1、计算机仿真视频辅导,主讲人：张 莉2014年5月,内容安排,一、Matlab 的交互式计算 二、Matlab 的图形绘制三、Matlab 的编程基础四、Matlab 的句柄操作五、Simulink 仿真环境,一、交互式计算,- 基本功能 支持计算器计算模式 执行简短的指令序列 调试函数或脚本部分指令序列 - 与脚本和函数的关系 脚本: 重复执行的指令序列 函数: 重复调用的指令序列,一、交互式计算 (续),基本的变量 - 向量 一维的矩阵 行表示: 元素用空格分隔 列表示: 元素用分号分隔 - 矩阵 两维的数组 行内元素用空格分隔 列间元素用分号分隔,元素的访问 x(2) 向量 x 的第二个元
2、素A(3,3) 矩阵 A 第三个对角元素,变量赋值的交互方法 - 基本格式 变量名 = 表达式 - 表达式注解 数值, 变量和函数通过操作符组合而成 手工输入方式 函数返回方式 (内嵌的或自己的) 外部加载方式 (.mat数据文件),一、交互式计算 (续),手工创建方式, A = 3 2; 3 1; 1 4 A = 3 2 3 1 1 4 x = 5; 7; 9; 2 x = 5 7 9 2,一、交互式计算 (续),交互创建的辅助工具 - 矩阵转置 操作符: - 特殊矩阵 全零矩阵: zeros(m,n) 全一矩阵: ones(m,n) 对角矩阵: diag(v) 单位矩阵： eye(n) 随
3、机矩阵： rand(m,n), v=2 4 1 7; w=v w= 2 4 1 7,一、交互式计算 (续),创建向量的有用函数 - 线性增量序列模式 基本格式 linspace(startValue, endValue) linspace(tartValue, endValue, nElements) 注解: 缺省 nElements=100 u=linspace(0,0.25,5) u= 0 0.0625 0.1250 0.1850 0.2500,生成行向量,一、交互式计算 (续),- 指数增量序列模式 基本格式 logspace(startValue, endValue) logspace
4、(tartValue, endValue, nElements) 注解: 从 10startValue 到 10endValue u=logspace(1,4,4) u= 10 100 1000 10000 A=diag(u) A= ?,一、交互式计算 (续),使用冒号创建向量 - 基本格式startValue: endValue startValue: increment: endValue 注解：缺省增量为单位值 s=1:4 s = 1 2 3 4 t=0:0.1:0.4 t= 0 0.1 0.2 0.3 0.4,一、交互式计算 (续),Matlab绘图: 功能函数 - 二维图形 - 图形
5、修饰与控制 - 三维图形,二、图形绘制,二维图形 - plot 二维曲线绘图函数 基本形式 plot(x,y,s) x，y 是相同类型的等长向量 s 可选用于控制图形属性 原理: 点线 输入: 点坐标向量 输出: 插值曲线,二、图形绘制（续）,函数 Plot 常用的使用格式 - plot(x): 缺省自变量 - plot(x,y): 单条曲线 - plot(x1,y1,x2,y2,): 多条曲线 - plot(x,y,s): 带属性修饰的曲线 - s : 属性开关描述自符串变量,二、图形绘制（续）,图形颜色、标记和线形参数表,二、图形绘制（续）,图形的修饰与控制函数 title 给图形加标题
6、xlable 给x轴加标注 ylable 给y轴加标注 text 在图形指定的任意位置加标注 gtext 利用鼠标将标注加到图形任意位置 grid on/off 打开/关闭坐标网格线 legend 添加图例 axis 控制坐标轴刻度,二、图形绘制（续）,图形保持函数 hold 功能: 实现异步绘图的迭加对比 clear t=0:pi/10:2*pi; y1=sin(t); y2=cos(t); y3= sin(t)-cos(t);,plot(t,y1);hold on; %后续图形叠加显示plot(t,y2);plot(t,y3);,二、图形绘制（续）,图形分割函数 subplot 功能: 实
