2.2　MATLAB概述

经过30余年的补充与完善以及多个版本的升级换代，MATLAB已发展成一个包含众多工程计算、仿真功能及工具的庞大系统，是目前世界上最流行的仿真计算软件。MATLAB软件和工具箱（TOOLBOX）以及Simulink仿真工具，为自动控制系统的计算与仿真提供了强有力的支持。

2.2.1　MATLAB发展历程

MATLAB的产生是与数学计算紧密联系在一起的。1980年，美国新墨西哥州大学计算机系主任Cleve Moler在给学生讲授线性代数课程时，发现学生在高级语言编程上花费很多时间，于是着手编写供学生使用的FORTRAN子程序库接口程序，他将这个接口程序取名为MATLAB（即Matrix Laboratory的前三个字母的组合，意为“矩阵实验室”）。这个程序获得了很大的成功，受到学生的广泛欢迎。

20世纪80年代初期，Moler等一批数学家与软件专家组建了MathWorks软件开发公司，继续从事MATLAB的研究和开发，1984年推出了第一个MATLAB商业版本，其核心软件是用C语言编写的。而后，它又添加了丰富多彩的图形图像处理、多媒体、符号运算以及与其他流行软件的接口功能，使得MATLAB的功能越来越强大。

MathWorks公司正式推出MATLAB后，于1992年推出了具有划时代意义的MATLAB 4.0版本，之后陆续推出了几个改进和提高的版本，2004年9月正式推出MATLAB Release 14，即MATLAB 7/Simulink 6.0，这是非常重要的一个版本。

此后，几乎形成了一个规律，每年的3月份和9月份推出当年的a和b版本，目前的最新版本是MATLAB 2011b。

MATLAB经过几十年的研究与不断完善，现已成为国际上最为流行的科学计算与工程计算软件工具之一，现在的MATLAB已经不仅是一个最初的“矩阵实验室”了，它已发展成为一种具有广泛应用前景、全新的计算机高级编程语言，可以说它是“第四代”计算机语言。

自20世纪90年代，在美国和欧洲大学中，将MATLAB正式列入研究生和本科生的教学计划，MATLAB软件已成为应用代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等课程的基本教学工具，成为学生所必须掌握的基本软件之一。在研究单位和工业界，MATLAB也成为工程师们必须掌握的一种工具，被认做进行高效研究与开发的首选软件工具。

2.2.2　MATLAB系统构成

MATLAB系统由MATLAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口（API）五大部分构成。

  1. MATLAB开发环境

MATLAB开发环境是一套方便用户使用MATLAB函数和文件的工具集，其中许多工具是图形化用户接口。它是一个集成化的工作空间，可以让用户输入、输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境。它包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档。

  1. MATLAB数学函数库

MATLAB数学函数库包括了大量的计算算法，从基本运算（如加法、正弦等）到复杂算法，如矩阵求逆、贝塞尔函数、快速傅里叶变换等。

  1. MATLAB语言

MATLAB语言是一个高级的基于矩阵/数组的语言，它有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色。用户既可以用它来快速编写简单的程序，也可以用来编写庞大复杂的应用程序。

  1. MATLAB图形处理系统

图形处理系统使得MATLAB能方便地图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印。它包括强力的二维、三维图形函数、图像处理和动画显示等函数。

  1. MATLAB应用程序接口（API）

MATLAB应用程序接口（API）是一个使MATLAB语言能与C、FORTRAN等其他高级编程语言进行交互的函数库，该函数库的函数通过调用动态链接库（DLL）实现与MATLAB文件的数据交换，其主要功能包括在MATLAB中调用C和FORTRAN程序，以及在MATLAB与其他应用程序间建立客户/服务器关系。

2.2.3　MATLAB常用工具箱

工具箱是MATLAB的关键部分，它是MATLAB强大功能得以实现的载体和手段，它是对MATLAB基本功能的重要扩充。MATLAB每年都会增加一些新的工具箱，所以，在一般情况下，工具箱的列表不是固定不变的，有关MATLAB工具箱的最新信息可以在http://www.mathworks.com/products中看到。

较为常见的MATLAB工具箱包括以下几类。

  1. 控制类工具箱
  • 控制系统工具箱（Control System Toolbox）；
  • 系统辨识工具箱（System Identification Toolbox）；
  • 鲁棒控制工具箱（Robust Control Toolbox）；
  • 模糊逻辑工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）；
  • 神经网络工具箱（Neural Network Toolbox）；
  • 频域系统辨识工具箱（Frequency Domain System Identification Toolbox）；
  • 模型预测控制工具箱（Model Predictive Control Toolbox）；
  • 多变量频率设计工具箱（Multivariable Frequency Design Toolbox）。
  1. 应用数学类工具箱
  • 最优工具箱（Optimization Toolbox）；
  • 样条工具箱（Spline Toolbox）；
  • 统计工具箱（Statistics Toolbox）；
  • 偏微分方程工具箱（Partial Differential Equation Toolbox）。
  1. 信号处理类工具箱
  • 信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）；
  • 滤波器设计工具箱（Filter Design Toolbox）；
  • 通信工具箱（Communication Toolbox）；
  • 小波分析工具箱（Wavelet Toolbox）；
  • 高阶谱分析工具箱（Higher Order Spectral Analysis Toolbox）。
  1. 其他常用的工具箱
  • 符号数学工具箱（Symbolic Math Toolbox）；
  • 虚拟现实工具箱（Virtual Reality Toolbox）。