Matlab软件

Matlab软件（共10篇）

Matlab软件 篇1

摘要：Matlab软件具有强大的功能, 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言, 在电路分析基础课程教学过程中, 合理的引入该软件将极大的促进学生对电路分析理论、原理和方法的掌握以及提高学生的能力和素质。本文主要探讨如何快速高效地将Matlab软件引入到电路分析教学过程。

关键词：电路分析,Matlab

1 引入应用软件教学的现实意义

电路分析基础是电子信息、通信工程和电子科学等专业的基础课, 是后续的模拟电路、数子电路、信号与系统、电力电子等课程的基础[1,2,3]。熟练掌握电路分析的基本理论、基本原理和方法不仅对学生今后的学习起到非常重要的作用, 而且为工作中解决实际问题提供了理论方法基础。

课程的学习过程中大量地应用到矩阵运算、代数方程组的求解以及微分方程的求解、拉普拉斯变换和傅里叶变换、计算结果的绘图等等, 这些繁琐的数学工作一方面极大的降低了学生学习的兴趣, 对学生的自信心有一定的影响, 极大的伤害了学生的情感, 另外一方面, 学生花费大量的精力在数值求解工作上, 导致课程的理论、原理和方法难以突出, 不符合素质教育的宗旨。

解决这一问题的方式多种多样: (1) 只要求学生根据原理列方程而不求解。这种方法只是对在学习电阻电路和正弦交流稳态电路的原理和方法中有效, 而在解决其它问题时具有局限性, 更重要的是不能培养学生今后解决实际问题的能力, 使学生所学的知识局限于纸上谈兵; (2) 引入数值计算软件。这是一些发达国家中大学的教学和科研所采用的方式, 在国内, 这一方面才刚刚起步4, 大多数的学校都没有专门开设数值计算软件学习的课程, 即使有少数的学校开设了, 也往往是作为选修课在高年级学习, 因此, 在目前这种状况下, 作为大学一年级的专业基础课老师, 我们有责任也有义务主动的将数值计算软件的学习融入到我们的教学过程中。

2 引入何种软件

科学计算软件Matlab是科学研究和应用研究中必备的工具, 应用范围非常广泛。它具有高效的数值计算及符号计算功能, 可以进行矩阵运算、实现算法、绘制函数和数据、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等;具有友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言, 非常易于学习和掌握;具有功能丰富的应用工具箱 (如信号处理工具箱、通信工具箱等) , 为用户提供了大量方便实用的处理工具5。因此将Matlab引入到电路分析基础课程教学中, 不仅能使学生从繁杂的数学运算分析中解脱出来, 把注意力更多地集中在电路的理论、原理和方法中, 提高学生的学习兴趣和效率, 使学生更好地掌握电路分析的知识, 还提高了学生学习以及处理实际问题的能力, 培养了学生的创新能力及探索科学与应用的素质。

3 如何快速高效地引入Matlab软件

由于电路分析基础课程的内容非常多, 包括电阻电路的分析, 动态电路的时域分析和动态电路的向量分析和S域分析等, 另一方面, Matlab由于功能强大, 包含有大量的库函数和工具箱, 要全面的讲解需要花费大量的时间, 在现有学时的基础上, 如何快速高效地将Matlab软件引入到电路分析教学是一个很重要的研究课题。下面浅谈一下作者在这方面的经验, 以起到抛砖引玉的作用:

(1) Matlab教学内容及学时安排。学时数控制在12个学时左右, 其中Matlab界面及学习方法介绍, 特别是帮助文档的应用等两学时;Matlab矩阵操作及符号计算两学时;Matlab作图两学时;Matlab编程基础四学时;Matlab解常微分方程两学时。

(2) 激发学生学习Matlab的兴趣。为了激发学生学习Matlab的热情, 建议在学完第二章网孔分析和节点分析之后开始引入Matlab教学。这样安排主要是因为:根据人本主义心理学, 学习只有符合学生自身的目的时才会有意义, 尽管在前两章教学内容中, 为了让学生精力集中于方法和原理上以及不对该课程产生反感情绪和逆反情绪, 我们可以让学生只列方程而不求解, 但是我们可以布置一道需要解三元或者四元一次方程组的作业题 (最好是第三章第四节的R-2R梯形解码器, 如图1所示, 要求学生完成表1的内容, 这样也激发了大家以后学好叠加方法做准备) , 让大家解出最后的结果, 其目的是让学生感受这样一个小小的“挫折”, 随后我们用Matlab软件演示该线性方程组的求解, 这只需要输入系数矩阵及应用除法就能得到结果。通过这样一个手工求解与软件求解的对比过程, 让大家深刻感受到Matlab强大的功能, 激发大家学习Matlab的热情。

根据图1中当开关20、21、22分别与输入的第1、2、3位所对应的不同输入情况下, 如:输入001对应着开关20与电源相连, 其它开关接地, 请求出U0的值

(3) 帮助学生自学Matlab软件。首先整理好本课程所用到的Matlab基本内容, 并配上课本中前两章相应的例题或习题的Matlab求解方法及详细的注释, 在介绍完Matlab界面及学习方法后, 将整理的材料分发给学生, 让学生自学, 并分好学习小组, 让他们课后自由讨论学习心得, 总结出学习的疑难之处。在随后的Matlab教学中, 要以讨论及答疑为主, 讲授为辅, 及时的解决学生学习过程中的困难, 提高它们自学的信心及能力, 有助于它们进一步探索及掌握Matlab知识。

(4) 强化学生的Matlab编程能力。尽管Matlab仿真或者其它软件仿真可以解决很多电路分析的实际问题, 但是应用仿真, 不利于掌握电路分析的基本原理和方法。我们尽量不要应用仿真, 而是要求学生能将电路分析中最基本的2b分析法、1b分析法、网孔电流法及节点分析法用Matlab的m文件实现, 通过编程的过程, 掌握电路分析的基本原理和方法, 培养学生基于原理和方法的编程能力, 提高利用Matlab软件解决以后的学习和实际工作问题的素质。如果有的老师觉得仿真方面的知识非常重要, 必须在课堂上介绍, 建议放在课程学习的最后部分。

(5) 强化Matlab的工具地位, 明确“电路分析基础”课程的目标。由于电路分析基础是后续很多专业课程及解决实际工作问题的基础, 应用Matlab只是为帮助学生更好的掌握电路分析的基本理论、原理和方法, 要避免学生过度的依赖软件而忽略后续的原理和方法的学习, 如:第三章叠加方法与网络函数一章, 如果不采用叠加原理, 就用前面章节的知识以及Matlab软件的应用, 也能很方便的解出里面几乎所有例题和习题, 学生有可能会不重视新的方法和原理, 导致课程目标不能很好的完成, 因此, 我们应当强调原理和方法是编程的基础, Matlab是实现我们的原理和方法的工具。为达到这个效果, 我们可以以第三章第四节的R-2R梯形解码器为例, 为完成表1所示的三位解码器, 采用前两章的方法, 需要求解七个电路, 采用叠加原理后, 只需要求解三个电路, 这样叠加原理的应用将极大的求解的电路的数目。对于含有n位的解码器, 其减少的电路求解数目为2n-n-1。此时我们可以通过对比新旧方法, 引导学生重视电路分析的基本原理和方法, 而不要过分的依赖于Matlab软件。

4 结语

本文简单介绍了将Matlab应用到电路分析基础课程教学中的必要性, 重点阐述了快速高效引入Matlab到电路分析教学的一些感想, 希望能起到抛砖引玉的作用。

参考文献

[1]李瀚荪.电路分析基础 (第4版) [M].北京:高等教育出版社, 2006.