7、现多个图形窗口 clear t=0:pi/10:2*pi; y1=sin(t); y2=cos(t); y3=cos(t+pi/2); y4=cos(t+pi);,%将图形窗口分割成两 行两列，图形画在 第1行第1列的窗口subplot(2,2,1);plot(t,y1);%图形画在第1行第2列subplot(2,2,2); plot(t,y2);,二、图形绘制（续）,3D曲线绘图函数 plot3 功能: 实现三维曲线绘图 使用的一般格式 plot3(x1, y1, z1, s1, x2, y2, z2, s2) clear t=0:pi/50:10*pi; plot3(t,sin(t),co
8、s(t),r:) grid on,二、图形绘制（续）,其它绘图方式 - 命令格式 plot: 2D曲线绘图 plot3: 3D曲线绘图 loglog：对数坐标绘图 semilogx: 横对数坐标图 semilogy: 纵对数坐标图 plotyy: 双纵坐标图,二、图形绘制（续）,程序设计概述 - 基本概念 程序: 数据结构+算法 注解: 数据结构定义操作对象 算法定义求解过程 - 必要性 问题求解需要复杂算法 交互计算方式难以满足,三、编程功能,M-文件概述 m-编辑器: 创建以m为结尾标志的asccii文件 分类：脚本文件/函数文件 - 脚本文件(script) 执行批处理行命令 文件名：默
9、认的宏命令 全局性：与工作空间共享变量名 适用性：实现小规模简单的问题求解,三、编程功能（续）,- 函数文件 创建用户自己功能函数的方式 允许参数传递机制定制求解 允许局部变量，与工作空间隔离 允许函数嵌套，子函数方式 主函数：第一行定义的函数 子函数：被同一文件其他函数调用的函数,三、编程功能（续）,- m-文件的结构 脚本文件 文件体：行命令序列的集合 再提醒：文件名即为批处理命令名 没有输入和输出 所有变量均保留在工作空间 函数文件 函数定义行：申明和定义函数名/输入输出变量 全局变量申明和定义 程序体：程序指令集合（包括函数调用） 再提醒：函数名与文件名一致,三、编程功能（续）,- 创
10、建一个脚本文件 % An M-file script to produce % Comment lines % flower petal plots theta = -pi:0.01:pi; % Computations rho(1,:) = 2*sin(5*theta) . 2; rh(1,:)= 2sin(5t)2 ; rho(2,:) = cos(10*theta) . 3; rh(2,:)= cos(10t)3 ; rho(3,:) = sin(theta) . 2; rh(3,:)=sin(t)2 ; rho(4,:) = 5*cos(3.5*theta) . 3; rh(4,:)=
11、5cos(3.5t)3; for k = 1:4 polar(theta, rho(k,:) % Graphics output title(rh(k,:); pause end,三、编程功能（续）,- 创建一个简单的m-函数文件 1：function f = fact(n) 2：% Compute a factorial value. 3：% FACT(N) returns the factorial of N 4：% usually denoted by N! 5： 6：% Put simply, FACT(N) is PROD(1:N). 7：f = prod(1:n); 第1行：函数定
12、义行函数名/输入/输出 第2行：帮助提要-help目录/lookfor回应 第3/4行：帮助详细信息-help函数回应 第6行：程序注释行 第7行：程序体,三、编程功能（续）,句柄图形概述 句柄图形（Handle Graphics） 是一种面象对象的绘图系统 直接创建线、文字、网线、面 也可以用于生成图形用户界面 已讲解的绘图函数(plot/mesh)(high-level) 通过调用各种句柄图形指令(low-level) 实现各种绘图功能,四、句柄操作,句柄图形功能和关系 Matlab图形=图形对象以递阶结构组成,UI Controls,(UI 控制元件),Images,（图像),Lines
13、,(线段),Patches,(贴片),Surfaces,(曲面),Texts,(文字),Lighting,(光照),Axes,(图轴),UI menus,(UI 菜单),Figures,(图形视窗),Root,(桌面),四、句柄操作（续）,Matlab图形的构成 必须的成分 - 根对象(根屏幕) - 图形窗(Figure Windows) 根对象(屏幕)的句柄总是数字 0 图形窗的句柄总是正整数 其余对象的句柄则是双精度浮点数,四、句柄操作（续）,对象的属性(Properties) - 定义和刻画对象的外貌和性状- 由两部分组成：属性名和属性值二元对 (Property-Name, Prope
