薛定宇控制系统计算机辅助设计chap2

2019/12/16控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院1第2章MATLAB语言程序设计基础薛定宇著《控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用》清华大学出版社2019/12/162控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院MATLAB语言的简洁高效性MATLAB语言的科学运算功能MATLAB语言的绘图功能MATLAB庞大的工具箱与模块集MATLAB强大的动态系统仿真功能MATLAB语言是当前国际上自动控制领域的首选计算机语言，也是很多理工科专业最适合的计算机数学语言，本课程以MATLAB为主要计算机语言。2019/12/163控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院本章主要内容MATLAB程序设计语言基础基本数学运算MATLAB语言流程控制函数编写与调试二维图形绘制三维图形表示MATLAB语言与现代科学运算2019/12/164控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.1MATLAB程序设计语言基础MATLAB语言的变量名规则由一个字母引导，后面可以为其他字符区分大小写AbcABc有效MYvar12,MY_Var12和MyVar12_错误的变量名12MyVar,_MyVar12MATLAB的保留常量eps,i,j,i=sqrt(-1),pi,NaN,Inflastwarn,lasterr2019/12/165控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院数值型数据结构双精度数值变量IEEE标准，64位(8字节)，11指数位，53数值位和一个符号位double()函数的转换其他数据类型uint8，常用于图像表示和处理，8位int8(),int16(),int32(),uint16(),uint32()2019/12/166控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院符号型变量数据类型符号型，sym(A),常用于公式推导变量声明采用变精度函数求值【例2-1】求出自然对数底的前300位有效数字2019/12/167控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院MATLAB支持的其他数据结构基本数值变量类型：双精度复数矩阵字符串型数据：用单引号括起来多维数组：是矩阵的直接扩展，多个下标单元数组：将不同类型数据集成到一个变量名下面，用{}表示结构体：A.b，引用也用A.b，不是A-b类与对象：可以定义重载函数2019/12/168控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院MATLAB的基本语句结构直接赋值语句【例2-2】表示矩阵2019/12/169控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-3】试输入复数矩阵需要避免的语句2019/12/1610控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院函数调用语句冒号表达式2019/12/1611控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-4】用不同的步距生成(0,p)间向量2019/12/1612控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院子矩阵提取基本语句格式【例2-5】子矩阵提取提取A矩阵全部奇数行，所有列提取A矩阵3,2,1行、2,3,4列构成子矩阵将A矩阵左右翻转,即最后一列排在最前面2019/12/1613控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.2基本数学运算2.2.1矩阵的代数运算2.2.2矩阵的逻辑运算2.2.3矩阵的比较运算2.2.4解析结果的化简与变换2.2.5基本数论运算2019/12/1614控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.2.1矩阵的代数运算矩阵表示矩阵转置数学表示MATLAB求解2019/12/1615控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院矩阵加减法注意其一为标量的情形矩阵乘法数学表示MATLAB表示注意相容性2019/12/1616控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院矩阵除法矩阵左除：AX=B，求XMATLAB求解：X=A\B最小二乘解矩阵右除：XA=B，求XMATLAB求解：X=B/A最小二乘解2019/12/1617控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院矩阵翻转左右翻转上下翻转旋转90o如何旋转180o？矩阵乘方A为方阵，求MATLAB实现：2019/12/1618控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院点运算矩阵对应元素的直接运算例如2019/12/1619控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.2.2矩阵的逻辑运算逻辑变量：当前版本有逻辑变量对double变量来说，非0表示逻辑1逻辑运算（相应元素间的运算）与运算或运算非运算异或运算2019/12/1620控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.2.3矩阵的比较运算各种允许的比较关系,=,,=,==,~=,find(),all(),any()实例2019/12/1621控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.2.4解析结果的化简与变换其他常用化简函数【例2-6】2019/12/1622控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院返回化简方法为因式分解方法多项式展开方法变量替换2019/12/1623控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-7】由表达式替换【例2-6】中定义多项式中的算子。该语句将得出替换的结果:2019/12/1624控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.2.5基本数论运算2019/12/1625控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-8】对下面的数据进行取整运算-0.2765,0.5772,1.4597,2.1091,1.191,-1.61872019/12/1626控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-9】3x3Hilbert矩阵的有理数变换【例2-10】求和的最大公约数、最小公倍数或2019/12/1627控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.3MATLAB语言流程控制2.3.1循环结构for结构while结构2019/12/1628控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-11】用循环求解2019/12/1629控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-12】求2019/12/1630控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-13】求满足的最小值2019/12/1631控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.3.2转移结构2019/12/1632控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2019/12/1633控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-14】用循环和语句求解的最小m2019/12/1634控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.3.3开关结构2019/12/1635控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2019/12/1636控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院和C语言的区别当开关表达式的值等于某表达式，执行该语句后结束该结构，不用break同时满足若干个条件之一，则用单元形式otherwise语句，不是default程序的执行结果和各个case顺序无关case语句中条件不能重复，否则列在后面的条件将不能执行2019/12/1637控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.3.4试探结构全新结构2019/12/1638控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.4函数编写与调试M-函数是MATLAB编程的主流方法除了M-函数外，还可以采用M-script文件M-script适合于小规模运算【例2-15】若最大值不为10000，需修改程序对m和10000值的设置，不适合于M-script2019/12/1639控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.4.1MATLAB语言函数的基本结构•nargin，nargout,varargin,varargout2019/12/1640控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-16】前面的要求，m,10000•无需修改程序2019/12/1641控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-17】编写一个函数生成•若只给出一个输入参数，则会自动生成一个方阵•在函数中给出合适的帮助信息•检测输入和返回变量的个数2019/12/1642控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2019/12/1643控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2019/12/1644控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-18】函数的递归调用：阶乘2019/12/1645控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-19】比较递归算法和循环算法在数列中应用的优劣2019/12/1646控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.4.2可变输入输出个数【例2-20】可以计算两个多项式的积用varargin实现任意多个多项式的积2019/12/1647控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.4.3inline函数和匿名函数inline函数，可以免去文件MATLAB7.02019/12/1648控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.5二维图形绘制2.5.1二维图形绘制基本语句构造向量:2019/12/1649控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2019/12/1650控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2019/12/1651控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-21】2019/12/1652控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-22】2019/12/1653控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院界面编程中的常用语句:2019/12/1654控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.5.2其他二维图形绘制语句2019/12/1655控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-23】绘制极坐标曲线2019/12/1656控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院【例2-24】在不同的区域绘制正弦信号的不同表示将一个图形窗口分割成若干个小的区域2019/12/1657控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.5.3隐函数绘制及应用隐函数【例2-25】2019/12/1658控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用东北大学信息学院2.5.4图形修饰直接采用工具栏文字修饰特殊符号表上下标分别用^和_表示优越性MA