[2]金波.应用型本科‘电路’课程建设与思考[J].长江大学学报 (自然科学版) , 2011;05:045.

[3]周远清.开展一次教学方法的大改革[J].中国大学教学, 2009;1:4

[4]谢先明.电子信息专业MATLAB教学探索与改革[J].中国科技信息, 2012;11:125

[5]http://baike.baidu.com/view/10598.htm

Matlab软件 篇2

利用VC++封装MATLAB 6.5 C++数学库探讨测量平差软件的开发

根据测量数据处理的特点:常常要面对大量的矩阵运算和海量的`数据处理,尤其是矩阵的相乘和求逆.通过对VC++6.0和MATLAB 6.5特点的分析,探讨了利用VC++调用MATLAB6.5 C/C++数学库快速开发测量平差软件的必要性和可行性,简要地总结和分析了两者联合编程的实现方法.较详细地介绍了作者用VC++调用MATLAB 6.5 C/C++数学库开发测量平差软件的过程,解决了高程网间接平差的计算.

作 者：袁建东 张耀民 YUAN Jian-dong ZHANG Yao-min 作者单位：西安科技大学,测量工程系,陕西,西安,710054刊 名：海洋测绘 ISTIC英文刊名：HYDROGRAPHIC SURVEYING AND CHARTING年，卷(期)：28(5)分类号：P207+.2关键词：VC++6.0 MATLAB6.5C/C++数学库 测量数据处理 矩阵计算 编译环境 数据转换

Matlab软件 篇3

研究性学习，作为培养学生创新精神和实践能力的一种重要途径，是现在数学教育改革中的热点和亮点，它主要的特点是让学生在解决实际问题的过程中来学习数学的一些原理、思想和重要应用方法，实现由被动的接受学习――“听数学”向主动的探索学习——“做数学”的转变。苏教版普通高中课程标准实验教科书（数学）对研究性学习的渗透较原人教版更为注重。

教学技术的发展使我们有了各种各样的数学软件，如MATLAB, Mathematica 等,它们不仅简化了复杂的计算过程，而且以图像的快捷直观为我们进一步探索数学提供了必要的条件。下面就以MATLAB软件为例，结合课本的一道例题及其探究，结本人要教学中的体会，谈谈它在中学的研究性学习中的一些做法。

二、例说用MATLAB软件进行中学数学研究性学习

（一）MATLAB软件的介绍、功能与特点

MATLAB是英文Matrix Laboratory（矩阵实验室）的缩写，是一个高性能的科技计算软件，它是以不必指定维数的数组作为主要数据对象的交互系统，进行矩阵和向量的计算非常方便；同时又是一种程序语言，效率比其它高级计算机语言高。它功能强大，界面友善、语言自然，开放性强，现已成为（IEEE [电气和电子工程师协会] 评述）国际公认的最优秀的科技应用软件。

（二）MATLAB软件在中学的研究性学习中常用的基本命令和语句

由于MATLAB软件中的基本命令和语句较多，本节中仅涉及到三个基本命令：

(1)plot(x,y) 以x,y的对应元素为为坐标绘二维图。

(2)grid on给图画上加上网格。

(3)hold on在同一画面上作图。

（三） MATLAB软件在中学的研究性学习中的具体应用

利用MATLAB软件作为数学研究性学习的工具，学生可以利用它进行观察分析、对比归纳、处理数据、发现规律。教师在引导学生进行研究学习的时候，先提出问题，让学生设计并完成相应的实验，引导他们发现所研究问题中反映出的规律，并对实验的结果做出清楚的描述。然后启发学生根据观察给出猜想，思考哪些规律反映了真实的现象。最后引导学生根据实验的现象，通过数学上的分析及可能的数学证明，给出支持该猜想的论证,排除偶然的规律性。

苏教版数学必修1第80页有这样一道题：

师:今天我们尝试用MATLAB软件研究此题.

生1:先作出函数 和 的图像。写出它的程序代码.

MATLAB程序代码：

>> x=0.05:0.05:5;

>> a=0.5;

>> y=log(x)/log(a);

>> plot(x,y,'b')

>> grid on

>> hold on

>> z=a.^x;

>> plot(x,z,'r')

师:由此图你能得到什么样的结论?

生1:利用MATLAB作图和数学上的分析，得出这样的结论：函数 和 的图像只有一个交点,由此可知方程只有一解.

师：能否推广到更一般的情形?

生2：由于 ,故可猜,当 时, 函数 的图象只有一个交点,方程 只有一解。

师：？

生3：不一定，不能只取 一种情形就下结论，可以再取一此 的不同值验证一下此结论。

师：非常好，有探究精神。

师生共同在MATLAB程序代码中将 取不同的值通过图象研究。

生4：如 使得 与 图像有3个交点！方程 有三个解！

MATLAB程序代码：

>> x=0.005:0.005:2;

>> a=0.03;

>> y=log(x)/log(a);

>> plot(x,y,'b')

>> grid on

>> hold on

>> z=a.^x;

>> plot(x,z,'r')

师：我们在认识事物的时候，不能以偏盖全，要多认真对待，思考，特别是一些规律性知识，更不能轻易下结论。

生5：由上面的研究可知，方程 （ ）有一解或三解。

师：何时一解，何时三解我们稍后再研究，下面我们继续一起研究：

当 时，方程 只有一个解吗？

生6：作出 和 的图像。

MATLAB程序代码：

>> a=2;

>> y=log(x)/log(a);

>> plot(x,y,'b')

>> grid on

>> hold on

>> z=a.^x;

>> plot(x,z,'r')

生7：作出 和 的图像。

MATLAB程序代码：

>> x=0.05:0.05:8;

>> a=sqrt(2);

>> y=log(x)/log(a);

>> plot(x,y,'b')

>> grid on

>> hold on

>> z=a.^x;

>> plot(x,z,'r')

生8：由上面的研究可知，方程 （ ）有无解或两解。

师：这些解有没有共性？

生9：由图可知，交点一定在直线 上。

和 的图像的交点（为了清楚地看出交点的情况，我们将区间缩短观察。）

生10：研究两个图象的交点比较麻烦，也可以转化成函数 的图像与 轴的交点，即方程 的解来考虑。

师：有新意，说说你的做法。

生11：采用二分的方法，考虑 根的情况，进行探索。（此时老师提出新的要求让学生搜索的同时，用图形的局部放大功能估计解的情况。）

…

按照这种方法做下去，可以发现，方程 的解越来越接近于自然底数 。

师：并且 与 图像可以只有一个交点，则这个交点一定在直线 上，所以猜想交点坐标就为 。解方程 得 与观察到的情况也一致。故方程 （ ）也荐在一解的情况。

师：这种方法对 的情形也同样可以研究。

如： 时

>> a=0.03;

