱等）则要求有simulink工具箱的支持。,25,由于matlab和simulink是集成在一起的，因此用户可以在两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。,不用命令行编程，由方框图产生m文件（s函数）,当创建好的框图保存后，相应的m文件就自动生成，这个.m文件包含了该框图的所有图形及数学关系信息。,框图表示比较直观，容易构造，运行速度较快。,26,Simulink优点,适应面广：包括线性、非线性系统；离散、连续系统,结构和流程清晰：以方块图形式呈现，,仿真精细、贴近实际,27,simulink 的模型：,simulink模型在视觉上表现为方框图，在文件上则是扩展名为m的ASCII代码（matlab6是扩展名为mdl的ASCII代码）；在数学上体现为一组微分方程或差分方程；在行为上模拟了物理器件构成的实际系统的动态特性。,simulink 的一般结构：,输入,系统,输出,28, 仿真原理,当在框图视窗中进行仿真的同时，matlab 实际上是运行保存于simulink内存中s函数的映象文件，而不是解释运行该m文件。,s函数并不是标准m文件，它m文件的一种特殊形式。, 结构图创建方法,一个动态系统的创建过程，就是一个方框图的绘制过程,29,具体步骤：,在matlab命令窗口键入simulink,信号源库,离散模块库,非线性模块库,其它模块库,仿真连接模块库,线性模块库,输出模块库,30,选则,Fine,菜单,New,选项，出现一个新窗口，即可绘制结构图。,31,32,例：模拟一个微分方程,x = -2x + u,u,x,x,-2x,.,.,33,方框图绘制完毕，一个动态系统模型也就创建好了。,选择File菜单Save保存图形，就自动生成一个可在matlab命令窗口运行的m文件。,然后就可用simulation菜单中start开始仿真了。,34,仿真结果 ：,35,36,37,t,x,y=sim(sim5,20);,plot(t,y),plot(t,yout),38,三、工具箱和工具箱函数的查询办法,matlab,的目录结构,目录树,c:,matlab,bin,c:,matlab,extern,c:,matlab,simulink,c:,matlab,toolbox,comm,c:,matlab,toolboxcontrol,c:,matlab,toolboxsymbolic,.,.,.,39,matlabbin 该目录包含matlab系统运行文件，matlab帮助文件及一些必需的二进制文件。,matlabextern 包含MATLAB与 C, FORTRAN 语言的交互所需的函数定义和连接库。,matlabsimulink 包含建立simulink MEX-文件所必需的函数定义及接口软件。,matlabtoolbox 各种工具箱，Math Works公司提供的商品化matlab工具箱有30多种。toolbox目录下的子目录数量是随安装情况而变的。,40,2. 工具箱,matlab toolbox工具箱在windows下由目,录检索得到。,也可以在matlab下得到，启动matlab后,cd_ . matlab缺省目录是bin，回到,matlab目录下,cd_toolbox,41,dir 工具箱清单,. compiler fixpoint lmi nag qft,. control fuzzy local ncd robust,ada symbolic dspblks hosa matlab nnet,signal uitools codegen fdident ident mpc,optim simulink wavelet comm finance splines,pde esmutools stats,42,3. 工具箱函数清单的获得,所有工具箱中都有函数清单文件contents.m,可用各种方法得到工具箱函数清单, 执行在线帮助命令,help 工具箱名称,列出该工具箱中contents.m的内容，显示该工具箱中所有函数清单,例如： help symbolic,help optim,函数的查询：help 函数名,43,使用type命令得到工具箱函数的清单,type signalcontents,type optimcontents, 如果在当前工具箱目录下可用,help contents,type contents 得到该工具箱的函数清单, 由于contents .m为文本文件，可以通过任何文本编辑器打开阅读,如：edit、 word、写字板、记事本,44,4. matlab函数的查阅与定位,which 函数名 给函数定位,例如:,which laplace,d:matlab42toolboxsymboliclaplace.m,which fft2,d:matlab42toolboxmatlabdatafunfft2.m,which poly,d:matlab42toolboxmatlabpolyfunpoly.m,45,which constr,d:matlab42toolboxoptimconstr.m,which plot,plot is a built-in function.,which 命令只能定位matlab的外部命令，而对内部命令是无效的。,matlab内部函数只能通过contents.m工具箱清单文件来查询,46,实验补充,matlab函数的查询与定位,在matlab命令窗口键入peaks,type peaks 得到peaks.m函数的清单,试确定下面matlab函数在工具箱中的位置,if nargin isstudent meshgrid max,disp surf axis xlabel,47,小 结,能够熟练掌握通用工具箱函数的用法,能够绘制simulink仿真结构图,掌握matlab工具箱函数的查询与定位,48,