虚拟样机仿真

虚拟设计与仿真技术

课程作业

学院：机电工程学院

专业：车辆工程

姓名：施长政

学号：2010020261

教师：王钰（教授）

Matlab的GUI应用

一、Matlab的简介

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB具有以下六个特点：

1.编程效率高

用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题，MATLAB语言也可通俗地称为演算纸式的科学算法语言。由于它编写简单，所以编程效率高，易学易懂。

2. 用户使用方便

MATLAB语言把编辑、编译、连接和执行融为一体，其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语意错

误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，可以说在编程和调试过程中它是一种比VB还要简单的语言。

3．扩充能力强

高版本的MATLAB语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且MATLAB的库函数同用户文件在形成上一样，所以用户文件也可作为MATLAB的库函数来调用。因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高MATLAB使用效率和扩充它的功能。

4．语句简单，内涵丰富

MATLAB语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形式为(a，6，c…)= fun（d，e ，f，…），即一个函数由函数名，输入变量d，e，f，…和输出变量a，b，c….组成，同一函数名F，不同数目的输入变量（包括无输入变量）及不同数目的输出变量，代表着不同的含义。这不仅使MATLAB的库函数功能更丰富，而大大减少了需要的磁盘空间，使得MATLAB编写的M文件简单、短小而高效。

5．高效方便的矩阵和数组运算

MATLAB语言像Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的一系列运算符，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。

6．方便的绘图功能

MATLAB的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数（命令），使用时只需调用不同的绘图函数（命令），在图上标出图题、XY轴标注，格绘制也只需调用相应的命令，简单易行。另外，在调用绘图函数时调整自变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。

二、GUI的认识

2.1 GUI的概念

用户界面（或接口）是指：人与机器（或程序）之间交互作用的工具和方法。如键盘、鼠标、跟踪球、话筒都可成为与计算机交换信息的接口。图形用户界面（Graphical User Interfaces ，GUI）则是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（Objects）构成的一个用户界面。用户通过一定的方法（如鼠标或键盘）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等。用户图形界面（GUI）是程序的图形化界面。

一个好的GUI 能够使程序更加容易的使用。它提供用户一个常见的界面，还提供一些控件，例如，按钮，列表框，滑块，菜单等。用户图形界面应当是易理解且操作是可以预告的，所以当用户进行某一项操作，它知道如何去做。例如，当鼠标在一个按钮上发生了单击事件，用户图形界面初始化它的操作，并在按钮的标签上对这个操作进行描述。

2.2 创建MATLAB 用户图形界面必须由三个基本元素

2.2.1 组件

在matlab GUI 中的每一个项目(按钮,标签,编辑框等)都是一个图

形化组件.组件可分为三类：图形化控件(按钮,编辑框,列表,滚动条等),静态元素(窗口和文本字符串),菜单和坐标系. 图形化控件和静态元素由函数uicontrol 创建,菜单由函数uimenu 和uicontextmenu 创建,坐标系经常用于显示图形化数据,由函数axes 创建。

2.2.2 图象窗口(Figure)

GUI 的每一个组件都必须安排图象窗口中。以前，我们在画数据图象时，图象窗口会被自动创建。但我们还可以用函数figure 来创建空图象窗口，空图象窗口经常用于放臵各种类型的组件。

2.2.3 回应

如果用户用鼠标单击或用键盘键入一些信息，那么程序就要有相应的动作。鼠标单击或键入信息是一个事件，如果matlab 程序运行相应的函数，那么matlab函数肯定会有所反应。例如，如果用户单击一按钮，这个事件必然导致相应的matlab语句执行。这些相应的语句被称为回应。只要执行GUI 的单个图形组件，必须有一个回应。

三、GUI的数据概念

3.1 GUI数据类型

MATLAB的数据类型主要包括：数字、字符串、矩阵、单元型数据及结构型数据等，限于篇幅我们将重点介绍其中几个常用类型。

3.1.1 变量与常量

变量是任何程序设计语言的基本要素之一，MATLAB语言当然也不例外。与常规的程序设计语言不同的MATLAB并不要求事先对所使用的变量进行声明，也不需要指定变量类型，MATLAB语言会

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。在赋值过程中如果赋值变量已存在时，MATLAB语言将使用新值代替旧值，并以新值类型代替旧值类型。在MATLAB语言中变量的命名应遵循如下规则：

（1）变量名区分大小写。

（2）变量名长度不超31位，第31个字符之后的字符将被MATLAB语言所忽略。

（3）变量名以字母开头，可以是字母、数字、下划线组成，但不能使用标点。

与其他的程序设计语言相同，在MATLAB语言中也存在变量作用域的问题。在未加特殊说明的情况下，MATLAB语言将所识别的一切变量视为局部变量，即仅在其使用的M文件内有效。若要将变量定义为全局变量，则应当对变量进行说明，即在该变量前加关键字global。一般来说全局变量均用大写的英文字符表示。

