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1、毕业设计（论文）元宝山电厂热经济性评价火用平衡法Thermal Economic Evaluation for Power Plant of YuanbaoshanMethod of Exergy Balance 学生姓名学历层次所在系部所学专业所在班级指导教师教师职称完成时间： ： 本 科 ： 能源动力工程学院 ： 热能与动力工程 ： ： ： ： 2010.6.20 摘 要热力系统计算是热能动力工程的一项重要的技术工作。火力发电厂的设计、技术改造、运行管理及运行优化等均需要对火力发电厂的热力系统作详细的热平衡计算，以求出热经济指标作为决策或制定技术标准的依据。在科学技术高速发展的今天，能否得
2、到一个准确反映工程实际情况，并且对现场有指导意义的核心计算程序对电厂能够实现真正的在线监测具有重要的意义。本设计题目是元宝山电厂热经济性评价，根据元宝山电厂的实际热力系统，对其热经济性进行评价，通过火用平衡法的计算，总结相应数据，根据现场实际资料，对所要评价的电厂热力系统进行深入学习，分析，合理划分模块，得到计算所需要的数学模型。由于设计所采用的数据均来自于汽轮机性能试验报告，与以往教学中可以直接得到数据不同，需要同学认真学习分析，从而得到设计所需要的实际参数。应用Matlab软件，自主编制所要评价电厂热经济性的程序。将分析结果与工程实际相对比，调试误差在允许范围内，从而得到以火用平衡法为理论
3、依据进行在线监测的通用性程序。已达到对元宝山电厂热经济性的评价。关键词：热经济性 火用平衡法 热力系统 矩阵AbstractThermal system is an important thermal power engineering technical work. The design thermal power plant, transformation, operational management and optimal operation of thermal power plant, must be on the system, the heat balance calculat
4、ion in detail, in order to heat the economic indicators as a decision or the basis for the development of technical standards. The rapid development of science and technology today, can get an accurate reflection of the actual construction, and there is guidance on the core site computer program on
5、the plant to achieve the real-line monitoring is of great significance. The design entitled Yuanbaoshan power plant heat economy evaluation, according to the actual Yuanbaoshan power plant thermal system, economic evaluation of its heat through the fire with the balance method of calculation, summin
6、g up the corresponding data, according to the real data, to be evaluation of power plant thermal system in-depth study, analysis, rational division module to derive the mathematical model required. Because of the design data used are from the turbine performance test reports, and past teaching data
7、can be different and require careful study and analysis of students to be required for the actual design parameters. Application of Matlab software, independent evaluation of the preparation of the plant to process heat economy. The results will be analyzed and compared to the engineering, testing e
