第1章 MATLAB简介
1.1 概述
MATLAB是MATrix LABoratory（矩阵实验室）的缩写，由美国The Math Works公司于1984年推出的一种科学与工程计算语言。主要特点：
一、简单易学。 二、代码短小高效。
三、功能丰富，可扩展性强。 四、强大的图形表达功能。 五、强有力的系统仿真功能。
1.2 桌面启动
启动MATLAB桌面主要采用以下两种方法：
一、在Windows桌面上，双击MATLAB的快捷方式图标。采用这种方式打开的MATLAB桌面以matlab*\\work为当前目录。
二、双击matlab*\\bin\\win32文件夹中的MATLAB.exe。采用这种方式打开的MATLAB桌面以matlab71为当前目录。
两者区别：当前目录不同。 注：*为MATLAB的软件版本号
1.3 通用操作界面简介
一、命令窗口
缺省情况下，位于桌面右侧，是用户与MATLAB进行人机对话的主要环境。在该窗口内，可输入各种由MATLAB运行的命令、函数、表达式，显示除图形外的所有运算结果。
二、命令历史窗口
缺省情况下，位于桌面左下方的前台，该窗口记录并显示每次开启MATLAB的时间及所有MATLAB运行过的命令、函数及表达式等，允许用户对它们进行选择复制、重运行及产生M文件。
三、当前目录浏览器
缺省情况下，位于MATLAB桌面左上方的前台。在该浏览器中，可以进行当前目录的设置，展示相应目录上的.m及.mdl等文件，复制、编辑和运行M文件以及装载MAT数据文件等。
四、工作空间浏览器
缺省情况下，位于MATLAB桌面左上方的后台，该窗口列出了MATLAB工作空间中所有数据的变量信息，包括变量名、大小、字节数等。在该窗口中，可以对变量进行观察、编辑、提取及保存。
五、数组编辑器
缺省情况下，不随操作界面的出现而启动，只有在工作空间浏览器中对变量进行操作时才启动。 六、开始按钮
缺省情况下，点击按钮会出现MATLAB的现场菜单。该菜单的菜单子项列出了已安装的各类MATLAB组件和桌面工具。
七、M文件编辑器/调试器
缺省情况下，不随操作界面的出现而启动，只有当进行“打开文件”等操作时才启动。 八、帮助导航/浏览器
缺省情况下，不随操作界面的出现而启动，只有在特意选择或设置的情况下，才以独立交互界面的形式出现。该浏览器详尽展示了由超文本写成的在线帮助。
1.4 运行方式
MATLAB提供了两种运行方式，即命令行方式和M文件方式。 一、命令行运行方式
可以通过在MATLAB命令窗口中输入命令行来实现计算或绘图功能。
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例：已知矩阵A=??5 6??1 2?，B=，完成矩阵求和运算A+B。 ????7 8??3 4?解：在MATLAB命令窗口输入下述内容：
>>A=[5 6;7 8]; >>B=[1 2;3 4]; >>C=A+B
按下回车键后，在MATLAB命令窗口显示运行结果如下： C= 6 8 1 12
二、M文件运行方式
命令行输入方式实际上也是MATLAB语言的一种程序编制方式，但这种方式只能编写简单的程序。若程序比较复杂，就应该把程序写成一个由多行命令组成的程序文件，即程序扩展名为.m的M文件，让MATLAB语言执行这个文件。
在MATLAB命令窗口中选择菜单“File|New|M-File”，即可打开一个缺省名为Untitled.m的M文件编辑/调试器窗口。把程序输入后，选择菜单“Debug|Run”即可运行。
M文件运行方式的优点是所编写的程序是以扩展名为.m的文件形式存储的，可调试，可重复运行，特别适合于求解复杂问题。
1.5 图形窗口
在MATLAB命令窗口中选择菜单“File|New|Figure”，或在命令窗口中输入“figure”或其他绘图命令，即可打开MATLAB的图形窗口。
1.6 帮助系统
MATLAB的帮助系统包括命令行帮助、联机帮助和演示帮助。 一、命令行帮助