MATLAB语言本身也具有一些预定义的变量，这些特殊的变量称为常量。表3-1给出了MATLAB语言中经常使用的一些常量值。

在MATLAB语言中，定义变量时应避免与常量名重复，以防改变这些常量的值，如果已改变了某外常量的值，可以通过“clear+常量名”命令恢复该常量的初始设定值（当然，也可通过重新启动MATLAB系统来恢复这些常量值）。

表3-1

3.1.2 数字变量的运算及显示格式

MALAB是以矩阵为基本运算单元的，而构成数值矩阵的基本单元是数字。为了更好地学习和掌握矩阵的运算，首先对数字的基本知识作简单的介绍。

对于简单的数字运算，可以直接在命令窗口中以平常惯用的形式输入，如计算2和3的乘积再加1时，可以直接输入：

>> 1+2*3

ans=

7

这里“ans”是指当前的计算结果，若计算时用户没有对表达式设定变量，系统就自动赋当前结果给“ans”变量。用户也可以输入：>> a=1+2*3

a=

7

此时系统就把计算结果赋给指定的变量a了。

MATLAB语言中数值有多种显示形式，在缺省情况下，若数据为整数，则就以整数表示；若数据为实数，则以保留小数点后4位的精度近似表示。MATLAB语言提供了10种数据显示格式，常用的有下述几种格式：

short 小数点后4位(系统默认值)

long 小数点后14位

short e 5位指数形式

long e 15位指数形式

MATLAB语言还提供了复数的表达和运算功能。在MATLAB语言中，复数的基本单位表示为i或j。在表达简单数数值时虚部的数值与i、j之间可以不使用乘号，但是如果是表达式，则必须使用乘号以识别虚部符号。

3.1.3 字符串

字符和字符串运算是各种高级语言必不可少的部分，MATLAB 中的字符串是其进行符号运算表达式的基本构成单元。

在MATLAB中，字符串和字符数组基本上是等价的；所有的字符串都用单引号进行输入或赋值（当然也可以用函数char来生成）。字符串的每个字符（包括空格）都是字符数组的一个元素。例如：>>s=’matrix laboratory’;

s=

matrix laboratory

>> size(s) % size查看数组的维数

ans=

1 17

另外，由于MATLAB对字符串的操作与C语言几乎完全相同这里不在赘述。

3.2 几种最为常用的数据传递方式

3.2.1 运用gui本身的varain{}、varaout{}传递参数

这种方式仅适用与gui间传递数据，且只适合与主子结构，及从主gui调用子gui，然后关掉子gui，而不适合递进结构，即一步一步实现的方式。

3.2.2 运用global定义全局变量传递参数（适用于gui内控件间以及不同gui间）

这种方式是最简单的方式，是很省心，但是，简单的问题就在于有时不是很方便，因为在每一个要到该全局变量的地方，你都要添一句globle x，还有就是如果你在一个地方修改了x的值，那么所有x 的值就都变了，有的时候恐怕会出现紊乱。另一个更重要的问题在于全局变量破坏了程序的封装性。

3.2.3 应用setappdata\getappdata与rmappdata函数(gui间和gui内，推荐使用）

该函数使一个对象能存取多个变量值，因此会在操作上更具有弹

性与数据安全性。

(1)getappdata

此函数可由定义的对象中获得特定的变量值，value=getappdata(H,Name) 由定义的对象中获得变量名称为Name的值。其中H为对象句柄值，如果该变量不存在，则matlab会返回一个空矩阵。

(2)setappdata

此函数可由定义的对象中建立一个变量值setappdata(H,Name,value) 由定义的对象中建立一个变量名称为Name 而内容为value的值。其中H为对象句柄值，如果该变量不存在，则matlab会自动设臵Name与value。

(3)rmappdata

此函数用以移除定义对象中由setappdata指定的变量值，rmappdata(H,Name)；移除定义的对象H中由serappdata指定的变量Name的值。

3.2.4 运用save和load（importdata）传递参数(gui内和gui间）

将某变量x的值先存到磁盘，用的时候在调用。格式如下：save('*.mat','x'）；用的时候就用load('*.mat'),但这样只是把x读到了matlab workspace，不会用显示，你还要再去查看这个变量名，然后才能用，建议使用p=importdata('*.mat')，p是一个结构体，可以随意使用了。当然，这种方式涉及到磁盘读写，速度当然会有影响的，一般情况不用，通常用在保存以及导入某个变量。

