电力系统的MATLABSIMULINK仿真与应用第2章

第2章MATLAB编程基础第2章MATLAB编程基础2.1MATLAB的工作环境2.2MATLAB语言的基本元素2.3矩阵的MATLAB运算2.4MATLAB的程序流程控制2.5M文件的编写2.6MATLAB的图形绘制2.7MATLAB编程仿真与应用习题第2章MATLAB编程基础2.1MATLAB的工作环境2.1.1MATLAB程序主界面安装完MATLAB7.0软件并重新启动计算机后，在Windows桌面上将出现MATLAB的软件图标。鼠标双击该图标，就可进入MATLAB的工作环境，显示默认的程序主界面，如图2-1所示。默认的程序主界面主要包括下列区域：①菜单；②工具栏；③命令窗口；④当前路径浏览器；⑤工作空间浏览器；⑥命令历史浏览器。这些命令子窗口使得MATLAB本身的操作更容易、方便。第2章MATLAB编程基础图2-1MATLAB7.0的程序主界面第2章MATLAB编程基础1.菜单菜单功能与其它通用软件开发环境基本一致，可进行文件、编辑、调试、窗口和帮助等各主体功能菜单操作。这里仅介绍与MATLAB学习密切相关的文件类型的相关内容。(1) [FileNewM-File]：进入文本编辑窗界面，建立一个文本文件，实现MATLAB命令文件的输入、编辑、调试、保存等处理功能，保存时文件后缀名为 .m。(2) [FileNewFigure]：进入图形窗界面，建立一个图形文件，实现MATLAB图形文件的显示、编辑、保存等处理功能，保存时文件名后缀为 .fig。第2章MATLAB编程基础(3) [FileNewModel]：建立一个SIMULINK模型文件，实现SIMULINK仿真模型的建模、仿真、调试、保存等处理功能，保存时文件名后缀为 .mdl。这三种文件是MATLAB/SIMULINK最重要的文件类型，在后面章节中将详细论述。2.工具栏这里仅介绍SIMULINK中特有的工具图标，其它图标与大部分常用软件开发环境下的图标基本一致。第2章MATLAB编程基础：进入SIMULINK仿真环境界面，作用相当于在MATLAB的命令窗口中输入simulink命令并按回车键。：进入MATLAB的联机帮助环境界面，允许用户进行帮助文档阅读、根据关键词的帮助查询、查看演示范例。：可进行MATLAB当前工作目录的设置，点击进入当前工作目录选择界面。第2章MATLAB编程基础3.命令窗口命令窗口位于图2-1所示MATLAB程序主界面的最右边，是用户与MATLAB人机交互的主要环境。在提示符“”后键入MATLAB命令并回车确认，该命令窗口中将立即显示执行结果。表2-1所示为命令窗口中的常用指令，对用户的操作非常有用。第2章MATLAB编程基础表2-1命令窗口中的常用指令命令或键名功能clearclearabc清除当前工作空间中的全部变量清除当前工作空间中的指定变量a、b、chome清除命令窗口中所有内容并将光标移动到左上角clc擦除工作窗口中所显示的所有内容pack整理内存碎片以扩大内存空间↑前寻式调出已输入过的命令行↓后寻式调出已输入过的命令行第2章MATLAB编程基础【例2.1】编写勾股定理的MATLAB指令，计算c值。2243bacba解：在命令窗口中输入如图2-2所示命令并回车确认，其中sqrt和^2分别为MATLAB内置的开方函数和平方表达式，详见2.3.1节。结果显示c=5。第2章MATLAB编程基础图2-2命令窗口中输入指令并返回结果第2章MATLAB编程基础在命令窗口中，很容易判断某条语句是命令还是结果。命令行均以提示符“”开头，计算结果不带提示符。4.当前路径浏览器点击图2-1所示MATLAB软件主界面左上窗口中的“CurrentDirectory”属性页，激活当前路径浏览器，如图2-3所示。当前工作路径中所有文件夹及所有类型的文件名均显示于此窗口中。用户可在此窗口中进行类似于一般文件夹中的管理工作，如新建或删除文件夹、删除或重命名文件、打开目标文件等。