>> x=0.05:0.05:1.5;

>> y=a.^x-log(x)/log(a);

>> plot(x,y)

>> grid on

師：用二分法也可来研究当 时，方程 的解的个数。

底数a交点个数

0.033

0.11

0.0653

0.08251

0.073751

0.0693751

0.06718751

0.066093751

0.0655468753

如此迭代足够多的次数，在 之间存在一个 （理论值是 ），使得当 时， 与 图像有3个交点， 时， 与 图像有1个交点。至于 时，理论上可以证明 与 图像有1个交点。

过上述研究性学习我们不难得出一个结论：

当 > 时， 无解；当 = 时， 有一解；

当1< < 时， 有两解；当 时， 有三解；

当 时， 有一解。

三、教学后记

（一）教学的可行性

笔者的教学设计是针对我校省重点，学生学习程度较好而设计的，但所用MATLAB语言中最基本的三个语句，对容易接收新事物的学生来说，比较简单，因而是可行的。另一方面本节课的重点不在于所得结论，而在于教会学生能用计算机语言进行数学学习上的简单尝试，正好课本的有许多内容是用EXCEL语言，计算器等方法解决一些数学问题。

（二）教学的有效性

课堂教学必须强调教学的有效性。MATLAB作为一种数学教学应用技术的软件，也为学生提供自我动手、探索问题的机会，当面对问题时，学生通过图形直观地解决实际问题，提出假设，再用其它方法，找出数学规律和数学现象，总结出一般结论。这也是学生较为喜欢的教学方式之一，特别能与计算机语言有机给合，也增强了学生的数学学习兴趣。

Matlab软件 篇4

GPS卫星广播的导航电文是用户赖以导航定位的基础, 每颗卫星发射的导航电文包括:卫星星历、卫星时钟改正参数、电离层延迟改正参数、卫星的工作状态信息和C/A码转换到捕获P码的信息、全部卫星的概略历书等。

GPS星历参数是由地面运行控制中心根据对卫星的观测, 并外推计算得到, 通过卫星转发给用户, 主要用于用户的实时定位[1]。而历书信息则主要用于求解各卫星的概略位置, 预报未来一段时间内, GPS卫星的分布情况, 以辅助接收机搜索卫星, 加快信号捕获, 因此也具有十分重要的作用。

现在的GPS接收机大都利用GPS历书加快信号捕获, 也有的把卫星预报模块作为辅助模块之一 [2]。本文介绍了基于MATLAB语言的GPS卫星预报软件设计, 可以与基于MATLAB的GPS软件接收机组合成完整的软件系统[3], 也可以单独使用, 预报任一时刻可见GPS卫星的分布情况。

1 GPS历书信息

GPS的导航电文采用主帧、子帧、字码和页码格式, 每主帧电文长度为1500bit, 传送速率为50bit/s, 所以播发一帧电文需要30s时间。每帧导航电文包括5个子帧, 共有300bit。第1、2、3子帧各有10个字码, 这3个子帧的内容每30s重复一次, 每一小时更新一次, 第4、5子帧各有25页, 共有15000bit。一帧完整的电文共有37500bit, 需要750s才能够传送完, 花费时间达12.5min。GPS卫星的历书包含在导航电文的第四和第五子帧中, 图1为GPS卫星导航电文的基本格式图[4]。

GPS历书每12.5分钟广播一次, 寿命为一周, 可延长至6个月, 实际应用中通常认为数据的有效龄期为一个月, 因此其有效时间较长, 可以用于计算任意时刻天空中任意卫星的概略位置。其主要用途有两个: (1) 使卫星的码搜索有的放矢, 避免“满天搜星”。如果预先知道任意时刻所有卫星的概略位置, 接收机就可以只对视野中存在卫星进行搜索, 使GPS接收机在搜索卫星时做到有的放矢, 提高接收机相关器通道效率。 (2) 根据卫星概略位置及其运动规律, 可以计算卫星的概略多普勒频移, 缩小捕获的频域搜索范围, 加快捕获卫星信号。GPS接收机的启动时间是衡量接收机性能好坏的重要参数之一, 而卫星信号的快速捕获, 缩短接收机的启动时间也是目前GNSS业界的热点问题之一[5,6]。

广播星历包括6个轨道参数 (轨道根数) 和星历参考时刻Toe、3个卫星钟差改正数、9个摄动改正参数。而历书只提供各卫星的轨道参数和2个钟差改正数, 不包括9个摄动改正参数。因此GPS历书是广播星历的概略形式, 也被称为预报星历。其精度一般在20m 到40m之间[7]。各参数的具体意义列于表1。

2 GPS可见星预报

GPS卫星预报, 是指预报任一时刻在观测地点 (概略位置 (Xp, Yp, Zp) ) 可见GPS卫星的分布情况, 即可见卫星相对观测地点的方位、仰角信息。其实现过程是:先计算卫星在ECFF坐标系的位置, 然后计算卫星在站心坐标系的方位、仰角。

(1) 根据历书, 计算某一时刻卫星在ECFF坐标系下的位置 (Xs, Ys, Zs) , 在大多数GPS相关文献中都有详细计算步骤[8]:

① 计算GPS卫星运行的平均角速度n;

② 计算观测时刻t的平近点角Mk;

③ 计算观测时刻的偏近点角Ek;

④ 计算真近点角fk;

⑤ 计算升角距角Φk;

⑥ 计算卫星在轨道坐标系中的坐标;

⑦ 计算观测时刻t的升交点经度Lk;

⑧ 计算卫星在WGS-84坐标系中的位置。

(2) 计算卫星在站心地平直角坐标系下的坐标 (Xdp, Xdp, Xdp) 。站心地平直角坐标系是以测站为原点的左手坐标系, 其X轴指向过该测站的子午线, 北向为正;Z轴重合于该点上的WGS-84椭球法线, 向外为正;Y轴也位于该点的切平面, 东向为正, 有[2]:

其中:

式 (2) 中, Bp、Lp分别为测站的大地纬度和大地经度。

(3) 依据卫星的站心地平直角坐标系坐标 (Xdp, Xdp, Xdp) , 计算卫星的方位角和仰角。

$\alpha =\arctan \frac{Y{}_{dp}}{X{}_{dp}}e=\frac{{\rm Z}{}_{dp}}{\sqrt{X{}_{dp}^2+Y{}_{dp}^2}}$ (3)

3 基于MATLAB的卫星预报软件设计

MATLAB 是一套高性能的数值计算软件, 它将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起, 成为计算机辅助分析、设计、仿真、教学等领域不可缺少的软件。MATLAB 提供了图形化界面设计向导 (GUIDE) 开发环境, 采用GUIDE 开发环境进行用户界面设计操作方便、效率高, 可以达到所见即所得的编程效果, 利用这个开发环境, 可以在很短时间内设计出一个GUI。利用这些用户界面, 用户可以和计算机之间进行信息交流, 并通过编写控件的回调函数 (Callback) , 完成特定的功能。

根据卫星预报任务, 软件设计思路如下:

(1) 首先要读取事先下载到计算机上的最新历书文件, 并读取相应的历书参数;