四、GUI之间的数据传递实例

运用gui本身的varain{}、varaout{}传递参数的实例，运用gui本身的varain{}、varaout{}传递参数，从而在GUI之间传递数据。

实现功能描述：

1、建立一个主GUI界面如图所示

2、由物体的形状类型选择，弹出不同类型的输入参数子界面窗口，如下图所示

3、点击确定，参数将传递到主界面进行计算，如下图所示

五、总结

在这一学期的matlab课程中，感谢王老师的半年来的教学指导，引领我掌握matlab的入门基础和提高的方法，让我受益匪浅。这半年来掌握了matlab一些基本的常用函数，辅助优化设计与应用，simulink 仿真等方面的知识，虽然只是matlab的冰山一角，但是为以后的学习打下了坚实的基础，运用相对较为容易。同时王老师的严谨的治学态度，感染着我，我更加端正了学习态度。

在以后的研究生活中，我更加严格要求自己，对工程的为题更加严谨，不仅仅停留只口头上，更要落实在行动中。同时将与自己课题

相关的matlab的运用，掌握的更加熟练。

六、程序

主界面

function varargout = Volume_count(varargin)

gui_Singleton = 1;

gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...

'gui_Singleton', gui_Singleton, ...

'gui_OpeningFcn', @Volume_count_OpeningFcn, ...

'gui_OutputFcn', @Volume_count_OutputFcn, ...

'gui_LayoutFcn', [] , ...

'gui_Callback', []);

if nargin && ischar(varargin{1})

gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});

end

if nargout

[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

else

gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

end

function Volume_count_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)

handles.output = hObject;

https://www.360docs.net/doc/7c10795759.html,er_choice='radiobutton1';

handles.flag=0;

handles.yuanxing=0;

handles.fangxing=0;

guidata(hObject, handles);

function varargout = Volume_count_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)

varargout{1} = handles.output;

function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white');

end

function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)

if handles.flag==1 %判断是否选择类型

switch https://www.360docs.net/doc/7c10795759.html,er_choice %根据用户选择的不同种类，选择不同的计算方法case 'radiobutton1'

volume=pi*handles.yuanxing^2;

set(handles.edit1,'string',volume); %输出计算结果

case 'radiobutton2'

volume=handles.fangxing(1)*handles.fangxing(2)*handles.fangxing(3);

set(handles.edit1,'string',volume);

otherwise

msgbox('计算出错','发生非预期错误');

end

else

errordlg('请先选择类型，输入参数','Bad Input','modle');

end

handles.flag=0;

guidata(hObject,handles);

function uipanel2_SelectionChangeFcn(hObject, eventdata, handles)

https://www.360docs.net/doc/7c10795759.html,er_choice=get(hObject,'tag');

guidata(hObject, handles);

function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)

switch https://www.360docs.net/doc/7c10795759.html,er_choice %选择不同的参数界面case 'radiobutton1'

handles.yuanxing=yuanxing;

case 'radiobutton2'

handles.fangxing=fangxing;

end

handles.flag=1;

guidata(hObject, handles);

子界面一

function varargout = yuanxing(varargin)

gui_Singleton = 1;

gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...

'gui_Singleton', gui_Singleton, ...

'gui_OpeningFcn', @yuanxing_OpeningFcn, ...

'gui_OutputFcn', @yuanxing_OutputFcn, ...

'gui_LayoutFcn', [] , ...

'gui_Callback', []);

if nargin && ischar(varargin{1})

gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});

end

if nargout

[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

else

gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

end

function yuanxing_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)

handles.output = hObject;

guidata(hObject, handles);

uiwait(handles.figure1);

function varargout = yuanxing_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)

varargout{1} = handles.output;

close(gcf);

function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white');

end

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)

yuanxing=str2double(get(handles.edit1,'string'));

if isnan(yuanxing)

errordlg('请输入有效数值','Bad Input','modle');

else

handles.output=yuanxing;

guidata(hObject, handles);

uiresume(gcf);

end

function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)

yuanxing=inf;

handles.output=yuanxing;

guidata(hObject, handles);

uiresume(gcf);

子界面二

function varargout = fangxing(varargin)

gui_Singleton = 1;

gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...

'gui_Singleton', gui_Singleton, ...

'gui_OpeningFcn', @fangxing_OpeningFcn, ...

'gui_OutputFcn', @fangxing_OutputFcn, ...

'gui_LayoutFcn', [] , ...

'gui_Callback', []);

if nargin && ischar(varargin{1})

gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});

end

if nargout

[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

else

gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

end

function fangxing_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)

handles.output = hObject;

guidata(hObject, handles);

uiwait(gcf);

function varargout = fangxing_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)

varargout{1} = handles.output;

close(gcf);

function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white');

end

function edit2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white');

end

function edit3_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white');

end

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)

fangxing(1)=str2double(get(handles.edit1,'string'));

fangxing(2)=str2double(get(handles.edit2,'string'));

fangxing(3)=str2double(get(handles.edit3,'string'));

if any(isnan(fangxing))

errordlg('请输入有效数值','Bad Input','modle');

else

handles.output=fangxing;

guidata(hObject, handles);

uiresume(gcf);

end

function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)

fangxing=inf;

handles.output=fangxing;

guidata(hObject, handles);

uiresume(gcf);