第2章MATLAB编程基础图2-3当前路径浏览器窗口第2章MATLAB编程基础5.工作空间浏览器当MATLAB启动后，系统自动在内存中开辟一块存储区用于存储用户在MATLAB命令窗口中定义的变量、运算结果和有关数据，此内存空间称为MATLAB的工作空间(workspace)。工作空间在MATLAB刚启动时为空，用户退出MATLAB后，工作空间的内容将不再保留。点击图2-1所示MATLAB程序主界面左上窗口中的“Workspace”属性页，激活工作空间浏览器，如图2-4所示。在此窗口中可以对工作空间进行管理。第2章MATLAB编程基础图2-4工作空间浏览器窗口第2章MATLAB编程基础如同例2.1，在输入实现勾股定理的命令语句并执行后，系统工作空间管理窗中显示的信息如图2-4所示。可见，在执行命令过程中，用户在MATLAB命令窗口中定义的变量和运算结果确实都已经存储在工作空间中。用户可方便地查看当前工作空间中存在的变量和值，而且还可进行新变量定义、变量删除、保存等管理。6.命令历史浏览器命令历史浏览器位于图2-1所示MATLAB程序主界面的左下角，属性页名称为CommandHistory。如图2-5中所示，此窗口按时间顺序完整地记录了曾经在MATLAB工作窗口中输入并执行过的命令语句。第2章MATLAB编程基础图2-5命令历史浏览器窗口第2章MATLAB编程基础通过命令历史浏览器，可实现的功能如下：(1)方便地按顺序查看输入命令的记录。(2)双击单条命令行，可使其立即执行，而不用用户重新输入命令行。(3)按住“Ctrl”键并单击鼠标左键可选中多条命令行，再单击鼠标右键，在弹出菜单中选择“CreateM-File”选项，可将选中的多条命令行作为一个文件进行编辑和保存。第2章MATLAB编程基础2.1.2文本编辑窗口MATLAB编程有两种工作方式：一种称为行命令方式，就是在工作窗口中一行一行地输入程序，计算机每次对一行命令做出反应，因此也称为交互式的指令行操作方式；另一种工作方式为M文件编程工作方式。编写和修改M文件就要用到文本编辑窗口。表2-2列出了这两种工作方式的简单比较。第2章MATLAB编程基础表2-2MATLAB编程两种工作方式比较比较项交互式的指令行操作方式M文件编程工作方式工作过程用户在工作窗口中按MATLAB语法规则输入命令行后回车确认，系统将执行该命令并给出运算结果当用户在工作窗口中输入M文件名并回车确认后，系统将自动搜索该文件。若该文件存在，则系统将按M文件中语句所规定的计算任务以解释方式逐一执行语句并返回运算结果优点简便易行，交互性强输入、编辑和调试、保存简便缺点当要解决的问题变得复杂后，输入、编辑和调试困难需要在文本编辑器下编辑并保存文件，过程较复杂适用情况非常适合于对简单问题的数学演算、结果分析及测试非常适合于大型或复杂问题的解决第2章MATLAB编程基础用户可以通过创建一个新的文本文件或打开一个原有的程序文件的方式来进入文本编辑窗口。该类程序文件名以 .m为后缀。用户将文本编辑窗口中的程序保存后，在MATLAB命令窗口中输入该文件的文件名就能执行程序。MATLAB中还有一种图形管理窗口，执行绘图命令后，会自动产生该窗口，图形的编辑管理等工作都在这一个窗口中进行。关于图形管理窗口的知识将在2.6节中详细论述。第2章MATLAB编程基础2.2MATLAB语言的基本元素MATLAB语言提供了丰富的数据类型，如实数、复数、向量、矩阵、字符串、多维数组、结构体、类和对象等，还提供了丰富的内置功能函数。这些功能使得MATLAB的编程功能非常强大。本节介绍变量和矩阵这两种最基本且常用的数据类型以及赋值语句的基本形式。第2章MATLAB编程基础2.2.1变量变量是保存数据信息的一种最基本的数据类型。变量的命名应遵循如下规则：(1)变量名必须以字母开头；(2)变量名可以由字母、数字和下划线混合组成；(3)变量名区分字母大小写；(4) MATLAB保留了一些具有特定意义的默认变量(见表2-3)，用户编程时可以直接使用，并尽量避免另外自定义。