14)
i
Contents
1
Introducing the
MATLAB & Simulink Student Version
Quick Start . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
About the Student Version . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
Student Use Policy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
Obtaining Additional MathWorks Products . . . . . . . . . . . . . 1-5
Getting Started with MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6
Finding Reference Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7
Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8
Other Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
MathWorks Web Site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
MathWorks Academia Web Site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
MATLAB and Simulink Based Books . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
MathWorks Store . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
MATLAB Central — File Exchange/Newsgroup Access . . . . . 1-10
Technical Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10
Product Registration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10
Differences Between the Student and
Professional Versions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
Simulink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
Symbolic Math Toolbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
ii Contents
2
Installing the
MATLAB & Simulink Student Version
Installing on Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
Installing MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
Installing Additional Toolboxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
Accessing the Online Documentation (Help) . . . . . . . . . . . . . . . 2-6
Installing on Mac OS X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7
System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7
Installing MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8
Installing Additional Toolboxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14
Accessing the Online Documentation (Help) . . . . . . . . . . . . . . 2-14
Mac OS X Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14
Installing on Linux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-15
System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-15
Installing MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16
Installing Additional Toolboxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-21
Accessing the Online Documentation (Help) . . . . . . . . . . . . . . 2-21
3
Introduction
About MATLAB and Simulink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
What Is MATLAB? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
What Is Simulink? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4
MATLAB Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
MATLAB Online Help . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
Starting and Quitting MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
Starting MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
Quitting MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
MATLAB Desktop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8
iii
4
Matrices and Arrays
Matrices and Magic Squares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2
Entering Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3
sum, transpose, and diag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4
Subscripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6
The Colon Operator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7
The magic Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8
Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-10
Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-10
Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-10
Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-11
Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-11
Examples of Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13
Working with Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14
Generating Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14
The load Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
M-Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
Concatenation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-16
Deleting Rows and Columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-17
More About Matrices and Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-18
Linear Algebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-18
Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-21
Multivariate Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-24
Scalar Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-25
Logical Subscripting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-26
The find Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-27
Controlling Command Window Input and Output . . . . . . . 4-28
The format Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-28
Suppressing Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-30
Entering Long Statements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-30
Command Line Editing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-30
iv Contents
5
Graphics
Overview of MATLAB Plotting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2
The Plotting Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2
Graph Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5
Figure Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-7
Arranging Graphs Within a Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-13
Selecting Plot Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-14
Editing Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-16
Plot Editing Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-16
Using Functions to Edit Graphs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-19
Examples — Using MATLAB Plotting Tools . . . . . . . . . . . . . 5-20
Modifying the Graph Data Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-27
Preparing Graphs for Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-29
Modify the Graph to Enhance the Presentation . . . . . . . . . . . 5-30
Printing the Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-33
Exporting the Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-35
Basic Plotting Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-38
Creating a Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-38
Multiple Data Sets in One Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-40
Specifying Line Styles and Colors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-41
Plotting Lines and Markers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-41
Imaginary and Complex Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-43
Adding Plots to an Existing Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-44
Figure Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-46
Multiple Plots in One Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-46
Controlling the Axes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-48
Axis Labels and Titles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-49
Saving Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-51
Mesh and Surface Plots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-52
Visualizing Functions of Two Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-52
Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-58
Reading and Writing Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-59
v
Printing Graphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-60
Handle Graphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-62
Using the Handle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-62
Graphics Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-63
Setting Object Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-65
Specifying the Axes or Figure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-68
Finding the Handles of Existing Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-69
Animations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-71
Erase Mode Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-71
Creating Movies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-73
6
Programming
Flow Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-2
if . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-2
switch and case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4
for . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4
while . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5
continue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5
break . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-6
try - catch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7
return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7
Other Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8
Multidimensional Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8
Cell Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-10
Characters and Text . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-12
Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-15
Scripts and Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-18
Scripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-19
Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-20
Types of Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-22
Global Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-24
vi Contents
Passing String Arguments to Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-25
The eval Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-26
Function Handles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-27
Function Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-27
Vectorization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-30
Preallocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-30
7
Creating Graphical User Interfaces
What Is GUIDE? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-2
Laying Out a GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-3
Starting GUIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-3
The Layout Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-4
Programming a GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-6
8
Desktop Tools and Development Environment
Desktop Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-2
Arranging the Desktop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-3
Start Button . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-3
Command Window and Command History . . . . . . . . . . . . . . . 8-5
Command Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-5
Command History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-6
Help Browser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-7
Current Directory Browser and Search Path . . . . . . . . . . . 8-10
Current Directory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-10
Search Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-11
vii
Workspace Browser and Array Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-12
Workspace Browser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-12
Array Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-13
Editor/Debugger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-14
M-Lint Code Check and Profiler Reports . . . . . . . . . . . . . . . 8-16
M-Lint Code Check Report . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-16
Profiler Report . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-18
Other Development Environment Features . . . . . . . . . . . . . 8-19
9
Introducing the Symbolic Math Toolbox
What Is the Symbolic Math Toolbox? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-2
Symbolic Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-3
Creating Symbolic Variables and Expressions . . . . . . . . . . . 9-5
The findsym Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-7
The subs Command . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-8
The Default Symbolic Variable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-9
Symbolic and Numeric Conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-10
Constructing Real and Complex Variables . . . . . . . . . . . . . . . . 9-12
Creating Abstract Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-13
Creating Symbolic Math Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-15
Using Symbolic Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-15
Creating an M-File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-15
viii Contents
10
Using the Symbolic Math Toolbox
Calculus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2
Differentiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-2
Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-8
Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-11
Symbolic Summation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-18
Taylor Series . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-18
Calculus Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-20
Extended Calculus Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-28
Simplifications and Substitutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-41
Simplifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-41
Substitutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-50
Variable-Precision Arithmetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-57
Example: Using the Different Kinds of Arithmetic . . . . . . . . 10-58
Another Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-60
Linear Algebra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-62
Basic Algebraic Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-62
Linear Algebraic Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-63
Eigenvalues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-67
Jordan Canonical Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-73
Singular Value Decomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-74
Eigenvalue Trajectories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-77
Solving Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-86
Solving Algebraic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-86
Several Algebraic Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-87
Single Differential Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-90
Several Differential Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-92
Index