命令行帮助是一种“纯文本”帮助方式。利用“help”命令就可以获得命令行帮助。 格式：help 函数或工具箱名称 二、联机帮助
由帮助导航/浏览器完成。打开方法有：
①在MATLAB命令窗口中运行命令“helpbrowser”或“helpdesk”。
②在MATLAB桌面上，用鼠标左键单击工具栏帮助图标，或选择菜单“Help|MATLAB Help”。 ③在MATLAB各独立出现的交互窗口中，选择菜单“Help|MATLAB Help”。 三、演示帮助
运行演示程序的方法有两种：
①在MATLAB命令窗口中运行命令“demos”。 ②在MATLAB命令窗口中选择菜单“Help|Demos”。 四、Web帮助
官方网站：http://www.matworks.com 中文论坛：http://www.ilovematlab.cn 五、PDF帮助
官方网站下载PDF帮助文档。
1.7 工具箱
MATLAB的工具箱分为辅助功能型工具箱和专业功能性工具箱。 一、控制系统工具箱
是专门对控制系统工程设计的函数和工具的集合。该工具箱主要采用M文件形式，提供了丰富的算法
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程序，主要用于反馈控制系统的建模、分析与设计。
控制系统工具箱的主要作用：
1、可以创建控制系统的个各种数学模型。
2、应用控制系统工具箱能够轻松地绘制控制系统的时间响应曲线、频率特性曲线及根轨迹图。 二、Simulink
Simulink是用来进行建模、分析和仿真各种动态系统的一种交互环境，它提供了采用鼠标拖放的方法建立系统框图模型的图形交互平台。其主要功能如下：
①交互建模；②交互仿真；③扩充和定制；④与MATLAB和工具箱集成。 三、其他解决控制领域问题的工具箱 ①系统辨识工具箱 ②模糊逻辑工具箱 ③鲁棒控制工具箱 ④模型预估控制工具箱
1.8 安装和内容选择
按照安装向导即可安装，另外也可以通过网络下载绿色免安装版直接使用。
第2章 MATLAB基本使用方法及常用功能介绍
2.1 应用基础
一、最简单的计算器使用方法
MATLAB的基本特性之一就是其演草纸式的数学运算功能，用户可以在命令窗口中进行各种数学演算。 例：求算术运算?9?(10?1)?19??2的结果。
2解：在MATLAB命令窗口中输入： >>(9*(10-1)+19)/2^2
按回车键，命令被执行，显示下述结果： ans=
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说明：①在全部输入一个命令行内容后，必须按下回车键，该命令才会被执行。无需在命令行的末尾处执行，在一个命令行的任何一处都可执行。
②运算符号均为西文字符，不能在中文状态下输入。 ③“ans”是运算答案，是MATLAB的一个默认变量。
④如果不显示计算结果，可在命令行末尾添加分号，以分号结尾的命令行语句，尽管该命令已执行，但MATLAB不会把其运算结果显示在命令窗口中。
二、矩阵
1、矩阵的生成
在MATLAB中，矩阵的生成可以以矩阵的格式输入数据，也可以用“load”命令调用已存储的矩阵数据或矩阵变量，还可以应用MATLAB提供的函数生成特殊矩阵。
在MATLAB中输入矩阵要遵循以下基本规则：
①矩阵元素之间用空格或逗号分隔，矩阵行之间用分号隔离，整个矩阵放在方括号里，且标点符号一定要在英文状态下输入。
②不必事先对矩阵维数做任何说明，存储时将自动配置。 ③MATLAB区分字母的大小写。
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?1 1 1???例：以矩阵格式输入数据，自定义一个三阶帕斯卡矩阵A=1 2 3。 ????1 3 6??解：在MATLAB命令窗口中输入：
>>A=[1,1,1;1,2,3;1,3,6] %或者把逗号改为空格输入 运行结果为： A= 1 1 1 1 2 3 1 3 6