8、rror within the allowable range, so get to the fire with the balance method for the theoretical basis for the online monitoring of common procedures. Yuanbaoshan power plant has reached on the evaluation of heat economy.Keywords：Thermal economic Method of exergy balance Thermal system Matrix目 录前 言1第
9、一章 绪论21.1 选题背景与意义21.2 国内外发展趋势31.3 设计任务5第二章 电厂热经济性评价方法62.1 常规热平衡法62.2 等效热降法62.3 循环函数法72.4 熵分析法72.5 火用平衡法72.6 矩阵分析法9第三章 MATLAB语言113.1 MATLAB的发展113.2 MATLAB语言的特点133.3 MATLAB的组成15第四章 火用平衡法的应用174.1 火用平衡法的基本思想174.2 拓扑矩阵的构造174.3 火用平衡法的通用性程序流程图204.4 MATLAB程序验证224.5 火用平衡法对元宝山电厂热经济性评价结果27第五章 结论33参考文献35致 谢36附录
10、一：程序清单37附录二：元宝山电厂热力系统图45前 言本课程设计来自元宝山电厂600MW热经济性评价，将火用平衡法应用到火电厂热力系统的在线计算中去，从而得到对元宝山电厂热力系统总体热经济性的定量结论，而且包括各个部位上火用损失的大小以及影响因素等。通过本次课程设计培养学生学生的基础理论与专业知识、技术水平以及实际应用能力和文字、语言表达能力，综合运用所学理论技能知识与生产实践相结合能力的重要依据，培养和提高学生综合应用能力。运用所学理论知识和技能知识，并结合生产实践按要求完成本次设计内容。节能是我国的基本国策，而火电厂节能降耗的任务艰巨。本论文的目的是使学生熟悉火电厂热力系统的组成，能够定性
11、分析和运用等效热降理论来定量计算，在此基础上对火电机组进行节能潜力分析。能源是国民经济的重要物质基础，对国民经济的发展起着极为重要的作用。统计数据表明，能源消耗量的增长率与国民生产总值的增长率接近正比关系。无论哪个国家，要加快国民经济的发展，就必须保证能源消费量有相应的增长速度，否则就会制约经济的发展。火电行业是一个不断将一次能源转化为二次能源的场所，是消耗一次能源的大户，我国约30%的煤炭用于发电.因此，在当前国家能源供应十分紧张的情况下，提高火电行业的节能意识，加强能源管理，降低煤耗具有十分重要的意义. 提高现有机组的运行管理水平，挖掘节能潜力，达到经济运行是提高火电行业经济性、节能降耗的
12、主要途径之一随着计算机在电力系统的普及应用，利用其火电机组的运行状态进行监测实时采集现场运行参数，全面诊断机组的运行经济性，定量分析影响机组经济性的因素的场所和大小，提供经济性诊断报告和运行操作指导，摸清机组存在的问题，分清主次，以指导运行人员的操作和检修人员的维护，是提高火电机组经济性的重要手段。第一章 绪论1.1 选题背景与意义 能源是国民经济的重要物质基础，对国民经济的发展起着极为重要的作用。据统计数据表明，能源消耗量的增长率与国民生产总值的增长率接近正比关系。无论哪个国家，要加快国民经济的发展，就必须保证能源消费量有相应的增长速度，否则就会制约经济的发展。中国能源形势更不容乐观。我国人
13、口占世界的1/5，而能源资源相对匮乏。中国自然资源总量排世界第七位，能源资源总量约4万亿吨标准煤居世界第三位。中国煤炭保有储量为10024.9亿吨，但精查可采储量只有1262.15亿吨（世界煤炭可采储量为1万多亿吨，储采比为219年。储量最大的国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、德国、南非、波兰。其中美国的储量比中国大一倍以上，除中国外，其余6国的储采比均在210年以上，中国若保持原开采强度，储采比不足百年）。但是我国人口众多，能源资源相对匮乏。我国人口占世界总人口20；己探明的煤炭储量占世界储量的11%、原油占2.4%、天然气仅占1.2。人均能源资源占有量不到世界平均水平的一半，石油仅为十
14、分之一。能源不足，特别是油气资源短缺已成为制约我国经济发展的首要因素。针对能源紧张的问题，我国政府已经引起高度重视并制定了许多节能措施，也取得了较大的成效，提高了我国的能源利用水平。但与国际先进水平相比，我国的能源利用率仍然较低，能源浪费的现象十分严重。所以，提高我国的能源利用率是十分重要的1。火力发电厂既是产能大户，又是耗能大户，作为其运行经济性考核工具的热力系统分析计算方法研究，具有十分重要的理论和现实意义，它既是热力系统设计、技术改造的理论基础，又是火电厂热力设备经济运行在线分析的实用技术。特别是计算机的普及和计算技术的发展，对火电厂热力系统分析计算方法的研究提出了新的要求，如何提高分析
