MATLAB仿真实例

实际应用MATLAB/Simulink的推出得到了各个领域专家学者的关注，为各个层次的研究人员提供了有力的工具。本章将介绍MATLAB在信号处理、图像处理和自动控制领域的应用。目录1信息处理领域2图像处理领域3自动控制领域1信息处理领域1.1工具箱介绍1.2模型集介绍1.3实例在计算机中，所有的信号都是离散信号，因此在使用MATLAB/Simulink进行信号处理之前，先要将时间信号进行离散化处理。1.1工具箱介绍信号处理工具箱将大量函数分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。波形产生（WaveformGeneration）滤波器分析（FilterAnalysis）滤波器实现（FilterImplementation）4．线性系统变换（LinearSystemTransformations）5．FIR滤波器设计（FIRDigitalFilterDesign）6．IIR滤波器设计（IIRDigitalFilterDesign）7．IIR滤波器的阶评估（IIRFilterOrderEstimation）8．变换（Transforms）9．统计信号处理和谱分析（StatisticalSignalProcessingandSpectralAnalysis）10．窗函数（Windows）11．参数化建模（ParametricModeling）12．特殊操作（SpecializedOperations）13．模拟低通滤波器原型（AnalogLowpassFilterPrototypes）14．模拟滤波器设计（AnalogFilterDesign）15．模拟滤波器转换（AnalogFilterTransformation）16．滤波器离散化（FilterDiscretization）17．模对数倒谱分析（CepstralAnalysis）18．线性预测（LinearPrediction）19．多速信号处理（MultirateSignalProcessing）20．图形用户界面（GraphicalUserInterfaces）1.2模型集介绍信号处理模型集将大量模块分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。评估工具（Estimation）滤波工具（Filtering）数学函数（MathFunctions）输入输出接口（Platform-SpecificI/O）调制解调器（Quantizers）信号管理（SignalManagement）信号操作（SignalOperations）信号处理信宿（SignalProcessingSinks）信号处理信源（SignalProcessingSources）统计工具（Statistics）信号转换工具（Transform）1.3实例运行该模型，并在命令窗口输入如下代码：figurestem(yout)运行结果如下图所示。M文件的具体代码序列如下：b=[0.20.10]；a=[1-0.4-0.5]；h=impz(b,a,64)；%计算脉冲响应figurestem(h)title('IMPZfunction')运行结果也如下图所示。2图像处理领域1．二进制图像2．索引图像3．灰度图像4．多帧图像5．RGB图像MATLAB提供了图像处理工具箱，并且Simulink提供了视频和图像处理模型集。图像类型即数组数值与像素颜色之间定义的关系，在MATLAB中有以下5种类型的图像。1．二进制图像在一幅二进制图像中，每一个像素将取两个离散数值中的一个。二进制图像使用unit8或双精度类型的数组类存储，下图是一幅典型的二进制图像实例。2．索引图像索引图像是一种把像素值直接作为RGB调色板下标的图像。在MATLAB中，索引图像包含一个数据矩阵X和一个颜色映射矩阵map。下图显示了索引图像的结构。3．灰度图像灰度图像通常由一个unit8、unit16或双精度类型的数组来描述。下图为一个典型的双精度灰度图像。4．多帧图像多帧图像是一种包含多幅图像或帧的图像文件，它主要用于需要对时间或场景集合进行操作的场合，在MATLAB中它是一个4维数组，其中第4维用来指定帧的序号。5．RGB图像RGB图像又称为真彩图像，它是利用R、G、B三个分量标识一个像素的颜色，R、G、B分别代表红、绿、蓝3种不同的颜色，通过三基色可以合成出任意颜色。下图为一幅典型的双精度RGB图像，在此图中为了确定像素（2，3）的颜色，需要查看一组数据RGB（2，3，1：3）。2.1工具箱介绍图像处理工具箱将大量函数分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。图像输入、输出和显示（ImageInput,Output,andDisplay）交互式组件工具（ModularInteractiveTools）空间变换和注册（SpatialTransformationandRegistration）图像分析和统计（ImageAnalysisandStatistics）图像数学算法（ImageArithmetic）图像扩展和修补（ImageEnhancementandRestoration）线性滤波和变换（LinearFilteringandTransforms）形态操作（MorphologicalOperations）图像指定区域工具（Region-Based,Neighborhood,andBlockProcessing）图像颜色工具（ColormapandColorSpaceFunctions）其他函数（MiscellaneousFunctions）2.2模型集介绍视频和图像处理模型集将大量模块分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。分析和扩展（Analysis&Enhancement）变换工具（Conversions）滤波工具（Filtering）几何变换（GeometricTransformations）形态操作（MorphologicalOperations）信宿工具（Sinks）信源工具（Sources）统计工具（Statistics）文本和图片工具（Text&Graphics）转换工具（Transforms）应用工具（Utilities）2.3实例运行结果如下图所示。M文件的具体代码序列如下：RGB=imread(‘mcr_splash.bmp’)；I=rgb2gray(RGB)；imshow(I,[])运行结果如下图所示。3自动控制领域10.3.1工具箱介绍10.3.2实例MATLAB提供了控制系统工具箱（ControlSystemToolbox），但在Simulink没有提供专门的模型集，而Simulink的现有模型集足以完成控制系统的计算和仿真。3.1工具箱介绍控制系统工具箱将大量函数分成若干类，以方便按功能查找，以下列出主要的类。一般工具（General）线性模型创建（CreatingLinearModels）数据提取（DataExtraction）变换工具（Conversions）系统互连（SystemInterconnections）系统增益和特性（SystemGainandDynamics）时域分析（TimeDomainAnalysis）频域分析（FrequencyDomainAnalysis）经典设计（ClassicalDesign）极点配置（PolePlacement）最优设计（LQR/LQGDesign）状态模型（State-SpaceModel）时延（TimeDelays）模型维数和特性（ModelDimensionsandCharacteristics）重载的数学运算（OverloadedandArithmeticOperators）矩阵方程求解器（MatrixEquationSolvers）命令行绘图工具（Command-LinePlotCustomization）3.2实例ss+22TransferFcnTToWorkspaceYToWorkspaceStep0Clock运行该模型，并在命令窗口输入如下代码：plot(T,Y)运行结果如下图所示。M文件的具体代码序列如下：num=[10]；den=[102]；step(num,den,10)运行结果如下图所示。