(2) 观测站的概略位置以及预报的时间信息等参数的确定;

(3) 根据第2小节卫星预报原理, 完成可见星的视角计算。

根据软件设计思路, 完成MATLAB的GUI设计如图2所示, 包括历书文件的选取部分、参数设置部分、最终卫星方位、仰角显示图形部分等控件设计, 在“确定”按钮的回调函数中完成所有参数读取以及卫星预报计算。

图3为利用设计的GPS卫星预报软件, 预测2008年5月29日下午14点-15点时段, 北京可见GPS卫星分布情况。图4为某卫星预报软件的同时段预报图。

4 结束语

基于MATLAB的图形用户界面设计方法, 设计实现了GPS可见卫星预报软件。该软件设计过程简便, 界面直观, 参数设置方便, 预报实例对比表明结果正确可靠, 可为GPS历书应用及软件GPS接收机设计提供参考。

参考文献

[1]崔先强, 焦文海, 贾晓林, 等.两种GPS广播星历参数算法的比较[J].空间科学学报, 2006, 26 (5) :382-387.

[2]曾凡河, 周晓卫, 邓才华, 等.基于VB6.0的GPS卫星预报软件的设计与实现[J].河南理工大学学报, 2005, 24 (2) :148-151.

[3]孙希延, 纪元法, 施浒立.GPS软件基带信号处理与定位实现[J].系统仿真学报:2007, 19 (24) :5832-5836.

[4]Peter Rinder.Design of A Single Frequency GPS Software Receiver[D].Aalborg University, 2004.

[5]郑袆, 王解光.GPS卫星预报星历的解码及卫星预报[J].工程勘察, 2000 (3) :52-55.

[6]王梦丽, 陈华明, 王飞雪.GPS历书数据的有效龄期[J].遥测遥控, 2007, 28 (3) :31-35.

[7]汤均博.GPS卫星预报星历的适用性[J].四川测绘, 2006, 29 (4) :166-167.

Matlab软件 篇5

关键词：电气工程专业教学Matlab软件应用

Matlab软件是最近几年来，市场上十分紧俏的高性能数值计算软件，这款软件最初是由美国MathWorks 公司推出的。该软件集合了符号运算、数值运算、图形处理以及矩阵运算等各种功能，借助这种软件能够快速构建系统数学模型，进一步简化了复杂的计算、绘制图形过程，激发学生的学习兴趣。

一、Matlab软件功能

Matlab软件具有强大的数值计算能力，几乎所有和科学研究、工程技术相关的数据都可以用这款软件进行计算。它的编程效率非常高，提供了丰富的库函数，在实施数学运算编制程序时，能够直接调用库函数，进而绘制出各种各样的图形。Matlab软件下面的一个附加组件Simulink，提供了一个系统级的建模、动态仿真工具平台，有大量的仿真模块。将Matlab软件应用在电气工程专业教学中，建立电力系统模型，这种图形分析用户界面能够进行直观分析电路中的电压、电流波形变化情形。从电气工程专业角度分析，应用这款软件可以培养学生对于各种工程问题的建模、分析技能。

二、Matlab软件在电气工程专业教学中的应用

（一）Matlab软件在控制系统数学模型中的应用

数学模型是整个控制系统仿真的基础，因此如果对控制系统计算、仿真，需要先对控制系统构建数学模型。在Matlab软件中能够构建零极点模型、传递函数模型等各种模型，且能够在不同的数学模型之间灵活转换。其中零极点模型中，连续系统传递函数的表达式主要是用系统增益、零点以及极点来表示的，其是传递函数模型的特殊表达形式。

例：G（s）=k（s+a1）1（s+b1）（s+a2）1（s+b2）（s+a3）1（s+b3）

在这个公式中，k表示系统增益，而a1，a2，a3表示系统零点，而b1.b2.b3则表示系统极点。在Matlab软件中，采用函数命令构建控制系统的零极点增益模型。

传统函数模型，该模型在连续时间系统中的微分方程通过氏变换之后可以得出系統的传递函数，其中在零初始情况下

G（s）=k=b1sm+b2sm-1+b……bm+11a1sm+a2sm-1+an+1=nnm（s）1den（s）

在传递函数中分子、分母都是依据s的降幂排列的，在Matlab软件中主要用的是分子、分母多项式系数构建向量num、den来表示系统，其中num表示（b1.b2.b3……bm），den表示（a1，a2，a3……an）。用函数命令构建传递函数模型，或者是将零极点模型转变成传递函数模型。

此外，还可以用Matlab软件构建状态空间模型，其控制系统主要是在工作区间内特殊条件下的近似线性时不变模型。Matlab软件还可以为系统提供Simulink工具，进而实现系统模型的构建与对应的求解。其巧妙运用系统模块较为直观地描述出了系统的典型环节，能够快速地应用在可视化动态系统仿真、离散系统以及线性/非线性系统中。

（二）Matlab软件在电力系统仿真中的应用

这款软件在电力系统建模、仿真过程中的应用主要通过电力系统仿真模块（PSB）实现的。这种模块必须是在Simulink环境条件下使用的模块，运用变步长积分方法，能够对刚性、非线性以及非连续性的系统实施精确仿真，进一步精确检测出断点、或者开关的发生时间，模块程序库中含有的表示电力网络的普通部件以及设备中所含的Simulink程序块，依据这种模块能够快速构建模型，即刻实施仿真。当系统启动Simulink以后，运用电力系统仿真→电力系统元件库→拖动元件→构建电力系统仿真模型。如：在电力系统出现短路故障时，整个系统从直接从一种状态快速转变为另一种状态，在这个过程中会产生非常复杂的暂态情形，为了可以更加直观地观察暂态过程中电压、电流变化动态，可借助电路模型。

在一般情况下，电路主要运用的理想三相电压源当作整个电路的供给电源，以分布参数输电线路为输电线路，用三相电路短路故障发生器操纵不同类型短路故障，主要包括两相短路、单相接地短路、三相短路以及双相接地短路等，所用的电压源是Y型接线。以两相接地短路为例，比如：在故障发生器所有参数中选用B相故障、C相故障，然后再用故障相接地选项，也就是说当出现B相、C相短路故障之后，如果将接地短路时间设定为（0.01～ 0.04）s之间，当设置完整个电路图、仿真参数之后，需要激活仿真按钮，检查波形图，得出故障点的电流电压波形图。

通过认真查看波形可知，当处于0.01s时刻时，三相电路短路故障的发生器会闭合，这时若电路系统中两个不同的故障点发生接地短路，相应的电压、电流都会发生变化，其变化情形和故障分析过程中理论计算数值相符。当处于0.04s时刻时，打开三相电路故障发生器，就等同于排除故障，那么故障点的电流、电压都会恢复正常状态。

三、结束语

通过分析电气工程专业教学中应用Matlab软件可知，其有以下几点优势：能够帮助学生在实践过程中掌握所学理论知识，进而激发学生对电气工程课程的兴趣，体会到构建知识体系的乐趣。同时，学生也可以全面、系统地掌握系统设计思想的演化过程，提高了分析、解决问题的能力，掌握了基本的科学研究方法，进一步增强了科研能力。

参考文献：

[1]刘独玉.Matlab在电气工程及其自动化专业中的教学探讨[J].西南民族大学学报（自然科学版），2011，2（S1）：63～64.