15、方法的通用性、智能化、精确度和适应计算机计算已经成为该领域研究的一个新特点。为了控制好电力工业的生产成本，发电厂应对机组的运行性能有全面的了解并对发电成本有准确的估算，这就需要对热力系统进行热经济性监测和分析，以便获得电厂设备的运行状态和机组的运行经济性指标，并由此指导优化运行。节能是我国的基本国策，而火电厂节能降耗的任务艰巨。本论文的目的是使学生熟悉火电厂热力系统的组成，能够定性分析和运用等效热降理论来定量计算，在此基础上对火电机组进行节能潜力分析。 毕业设计是学生在学校期间的最后一个教学环节，是考核学生的基础理论与专业知识、技术水平以及实际应用能力和文字、语言表达能力，是综合运用所学理论技
16、能知识与生产实践相结合能力的重要依据，是培养和提高学生综合应用能力的重要环节2。本课程设计师根据工程实际问题对元宝山电厂热经济性评价，主要根据火用方法对电厂进行热经济性评价。1.2 国内外发展趋势正在能源供应日益紧张的今天,各国纷纷将解决能源危机的出路放在节能上。通过能源节约,虽然不能彻底解决能源问题,但却可以在一定程度上缓解能源供应的压力,并达到减少污染物排放、提高经济效益的目的。对于法治社会,一切离不开立法和行为保障,节能当然也不能例外。纵观各国节能事业所取得的丰硕成果,无一不是以法律作为后盾。俗话说,他山之石,可以攻玉。国外节能立法的成功经验在许多方面也可以为我国正在进行的节约能源法的修
17、改提供借鉴。不断提升建筑空调能效水平是全球性的大趋势，日本、美国、欧盟已明确 制定了能效水平提高的目标值和时间表。建筑空调是现代社会所必需的可显著改善人们生活环境，提高生活质量的以人为本的人性化设备。但它同时又是一个能源消耗的大户，并可能对地球的环境保护造成重大损害，如造成臭氧层空洞的扩大，地球温室效应的加重，因此世界各国都无一例外地为减轻它的负面影响而制定一些法规和标准。如限定对大气层会造成危害的多种制冷剂的使用年限。并强调空调节能和制定了建筑空调能效水平提高的目标值和实施时间表3。火电机组运行优化在线管理系统是提高机组运行经济性的一种较科学的管理手段.本文介绍和比较了国内外在这方面的开发成
18、果,比较后发现,国外在提供运行人员实时降低能损(耗差)的控制值是优化仿真计算的动态值,而国内还仍然采用试验结果的非实时参考值;其次要开展对锅炉吹灰器进行经济性不定期吹灰的研究开发,以提高和完善运行优化在线管理系统的科学性和实用性。 凝汽式发电厂将燃料中的化学能在锅炉中释放转换为蒸汽热能，引起汽轮机膨胀做功将热能转换成机械能，以拖动汽轮发电机最终转换对外供应的电能。在这些能量转换过程中横有部位不同、大小不等、原因各异的能量损失，正是通过衡量转换过程中能量利用程度或能量损失大小来评价火电厂的热经济性4。评价火电厂热经济的方法有很多，但从热力学观点来分析，只有两种基本分析方法，即基于热力学第一定律的
19、热量法（效率发，热平衡法），基于热力学第二定律的火用方法或熵方法。它按供热抽汽的火用与新汽的火用的比例分配热电联产的燃料总消耗和费用总消耗。它没有象热量法因改进汽轮机设备的完善化，反而使供热机组总热耗增加的弊端。恰恰相反，当热力系统和热力设备愈完善，供电煤耗率则愈小，可鼓励电厂进行进一步技术革新。火用是与环境偏离程度的一个尺度，便于用它来体现过程可逆性的大小，所以值得提倡。但是须要指出的是火用法指的是一个范畴，而不是一个具体方法，而且只要是联产，不论使用什么方法都不可避免地引入某种人为的规定性，火用法只是为合理分摊提供了良好的基础。为进行整个火电机组的能量系统热经济性分析及考察其组元变化的影响
20、,提出了以热经济学和边际成本概念为基础的热经济性分析方法.对复杂能量系统主要以功能划分后形成的组元,考察其组元的输出火用流变化引起整个系统的能耗变化,可以通过边际火用成本、单位火用成本和组元产品的函数来表达,来衡量整个系统所有组元的输出火用流变化对系统外部输入燃料的影响,便于火电机组的运行经济状态动态评估.机组主蒸汽参数变化的计算表明:参数变化时将引起系统的煤耗增加,降低了经济性,因而从本质上进行了热经济性的全面综合分析,以优化机组运行,进行性能诊断5。综合目前国内外系统节能理论，无论是第一定律分析方法还是第二定律分析方法，我们发现在以下几个方面还需要发展。(1)从方法论上讲，没有引入系统工程
21、的普遍分析方法，所采用的数学工具仍是初级的。与其它学科相比，热力系统的研究滞后于其它学科，如电力系统、信息系统等。用系统工程方法研究热力系统，可以综合目前系统节能分析方法，发现更普遍的规律。(2)从本质上讲，目前的系统研究都属于静态研究或稳态研究。研究的基础是汽轮机通流部分热力学状态参数已知，并且在系统变化时，这些热力学状态参数保持不变，因此使热力系统分析所能解决的范围大大缩小。正因为如此，有很多常见的热力系统分析问题，一直没有得到较好的解决，如对于已经设计好的系统，当系统初参数(初温或初压)升高或降低1%时，系统能耗变化多少？再如，在用电量远远低于发电量的今天，采用滑压运行还是定压运行方式，