例如，Long和My_long1均是有效的变量名，Long和long表示的是不同的变量。用户编程时必须注意并遵守这些规则。第2章MATLAB编程基础表2-3MATLAB的系统保留变量变量名默认值i和j虚数单位(1的解)pi圆周率(π)ans存放最近一次无赋值变量语句的预算结果inf无穷大(，即0为除数时的结果)eps机器的浮点运算误差限(若某变量的绝对值小于eps，则为0)NaN不定式(0/0或inf/inf的结果)lasterr存放最后一次的错误信息lastwarn存放最新的警告信息第2章MATLAB编程基础2.2.2赋值语句MATLAB采用命令行形式的表达式语言，每一个命令行就是一条语句，其格式与书写的数学表达式十分相近，非常容易掌握。用户在命令窗口输入语句并按下回车键后，该语句就由MATLAB系统解释运行，并给出运行结果。MATLAB的赋值语句有下面两种结构。第2章MATLAB编程基础1.直接赋值语句直接赋值语句的基本结构如下：赋值变量 = 赋值表达式其中，等号右边的表达式由变量名、常数、函数和运算符构成，直接赋值语句把右边表达式的值直接赋给了左边的赋值变量，并将返回值显示在MATLAB的命令窗口中。【例2.2】对a赋值，实现a = 2p。解：在MATLAB命令窗口中输入图2-6所示语句并回车确认。第2章MATLAB编程基础图2-6例2.2输入语句及返回结果第2章MATLAB编程基础2.函数调用语句直接赋值语句的基本结构如下：[返回变量列表] = 函数名(输入变量列表)其中，等号右边的函数名对应于一个存放在合适路径中的MATLAB文本文件。函数可以分为两大类：一类是用户根据需要自定义的用户函数；另一类是MATLAB内核中已经存在的内置函数。返回变量列表和输入变量列表均可以由若干变量名组成。若返回变量个数大于1，则它们之间应该用逗号或空格分隔；若输入变量个数大于1，则它们之间只能用逗号分隔。第2章MATLAB编程基础【例2.3】通过调用size()函数求取矩阵维数。解：在MATLAB命令窗口中依次输入图2-7所示语句并回车确认。图2-7例2.3输入语句及返回结果第2章MATLAB编程基础2.2.3矩阵及其元素的表示如前所述，MATLAB的起源即“矩阵实验室”，矩阵是MATLAB进行数据处理的基本变量单元。因此，掌握矩阵的表示方法是进行MATLAB编程和应用的基础。1.矩阵的表示用MATLAB语言表示一个矩阵非常容易。如图2-8所示，在MATLAB命令窗口中输入语句并回车确认，即可见矩阵变量A被成功赋值，并在MATLAB的工作空间中建立了一个名为A的矩阵变量，用户可以在后继的指令和函数中随意调用该矩阵。在输入过程中必须遵循以下规则：第2章MATLAB编程基础(1)必须使用方括号[]包括矩阵的所有元素；(2)矩阵不同的行之间必须用分号或回车符隔开；(3)矩阵同一行的各元素之间必须用逗号或空格隔开。为方便用户使用，提高编程效率，除了最基本的直接输入方法外，MATLAB还提供给用户一些可以直接调用的内置基本矩阵函数，有时可以成为创建矩阵的捷径。MATLAB提供的主要内置基本矩阵函数如表2-4所示。第2章MATLAB编程基础图2-8矩阵的输入及表示第2章MATLAB编程基础表2-4MATLAB内置基本矩阵函数函数功能ones(n,m)产生n行m列的全1矩阵zeros(n,m)产生n行m列的全0矩阵rand(n,m)产生n行m列的在[0，1]区间均匀分布的随机矩阵randn(n,m)产生n行m列的正态分布的随机矩阵eye(n)产生n×n维的单位矩阵第2章MATLAB编程基础例2.3中，就曾使用过rand(3)函数，并产生一个3阶的随机矩阵。下例中，将创建一个3阶的单位阵。【例2.4】调用eye()函数创建一个3阶的单位阵。解：在MATLAB命令窗口中输入如图2-9所示语句并回车确认。图2-9eye()函数创建的