[2]尹瑞竹. Matlab软件在自动控制原理教学中的应用[J].科技资讯，2007，4（05）：96～97.

Matlab软件 篇6

一、处理实验数据并绘制图线

例1:利用伏安法测定电源电动势E和内阻r的实验中, 通过多次改变滑动变阻器阻值大小, 并记录对应电压表和电流示数, 如表1所示:

根据U=Ir+E关系式, 可知U-I图像满足线性关系, 对表1中的数据利用一阶多项式拟合, 程序如下:

>>clf;clear all;

>>i=[0.02 0.10 0.18 0.26 0.34 0.42 0.50 0.580.66 0.74 0.82 0.90];

>>u=[1.45 1.33 1.21 1.09 0.97 0.85 0.93 0.610.49 0.37 0.25 0.13];

>>plot (i, u, '觹')

>>hold on

>>p=polyfit (i, u, 1)

>>i1=0.02:0.02:0.90;

>>u1=polyval (p, i1) ;

>>plot (i1, u1)

>>grid on

运行结果:p=-1.4913

1.4926

由上述可知, U-I关系式为:U=-1.4913I+1.4926, 则电源电动势1.4926V, 电源内阻1.4913Ω。通过MATLAB绘图可以简单、清晰、直观、准确地对中学物理实验数据进行处理并进行直线拟合, 使得实验数据准确和直观化, 加深了学生对实验的理解;同时, 还能让学生对个别实验数据的正误有了很直观的判断, 提高了学生对科学的兴趣, 加强了他们的动手能力。

二、运动过程的动态模拟

例2:物体平抛与斜抛运动过程的二维动态演示。程序如下:

>>clf;clear all;

>>xsd=100觹cos (1/4觹pi) ;

>>ysd=100觹cos (1/4觹pi) ;

>>t=0:0.001:15;

>>x=xsd觹t;

>>y=ysd觹t-9.8觹t.^2/2;

>>comet (x, y) %斜抛运动

>>xsd=100;

>>t=0:0.001:15;

>>x=xsd觹t;

>>y=-9.8觹t.^2/2;

>>comet (x, y) %平抛运动

运行结果如图2、图3所示, 物体运动过程的动态演示使问题图像化、简单化, 让学生深刻领会其物理规律, 提高课堂教学效率。

例3:电荷在磁场中螺旋线运动的三维动态演示。若电荷以速度v与B成θ角进入匀强磁场, 在这种情况下, 可将v分解为与B垂直v1和与B平行v2的两个分量, v1=vsinθ, v2=vcosθ, v2不受磁场力的影响, 它使电荷沿着B的方向做匀速直线运动;v1会引发磁场力, 该磁场力将使电荷在与B垂直的平面内作圆周运动, 两种情况的合成使电荷运动的轨迹成为一条螺旋线, 如图4所示。程序如下:

>>clf;clear all;

>>t=0:0.1:10觹pi;

>>i=1;

>>h=plot3 (sin (t (i) ) , cos (t (i) ) , t (i) , '觹', 'erasemode', 'none') ;

>>grid on

>>axis ([-2 2-2 2 0 35])

>>for i=2:length (t) set (h, 'xdata', sin (t (i) ) , 'ydata', cos (t (i) ) , 'zdata', t (i) ) ;

drawnow

pause (0.01)

end

>>xlabel ('x') ;

>>ylabel ('y') ;

>>zlabel ('z') ;

通过MATLAB对中学物理中的一些公式的处理和模拟, 将原来的一些数学或文字表述转变为图形动画, 并相互结合, 可以加深学生对概念、公式的识记和理解, 培养学生建立模型分析问题的能力。

三、微观现象的动态模拟

例4:分子热运动现象的动态模拟, 程序如下:

>>n=30;

>>s=0.02;

>>x=rand (n, 1) -0.5;

>>y=rand (n, 1) -0.5;

>>h=plot (x, y, '.') ;

>>axis ([-1 1-1 1]) ;

>>axis square

>>grid off

>>set (h, 'EraseMode', 'Xor', 'MarkerSize', 20) ;

>>for i=linspace (1, 10, 5000)

>>drawnow

>>x=x+s觹randn (n, 1) ;

>>y=y+s觹randn (n, 1) ;

set (h, 'XData', x, 'YData', y) ;

end

行结果如图5所示, 通过分子热运动现象的动态模拟, 相比书本上静态的图像或教师语言的描述, 学生脑海中更容易想象和理解分子热运动概念及其规律。

四、结束语

MATLAB在中学物理教学中的应用远不止这些, 通过以上的几例可以看出, 适当引入MATLAB辅助教学, 可以使教学内容更加生动形象, 它将有助于物理概念的深化;能将抽象复杂的物理规律直观地展现在学生面前, 这都将大大地提高课堂的教学效果。因此, 研究MATLAB在中学物理教学过程中的应用更显得尤为重要, 它将在开拓设计思路、激发学生兴趣、突破教学难点等方面发挥其特有的作用。

参考文献

[1]王沫然.MATLAB与科学计算.北京:电子工业出版社, 2005.

Matlab软件 篇7

1 MATLAB软件简介

80年代, 美国的Mathworks公司发行了具有数值计算和符号计算功能的MATLAB大型数学件。MAT-LAB是在美国博士Cleve Moler编写的矩阵运算接口程序的基础上进行了不断的拓展, 至今已发展成为一个集数值计算、符号运算、图形处理、图像处理、动态仿真、信号处理、实时控制为一体的新一代科技应用软件。MATLAB从内涵来讲是一种可视化编程的高级语言, 它提供了交互式的编程环境, 可以分析数据、开发算法、创建模型及应用程序等, 其中MATLAB强大的数值计算功能, 主要体现在MATLAB内部数百个函数的核心程序模块库和几十个应用工具箱。

MATLAB应用工具箱可分为两大类。功能性工具箱可应用于各个学科, 其主要作用是图形图像处理、建模仿真、文字处理及扩充其符号运算及与硬件实时交互等功能;学科性工具箱是针对某一学科由该领域学科带头人设计的, 如通信系统、数字信号处理、科学计算、测量测试和计算机视角等, 使用者可直接采用专家编写的基础程序, 进行尖端问题的研究, 学科性工具箱在通信、工业自动化、计算物理各个领域以及许多教科研单位都有广泛的应用。

物理学前沿的研究中, 现代物理可以化分为理论物理学、计算物理学和实验物理学, 其中计算物理学是三个学科的交叉学科, 涉及到物理学、计算数学和计算机科学, 计算物理学对自然科学的研究产生了巨大的推动力, 促进了力学、光学、电磁学等一些基础学科的实验及教学发展, 而且对核物理、粒子物理、凝聚态物理、生物物理等学科的研究和发展起着重要的推动作用。随着计算机技术的发展, 数值计算方法在物理学研究中的应用, 物理学中非线性问题的研究迅速发展, 并首先在力学中取得突破, 目前非线性问题已成为理论物理研究的重要方向, 数值计算也成为理论物理研究中不可少的重要方法。MATLAB在基础物理学研究中, 可以通过MATLAB探究物理过程, 从中总结概括出物理规律;可以利用MATLAB解物理学方程或微积分方程。还可以采用MATLBA较完善的物理实验的演示、作图、模拟、仿真方面的功能, 将物理实验转化成交互+探讨的过程。如在电磁学实验中, 用软件模拟李萨如图形对照示波器观察, 利用MATLBA对静电场等位线、电力线的分布进行描绘等, 无论是在力热光电电磁学领域都有广泛的应用。

