MATLAB工具箱.ppt

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,*,School of Mathematics and Information Sciences of Henan University,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,）。,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。,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。,Matlab,常用工具箱,Matlab,Main Toolbox,matlab,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,Bioinformatics,Toolbox,生物分析工具箱,Image Processing Toolbox,图象处理工具箱,Database Toolbox,数据库工具箱,Model predictive Control Toolbox,模型预测控制工具箱,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,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,Virtual Reality,Toolbox,虚拟现实工具箱,Wavelet Toolbox,小波工具箱,等等,.,而且每个新出的版本都在增加、更新完善。,控制系统工具箱,Control System Toolbox,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,遗传算法和直接搜索工具箱,是针对,MATLAB,优化处理算法的扩展，它在,MATLAB,和,Optimization Toolbox,的基础上，提供遗传算法和直接搜索的基本功能。,使用遗传算法工具箱的两种方法：,直接在命令窗口使用函数。,x,fval,=,ga(fitnessfun,nvars,options),2.,图形界面互动操作方法,可选内部函数,ackleyfcn,或者,rastriginsfcn,Rastrigins,Function,可以设置参数来调整显示结果,直接搜索算法,同样有两种类似的运行方法,优化工具箱,Optimization Toolbox,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,Demo,：,toolbox/optimization,求解线性规划,线性规划是一种优化方法，,Matlab,优化工具箱中有现成函数,linprog,对如下式描述的,LP,问题求解：,解,:,编写,M,文件小,xxgh1.m,如下：,c=-0.4-0.28-0.32-0.72-0.64-0.6;,A=0.01 0.01,0.01,0.03,0.03,0.03;0.02 0 0 0.05 0 0;0 0.02 0 0 0.05 0;0 0 0.03 0 0 0.08;,b=850;700;100;900;,Aeq,=;,beq,=;,vlb,=0;0;0;0;0;0;,vub,=;,x,fval,=,linprog(c,A,b,Aeq,beq,vlb,vub,),解,:,编写,M,文件,xxgh2.m,如下：,c=6 3 4;,A=0 1 0;,b=50;,Aeq,=1 1 1;,beq,=120;,vlb,=30,0,20;,vub,=;,x,fval,=,linprog(c,A,b,Aeq,beq,vlb,vub,),信号处理工具箱,Signal Processing Toolbox,数字和模拟滤波器设计、应用及仿真,谱分析和估计,FFT,、,DFT,等变换,参数化模型,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。,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。,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。,除,toolbox,matlab,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,31,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,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,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,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.,Graph annotation.,title -Graph title.,xlabel,-X-axis label.,ylabel,-Y-axis label.,text -Text annotation.,gtext,-Mouse placement of text.,grid -Grid lines.,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,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,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),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)/t2,3.,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。,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。,Simulink,优点,适应面广：包括线性、非线性系统；离散、连续系统；定性系统。,结构和流程清晰：以方块图形式呈现,仿真精细、贴近实际,可实现物理仿真；计算机仿真；半实物仿真；虚拟仿真；构造仿真。,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（,matlab7,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,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，它可以是,m,文件，也可以是,c,或,c+,程序，通过一定的规则让,simulink,的模型或模块能够被调用。,例：连体弹簧振子运动仿真模型,dblcart1,击三角运行仿真模型,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,具体步骤：,在,matlab,命令窗口键入,simulink,或者单击,simulink,快捷键,例：对满足,数学规律的过程进行仿真，结果用示波器来显示，仿真时间,t,为,10,个单位。,解题思路：本题需要积分模块,(,积分模块的输入为 ，输出为,x),、正弦波模块作为数学处理的模块。,例：模拟一个微分方程,x=-2x+u,u,x,x,-2x,.,.,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。,仿真结果：,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:matlabbin,c:matlabextern,c:matlabsimulink,c:matlabtoolboxcomm,c:matlabtoolboxcontrol,c:matlabtoolboxsymbolic,.,.,.,matlab,bin,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。,matlab,extern,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。,matlab,toolbox,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。,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,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,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,使用,type,命令得到工具箱函数的清单,type signalcontents,type,optim,contents,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,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,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,工具箱的添加,很多时候我们要将一个工具箱添加到到系统中来运行。,如果是,Matlab,安装光盘上的工具箱，重新执行安装程序，选中即可。,如果是单独下载的工具箱，一般情况下仅需要把新的工具箱解压到某个目录,(,例如,toolbox,目录下,),，然后用,addpath,(,对于多个目录的使用,genpath,(),或者,pathtool,添加工具箱的路径，然后用,which,newtoolbox_command.m,来检验是否可以访问。如果能够显示新设置的路径，则表明该工具箱可以使用了。,具体请看工具箱自己代的,readme,文件。,如果是自己编写的工具箱添加方法同上。,本课程结束！,谢谢各位！,