14、rty-Value) 属性名和属性值总是成对出现的 属性名是描述的英文词组字符串 第一个字母大写/单词间没有空格 例如 LineStyle，ColorMap 等 通过编辑修改属性值可以改变图形,四、句柄操作（续）,- 对象句柄的获取 1.图形创建方式 H_GC= GraphicCommand() % GraphicCommand 图形创建函数 % H_GC 所创建图形句柄 例如: h = figure; % 返回图形窗口句柄 x,y,z = peaks; c,h = contour(x,y,z);,c 轮廓线数据矩阵,四、句柄操作（续）,- 对象属性的获取与设定 get/set方式 get(H
15、) 获取H句柄对象所有属性值 get(H,PN) 获取H句柄对象的PN属性 set(H) 显示 H句柄对象的所有可设 置属性名和全部供选属性值 set(H,PN) 显示H句柄对象PN指定 属性名的全部供选属性值,四、句柄操作（续）,Simulink 概述Simulation + Link - Simulink是一种仿真工具和环境 寄生在Matlab环境(共享工作空间) 完成对系统的建模, 仿真和分析 采用基于时间模块化框图 (Time-based Block Diagram) 支持拖放(drag & place)的交互设计 有内嵌建模模块库(block library),五、Simulink工
16、具,- Simulink 建模模式模块框图描述方式 模块单元: 内部状态的描述 输入输出信号引角 模块的几何属性 模块连接: 一个模块输出作为另一模块输入 模块框图: 由若干模块通过信号线连接形成 框图模型: 定义了系统信号、状态的关联 框图运算: 指定起始时间到终止时间,五、Simulink工具（续）,- Simulink 建模模块 模块的定义 几何属性(外观修饰)定义 模型结构定义 模型参数定义,五、Simulink工具（续）,- 模块的结构定义 - 模块的参数定义,设定端口数据类型,设增益值,五、Simulink工具（续）,- Simulink 交互式图形界面(续) 编辑模块框图 复制/
17、删除/粘贴模块/信号线 设置/修改模块-信号线结构属性 设置/修改模块的模型参数 模块框图文件 Fileopen/new/save/save as/ 确省后缀名: *.mdl 启动交互式界面 激活 Matlab 工具拦图标,五、Simulink工具（续）,模块库浏览器,五、Simulink工具（续）,模块框图编辑器,五、Simulink工具（续）,- Simulink模块化框图建模实例 静态模型建模 任务: 正余旋模拟双通道信号观测仪 模块框图: 正旋信号发生器：信源模块库 Source 多通道信号合成器：信号路由库 Signal Routing 多通道示波器: 信宿模块库 Sink 生成余旋
18、的积分运算: 数学函数库 Math,五、Simulink工具（续）,- Simulink模块化框图建模实例(续),从信源模块库中选取摸板(拖)创建正旋信号发生器(放),五、Simulink工具（续）,- Simulink模块化框图建模实例(续) 依次创建所需的模块单元:,五、Simulink工具（续）,依次创建信号连接线,五、Simulink工具（续）,正旋信号发生器模块参数设定Sine Wave Block Parameters Amplitude = 1 Frequency(rad/sec) = 0.25 * 2*pi Phase(rad) = 0 Sample Time = 0,五、Simulink工具（续）,积分器模块参数设定 Integrator Block Parameters External Reset = None Initial Conditions = 0 Limit output = Not Checked Show saturation point = Not Checked Show state port = Not Checked Absolute tolerance = auto,五、Simulink工具（续）,Simulink工具箱 (续),仿真参数设定 激活工具栏运行按钮 双击示波器图标 显示获取的信号,图形与匹配窗口,预祝大家考试顺利！,