MTALAB是一种数据类型, 其语法规则比C语言甚至比BASIC语言还要简单, 编程方法与人的书写习惯、解题方式基本吻合, 就像是在稿纸上列公式求解运算一样;标准的输入输出语句不用指针、不需要编译简单易学, 函数库的调用简洁方便、运算高效、最大的优惠是使用者可自行扩展, 因此MTALAB为物理计算和实验数据的处理提供了一种新的解决问题的方法。在物理教学、实验和科研中适当引入计算机数据处理计算等研究方法, 正是MATLAB软件的强项。它可以直接在命令窗口中执行, 还可以通过编程来实现, 还可以直接使用动画和图形演示计算结果。因此, 对大专院校理工类大学生而言, 学会使用MATLAB软件是必须掌握的基本技能。

2 MATLAB在物理数值计算中的应用

数值运算中, 常涉及代数方程、常微分方程、非线性方程、偏常微分主程的数值解等问题。MATLAB软件不仅提供了对这些方程求解的功能。而且还可以计算的高阶导数和偏导数。如在大学物理学习过程中, 微分运算会经常遇到, Mtlab提供的函数命令diff () 不仅可求函数的一阶导数,

调用函数命令diff () 很容易计算出结果。

其语句如下

在大学物理课程中主要研究常微分方程的初值问题。

传统理念中的物理运算是在确定了已知及初始条件的基础上求时空点的某个物理量。我们用MATLAB软件可直接用直角坐标系建立微分方程, 只要几行程序, 就可求解;但常规解法中由于物理现象的复杂性, 我们无法了解该物理过程在时空中的变化, 因此, 对物理问题的研究难以展开;如果利用MATLAB软件的数值计算和作图功能, 演示其运动情况并可通过数值解的分析, 让学生不仅掌握经典物理学问题, 还能分析一些难以得到的解析解对应的物理现象, 还可以基于MATLAB的作图功能对物理过程进行模拟再现, 物理过程模拟为探究者提供了充分的物理信息。这里必须清楚, MATLAB的图形、图象处理仍然是通过计算机软件强大的计算能力实现的。MATLAB正是利用了它强大的作图功能, 才将大量的数据转换为直观的图像。其实际方法是以矩阵形式通过计算存储来实现物理过程模拟。

例2:在正前方1000m远处有一座小山丘, 山丘高50m, 其上建有一碉堡, 问如果要摧毁这个目标, 应在什么角度以最小的速度发射炮弹?这里我们用MATLAB编程来实现。

运行程序后得到V0=101.5000 n=77, 说明在程序中n=77对应题目中V0的最小值是101.5000m/s, 计算机还可画出角度与速度的图象。

另外大学物理中还有大量的非线性问题, 如力学问题中空气阻力与速度的关系, 形成的动力学方程是非线性, 但在实际求解过程中由于各种困难, 我们将阻力与速度看成正比这种不符合实际的情况, 通过建立线性的微分方程组求解各种问题。这种解题思路, 导致教师在教学过程中过分强调瞬时分析、避而不谈或忽视过程分析, 这种教学理念难以让学生认识理解整个物理过程的全貌, 问题就出在复杂的数学计算;换一种思路若针对其物理过程, 如果我们已建立了对应的非线性微分方程, 但是这类方程常规解法之一是采用小参量展开或通过变换变量等方法使之线性化, 只是这种转换没有一般方法可遵循;另外一种常用方法只针对弱非线性微方程, 一般可采取解析法处理问题作近似或定性的解析讨论, 虽然得到的是近似解, 但有利于进行理论研究。对非线性问题采用MATLAB软件数值计算方法简单明了, 它与解析推演同等重要, 目前这种方法已成为理论物理研究的重要方向。如质点在万有引力场中的一些问题, 我们采用极坐标建立的微分方程是非线性的, 利用u=1/r变换将运动方程转换成线性方程, 还是无法得到r=r (t) , θ=θ (t) 的解析式, 这个问题长期困扰着我们。但是如果利用MATLAB软件数值计算, 只要给出两个极坐标的运动微分方程及初始条件, 简短几行程序就得到某一时刻质点的位置、速度及图象。

3 Matlab软件的学习策略

综上所述, 由于计算机技术的成熟发展以及产生的易学易懂且具有强大运算功能和作图功能的Matlab应用软件, 它为我们在大学物理教学中引入计算数值方法提供了技术保证。在大学物理的教学改革中, 我们可以将Matlab应用软件与大学物理有关的许多课程相结合, 在师范类大专院校可结合普通物理课程让Matlab进入教材, 进入普通物理课教学计划, 一般计划用10学时讲授MATLAB基础知识, 学生就可以掌握以MATLAB软件为工具, 用数值计算的方法求解常微分方程初值问题, 达到了课程的基本要求。目标是能达到大学物理课程的要求, 即能利用MATLAB软件求解线性常微分方程会处理非线性问题等方法, 为今后进一步的科学研究打好基础。然后由学生根据个体需求自主学习, 让他们在探索解决问题的实践中进一步学习提高。

虽然这个软件简单易学, 但要学生真正掌握编程方法和基本功能最好是能编写适合所在院校学生学习的简易讲义或教程, 选择相关物理学实例资料供学生参考, 将传统解法与MATLAB处理问题的方法进行对比, 让学生感知其便捷。MATLAB软件的教学过程, 要重点介绍MATLAB软件的基本使用方法以及用这些方法可以完成什么样的任务, 将解决问题的基本策略和方法教给学生, 让学生在短时间内学会Matlab编程的基本方法, 并结合大学物理学习内容在教师的指导下有序进行计算机上机实践, 利用Matlab软件练习编程、调用程序处理一些物理问题, 在实践中强化学习。

这里要注意的一点是, MATLAB软件在大学物理中的应用, 一定是在掌握了物理学的基本概念、规律的情况下, 才能正确运用其数值计算或程序解决问题, 因此物理教学过程中不能轻视物理基本原理的教学。还有一点, 教学过程中可通过多媒体教学系统, 适当的用MATLAB软件实现一些物理现象, 让学生对知识点的学习有直观的认识, 可提高物理知识软件编程学习的效率.另外, 在教学中, 教师还要MATLAB软件的数值运算和模拟技术, 有目的对学生进行科学思想与科学思维方法的教育, 逐步提高学生的科学素养。

参考文献

[1]傅清祥、王晓东, 算法与数据结构[M].北京:电子工业出版社, 2001.

[2]Matlab在大学物理教学中的应用[J].山东建筑大学学报, 2009, 24 (3) .