A（I,j）表示矩阵A中第i行第j列元素；A（i，：）表示矩阵A中第i行全部元素；A（：，j）表示矩阵A中第j列全部元素。
2、特殊矩阵的生成 （1）空矩阵
空矩阵用“[ ]”表示。空矩阵的大小为零，但变量名却保存在工作空间中。 （2）单位矩阵
单位矩阵使用函数eye( )实现，调用格式如下： eye(n) 生成n×n维单位矩阵 eye(n,m) 生成n×m维单位矩阵 （3）零矩阵
零矩阵用函数zeros( )实现，调用格式与函数eye( )完全相同。 （4）全部是1的矩阵
元素全部为1的矩阵可用函数ones( )实现，调用格式与函数eye( )完全相同。 （5）对角矩阵的生成
对角矩阵是指对角线上的元素为任意数，其他元素为零的矩阵。用函数diag( )实现。格式为： diag(V) diag(V,K)
说明：V为某个向量，K为向量偏离主对角线的列数。K=0，V在主对角线上；K>0，V在主对角线以上；K<0，V在主对角线以下。
例：对角矩阵生成演示。
解：在MATLAB命令窗口中输入： >> v=[1 2 3 4 5]; >> diag(v)
其运行结果为： ans =
1 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 5 三、MATLAB的基本要素
MATLAB的基本要素包括变量、预定义变量、数值、字符串、运算符、标点符及复数等。 1、变量
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MATLAB会自动依据所赋予变量的值或对变量所进行的操作来识别变量的类型。如果赋值变量已存在，将使用新值代替旧值，并以新值类型代替旧值类型。
MATLAB变量的命名遵循以下规则： （1）变量均先定义、后使用。 （2）变量名以英文字母开头。
（3）变量名可以由字母、数字和下划线混合组成。
（4）对于6.5以上版本，变量名最多可包含63个字符。 （5）变量名中不得包含空格和标点，但可以包含下划线。 （6）MATLAB区分变量大小写。 2、预定义变量
在MATLAB中存在一些固定变量（也称为常量），这就是MATLAB默认的预定义变量，也称为默认变量，每当MATLAB启动时，这些变量就被产生。
MATLAB的预定义变量 名称 ans beep bitmax eps i或j Inf或inf NaN或nan 3、数值
可以使用十进制计数法，也可以使用科学计数法，数值的有效范围为10?308变量含义 计算结果的缺省变量名 使计算机发出“嘟嘟”声 最大正整数，9.0072×10 计算机中的最小数ε，ε=2虚数单位，定义为?1 无穷大，如1 / 0 不定值，如0 / 0，∞/∞，0*∞ ?5215名称 nargin nargout pi realmin realmax varagin varagout 变量含义 函数输入变量个数 函数输出变量个数 圆周率π 最小正实数，2?1022 最大正实数，(2??)21023 可变的函数输入变量个数 可变的函数输出变量个数 ~10308。
4、字符串
创建字符串的方法：先将待建的字符串放在一个“单引号对”中，再按回车键，且该单引号对必须在英文状态下输入，但字符串内容可以为中文。
5、运算符
MATLAB的运算符包括算术运算符、关系运算符和逻辑运算符。
MATLAB的算术运算符 操作符 ＋ － * ^ \\ 操作符 = = ~= > 6、标点符
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功能 算术加 算术减 算术乘 算术乘方 算术左除 操作符 ／ .* .^ .\\ ./ 功能 大于等于 小于 小于等于 功能 算术右除 点乘 点乘方 点左除 点右除 操作符 & | 功能 与 或 非 MATLAB的关系运算符及逻辑运算符 功能 等于 不等于 大于 操作符 >= < <= ~