Matlab软件 篇8

20世纪80年代初,数学模型进入我国大学课堂,成为一门新的数学课程,目前开设数学模型课程的学校已超过千所.数学模型课程的目的就是培养学生分析问题、解决问题的能力,因此,数学模型课要从实践中寻找问题,以相关专业理论方法解决问题,再回到实践中检验问题并给予问题的具体解决方案.建立数学模型的步骤一般为:模型的假设、模型的建立、模型的求解、模型的分析、模型的检验、模型的应用.由于实际问题的复杂性,建立好的数学模型往往计算时会出现问题,把MATLAB软件应用在模型的求解以及模型的分析中,可以起到事半功倍的效果.

MATLAB自20世纪80年代推向市场以来,得到了广泛的应用和发展,成为大学生尤其是数学系学生必须掌握的基本技能.掌握MATLAB软件,可以提高解决实际问题的能力.传统的数学模型教学方法往往只是注重模型的假设和模型的建立,而忽略了模型求解,课堂教学中并没有完整的解决实际问题.如果在课堂中通过多媒体,应用MATLAB软件展示模型的求解过程,可以提高课堂教学质量,激发学生“学数学、用数学、探究数学”的兴趣.本文从三个方面给出MATLAB软件在数学模型课程中的应用.

2. MATLAB软件在稳定性模型中的应用

问题1种群竞争模型:

可以利用MATLAB软件求出上述模型的数值解,并可以画出相轨线图形,分析两个种群数量的变化趋势.取N1=1.6,N2=1,σ1=0.5,σ2=1.6,r1=2.5,r2=1.8.在课堂教学中通过多媒体展示MATLAB求解程序,代码如下:

图1是初值取x1(0)=0.1,x2(0)=0.1的图形,图2是初值取x1(0)=1,x2(0)=2的图形.从图1和图2中,我们可以观察到,x1(t)→N1,x2(t)→0.这使学生可以直观地得到结果,增加了学生学习的兴趣.

3. MATLAB软件在数学规划模型中的应用

问题2奶制品的生产销售计划模型:

这个问题涉及的变量比较多,在课堂上运用手工计算比较困难.如果应用MATLAB软件求解这个问题就比较容易.在课堂教学中可以告诉学生应用MATLAB软件求解线性规划问题的函数Linprog,并讲解此函数的用法,然后让学生自己在下面进行编程计算,求解的MATLAB程序如下:

在传统的教学过程中,由于不利用MATLAB软件对模型进行求解,往往只给出模型,不给出求解过程,学生在遇到实际问题时,往往也不知道利用什么来计算.由于数学模型课程涉及的知识点很多,需要进行复杂运算的地方也很多,在讲解过程中没有时间一一进行传统的手工计算,如果能利用MATLAB软件进行求解分析,可以大大提高讲课的效率,学生在遇到实际问题时也不至于不知如何计算.

4. MATLAB软件在统计回归模型中的应用

“统计回归模型”这一章,数据非常多,必须借助软件对数据做出分析,然后才能建立模型.利用MATLAB软件,即使没有学过回归分析原理,也能利用回归模型解决实际问题.下面通过一个例子看一下MATLAB软件在统计回归模型中的应用.

问题3牙膏销售量:

通过数据分析我们可以建立如下模型:

其中y是销售量,x1是价格差,x2是广告费,β0,β1,β2,β3是回归系数,ε是随机误差.

该模型中的回归系数β0,β1,β2,β3需要通过数据进行估计,由于数据量比较大,这就得借助于MATALB软件,这时可以通过多媒体展示MATALB求解程序,代码如下:

5. 结论

本文通过数学模型教材上的三个例子,给出了MATLAB软件在数学模型课堂教学中的应用,通过上述例子的求解过程可以看出,MATLAB软件在求解复杂的数学建模问题时简单易学的特点,把MATLAB软件应用到数学建模求解中,必将起到事半功倍的效果.

参考文献

[1]姜启源,谢金星.一项成功的高等教育改革实践——数学建模教学与竞赛活动的探索与实践[J].中国高教研究,2011(12):79-83.

[2]牛潇萌.关于《数学建模》课程教学改革的探讨[J].赤峰学院学报:自然科学版,2014,30(16):250-251.

[4]刘卫国.MATLAB程序设计与应用[M].北京:高等教育出版社,2006.

Matlab软件 篇9

声纹识别技术[1]为生物识别技术的一种,也称为说话人识别,分为说话人辨认和说话人确认[2]。目前,市场上已经出现了一些声纹识别的应用,比如在军事情报方面,用于电话领域的监听与追踪;在监狱管理中,用于亲情通话对象的管控;在司法取证方面,语音声纹分析识别用于司法鉴定,还有社保身份认证、电话语音声纹考勤甚至现在非常流行的声纹锁屏[3]等等。

每个人的说话声音由于音色的不同可以被区分开来,本文所涉及到的声纹识别系统软件的设计[4]便是提取了声纹中的特征参数,把它作为本系统声纹识别技术的依据。与此同时,声纹识别分为文本相关的(Text-Dependent)和文本无关的(Text-Independent)两种[4]。本识别系统为与文本相关[5]的声纹识别系统,要求用户按照规定的内容发音,建立好说话人的声纹模型,在后期进行语音识别时需要按规定的内容发音进而进行说话人身份的辨别。

1 声纹识别系统设计

本系统整体流程分为设计分为5步:预处理、提取特征参数(基音周期、倒谱系数等)、建立参考模型、带入测试模型、进行匹配。

(1)预处理:包括采样和量化(即A/D转换)、预加重处理、加窗、依据短时能量谱的语音端点检测等几个处理过程。

(2)提取特征参数:为了能够表征说话人语音中说话人特定器官结构或习惯行为,便需要提取特征参数,并且该特征参数对同一说话人应具有相对稳定性。

①基音周期[6]:产生发音时声门的开启和闭合引起声带的周期性振动,形成周期性的脉冲串,用来描述这一串脉冲气流的周期称为基音周期。这种参数的提取主要是基于说话人发声器官,如声门、声道和鼻腔等的特殊结构而提取出说话人语音的短时谱特征(即基音频率谱及其轮廓)。

本系统利用自相关函数法(ACF)检测基音周期,由于周期信号的自相关函数将在时延等于函数周期的点产生一极大值,因此通过计算自相关函数可以估计语音信号的基音频率,以此方法获得基音周期(基音频率的倒数就是基音周期)。自相关函数的数学计算公式为:

②倒谱系数[7]:目前主流的声纹特征参数有LPC以及基于Mel频率的倒谱系数(Mel—frequency cepstral coefficients,MFCC)。实验中证明,MFCC是目前声纹特征中识别率最高的一种,本系统便是提取Me频率倒谱系数MFCC用来模拟人耳听觉系统的感知能力,描述语音信号在频率域上的能量分布。Mel倒谱系数MFCC的提取过程如下:

A.对语音信号进行预处理。

B.离散傅里叶变换(DFT):是信号完成从时域至频域的转换。

C.生成Mel滤波器组。

D.计算经Mel滤波器组加权后的能量值。

E.做离散余弦DCT变换。

(3)建立参考模型:常见的识别模型有模板模型(动态时间规整方法DTW、矢量量化方法VQ)、概率模型(隐马尔科夫模型HMM、高斯混合模型GMM),以及目前正在发展中的人工神经网络(ANN)方法。本实验采用的隐马尔科夫模型HMM[8],并将该模型确定为本系统的模式匹配方法。使用HMM模型可以用短时模型描述平稳段的信号,而且还可以解决每个短时平稳段是如何转变到下一个短时平稳段的问题。

本过程目的是对所提取出来的说话人语音特征进行学习训练,建立声纹模板或语音模型库,或对系统中已有的声纹模板或语音模型库进行适应性修改。

(4)带入测试模型:将用于测试的语音样本参数代入,得测试模型,与参考模型一一匹配。

(5)进行匹配:在识别过程中,声纹识别系统要根据系统已有的声纹模板或语音模型库对输入语音的特征参数进行模式匹配计算,从而实现识别判断,得出识别结果。

2 实验与结果

在声纹识别系统的测试实验中,从所在班级随机抽取了15名学生(其中男生10名、女士5名),每人6个样本,共计90个语音样本,男性说话人有Yjd,Zsl,Mj,Zqy,Gcx,Mgj,Mz,Mjp,Srf,Jd,女性说话人有Hj,Whj,Gxx,Yhr,Zm。在使用该语音库的前提下,要求他们对指定文本“温州医科大学”应用普通话进行自然发音,录制环境为室内。并把每一个说话人的6份样本中3份样本用于训练,3份样本用于测试,建立不同的HMM模型,观察不同训练的样本数对识别结果的影响。

实验表明,运用MATLAB建立的HMM模型确实可以进行说话人身份的识别,本系统的识别率为85%以上,但如果增加训练次数,则识别率也会相应地得到提高。在系统实时处理上,由于MFCC参数计算量比较大,所花费的计算时间较长,使得本系统的实时性受到了考验,另外由于MFCC参数的计算涉及到DFT计算、对数计算,这使得整个计算的动态范围受到了影响以至于影响本系统的精确度。

3 声纹识别技术的研究进展

声纹识别技术仍需要在研究方法和市场应用进行相应的改进,一方面,要寻找更为优良的研究方法,另一方面,由于建模方法的选择与使用都会对声纹识别结果带来很大的影响,这要求我们能够寻找到一种更为稳定的声纹特征参数来帮助说话人身份的识别,一方面,要保证乃至提高系统的精确性,另一方面,也要保证独一性,能够区分不同说话人的特质。随着声纹技术的不断发展,所对应的声纹市场也日趋成熟,必定会与当今的信息化时代相契合,提供一种切实有效的安全保障。

参考文献

[1]http://baike.baidu.com/view/116450.htm[OL].

[2]Joseph P.Campbell,Jr.Speaker recognition:a tutorial[J].Proceedings of the IEEE,1997,85:1437-1462.

[3]http://www.dragonvoice.cn/[OL].

[4]陈怀琛.数字信号处理教程:MATLAB释义与实现[M].2版.北京:电子工业出版社,2008.

[5]Chi-Wei Che,Qi-guang Lin,Dong-SukYuk.An HMM Approach to Text-Prompted Speaker Verification[C]//The1996IEEE International Conference on Acoustics,Speech and Signal.Processing Conference Proceedings,1996,2:673-676.

[6]蔡莲红,黄德智,蔡锐.现代语音技术基础与应用[M].北京:清华大学出版社,2003.

[7]张万里,刘桥.Mel频率倒谱系数提取及其在声纹识别中的作用[J].贵州大学学报,2005,22(2):5.

Matlab软件 篇10

关键词：matlab,高等数学

1 概述

近几十年来,有一科技的迅猛发展,引起人们知识总量的飞速发展。学生在有限时间内掌握更多的知识,除了在教学内容上进行改革,同时必须改变传统的教学方式,尽量采用先进的教学媒体,不断提高教学的的效率。

多媒体课件辅助教学已不断进入到学校的课堂,许多学校都配置了多媒体教学系统。在数学的教学中,吧数学软件引入课堂教学时老师义不容辞的职责。Matlab软件引进高等数学课堂教学中,让学生了解数学软件基本知识,进而激发学生学习高等数学的兴趣。

2 Matlab软件进入高等数学课堂方式

2.1 引入课堂要注意循序渐进

由于把matlab软件引入高等数学课堂是一种新的信息传输方式,这项技术在教学中的应用对非计算机专业的教师是一个全新的课题。要应用好一是学习matlab软件;二是借鉴别人使用软件教学的经验;三是要写出matlab引入数学课堂的文字脚本;四是在脚本基础上制定教学引入方式;五是制作电子课件进行教学。

2.2 matlab引入要重点突出,简介直观

Matlab引入教学时授课内容的提炼,不是把书本知识搬到软件上来进行授课。因此软件应用应抓住重点,结合文字、图表、图片等,是内容容易理解和记忆。特别用传统文字教学文字较多,内容比较抽象的,在软件应用中可以通过一些精心设计、形象讲解,提高教学质量和效率,达到事半功倍的效果

2.3 利用仿真效果,不断激发学生学习兴趣

Matlab引入教学应配以相应的文字,图片、声音、视频等仿真效果可以利用仿真动画技术,使一些在普通条件下无法实现或观察的过程和现象,生动而形象的显示出来,可以大大提高学生对抽象事物、过程的理解和感受,增强感性认识,激发学生的想象力,从而达到深入浅出的理解知识的最终目的。

2.4 交互性增强学习兴趣

无论软禁介入教学设计如何周到,还是在应用时有意向不到的突发事件,为了以防万一,可以在课件的适当位置放一个菜单,可供随时选择调出相应的内容,这样不但可以增加课件的交互性,也可以避免因为误操作引发的影响课堂正常的进度。

2.5 设计处理突发事件的预案

将软件介入教学时,因为操作不当影响教学进度,只是很容易出现的,尤其操作者对课件不熟悉时,更容易发生。这样,再设计时就应设计一套处理突发事件的预案,允许突发事件发生,但是要能够灵活处理,不要因为出现突发事件而退出程序或者教学。一般我们可以利用提示信息调出相应的帮助文件,返回主菜单进行解决问题。

2.6 不可完全依赖软件进行教学

利用matlab软件形象生动的特点,教学内容由软件包办,不断增加授课内容,这样老师可能就变成了软件的操作者,这样对于教学是没有好处的,但是若板书教学,老师必须把教材弄得比较透彻,比较熟悉才能够给学生讲课,尤其是像数学这样的推理性的东西老师更应该在黑板上推清楚,让学生理解透彻,所以不要完全过分依赖教学软甲,一定要处理好两者关系。

3 结论

总之,matlab软件功能强大,若能正确引入教学中,高等数学的教学就会一改过去的全部是一支粉笔、一块黑板的局面,结合多媒体进行教学,课堂的教学生动起来,教师就有较多时间去介绍数学概念背景知识,激励他们的学习兴趣,提高学生运用数学知识的能力,使教师的教学会更生动多彩,全面提高了教学的效果。

参考文献

[1]孙显元.高等学校教师教学科研方法[M].合肥:合肥工业大学出版社,2005(8).