22、在热经济性上哪种更合理，恐怕还没有一个一致的意见6。1.3 设计任务热力系统计算是热能动力工程的一项重要的技术工作。火力发电厂的设计、技术改造、运行管理及运行优化等均需要对火力发电厂的热力系统作详细的热平衡计算，以求出热经济指标作为决策或制定技术标准的依据。在科学技术高速发展的今天，能否得到一个准确反映工程实际情况，并且对现场有指导意义的核心计算程序对电厂能够实现真正的在线监测具有重要的意义。本次毕业设计的主要内容如下：将火用平衡法应用到火电厂热力系统的在线计算中去，从而得到对元宝山电厂热力系统总体热经济性的定量结论，而且包括各个部位上火用损失的大小以及影响因素等。1.在已学习过专业知识的基础
23、上进行专业拓展，通过查阅中、英文专业文献等手段，重点深入学习适用于在线监测的变形后的火用平衡的基本理论。2.自学Matlab软件，达到完成本次设计所要求的难度，并能够熟练的对程序进行调试。3.根据现场实际资料，对所要评价的电厂热力系统进行深入学习，分析，合理划分模块，得到计算所需要的数学模型。由于设计所采用的数据均来自于汽轮机性能试验报告，与以往教学中可以直接得到数据不同，需要同学认真学习分析，从而得到设计所需要的实际参数。4.应用Matlab软件，自主编制所要评价电厂热经济性的程序。5.将分析结果与工程实际相对比，调试误差在允许范围内，从而得到以火用平衡法为理论依据进行在线监测的通用性程序。
24、6.整理元宝山电厂600MW的热力系统热经济性的监测结果。第二章 电厂热经济性评价方法电力系统是火电厂实现热工转换热力部分的工艺系统，其工作状况的好坏直接影响火电厂的经济效益。因此，电厂节能工作的效果直接取决于对热力系统分析的程度和准确度。评价火电厂热经济的方法有很多，但从热力学观点来分析，只有两种基本分析方法，即基于热力学第一定律的分析方法可分为：常规热平衡法、等效焓降法、循环函数法，基于热力学第二定律的火用方法或熵方法。2.1 常规热平衡法常规热平衡法是在苏联引进的，在电站系统分析计算时，采用逐级热平衡法串联求解抽气量，从而确定系统的汽水分布，并利用功率方程以及吸热量方程最终求解系统的总的
25、热经济性指标。该方法概念清晰，数值求解方便，可以利用其思想对局部热力系统变化对热经济性的影响进行定性的分析，是我国电厂热力系统的设计与改造的理论基础。但一些基本公式的推导都是基于简单的代数运算，使得对加热器从高到低逐级求解抽汽量时，其热平衡方程变得越来越复杂，并且不易发展内在规律。尤其最末级，电厂全部辅助系统（如轴封汽、门杆漏气、排污回收利用、喷水减温、厂用汽等）对其热平衡方程均有影响，因此难以写出其解析式。这些都增加了对局部热力系统变化对热经济性的影响进行定量计算的难度。2.2 等效热降法等效焓降法的基本思想是70年代由前苏联库兹涅佐夫提出，90年代以后，西安交通大学林万超教授在其基础逐步完
26、善，形成一套严密理论。该方法在机组负荷及汽轮机初终参数不变的情况下可以对系统结构及辅助设备进行定量能量损失分析，在电厂热力系统节能理论方面做出了重要贡献。等效焓降法属于静态系统分析法，但其可以直接分析计算系统局部改变即小扰动对热经济性的影响，对于定量查找系统的能损分布及系统的局部改造特别有利。然而由于负荷变化必然引起同流参数的变化，当负荷变化较大时不能或只能近似使用等效焓降法。随着电力事业的发展，装机容量不断增加，大型机组参加调峰成为必然，对于初温、初压、负荷、运行方式、被压改变时进行能耗的分析计算时，等效焓降法已超出了其应用范围。该理论已进入系统分析问题的核心，概念和结论清楚准确，但是理解难
27、度很大。并且仍沿用了简单的代数推导方法，不易对一些结论给出理论证明。2.3 循环函数法循环函数法是由我国电力建设研究所马芳礼高级工程师经过数十年的研究创立的一种新型热力系统分析方法。该方法是将任一复杂的热力系统划分为主系统和各种不同的辅助系统，分别计算各系统的热经济指标，也能很好的解决局部定量分析这一难题。同样该理论中概念较多，公式复杂，并且不易发现其一般规律，一般的工程技术人员难于理解和掌握。2.4 熵分析法熵分析法的主要内容是通过对体系的熵平衡计算，求取熵产的大小及其分布，分析影响熵产的因素，确定熵产与不可逆损失的关系，作为评价过程的不完善程度和改进过程的依据。该方法只要求针对某一具体的算
28、例采用一致的基准态，所以应用起来比较方便。但是其有明显的不足之处。首先，无法用它来评价能量系统的使用价值，因而不便于使用统一的尺度来考察各类用能装置的完善程度以及一次能源利用的充分程度;其次，熵的概念比较抽象，其本身并不是一种能量7。2.5 火用平衡法传统的电厂热力系统节能分析理论主要是以热力学第一定律为依据，并沿用至今仍为主要方法。近年来，以热力学第二定律为依据的熵分析法和拥分析法得到了迅猛的发展。熵分析法的主要内容是通过对体系的熵平衡计算，求取熵产的大小及其分布，分析影响熵产的因素，确定熵产与不可逆损失的关系，作为评价过程的不完善程度和改进过程的依据。该方法只要求针对某一具体的算例采用一致
29、的基准态，所以应用起来比较方便。但是其有明显的不足之处。首先，无法用它来评价能量系统的使用价值，因而不便于使用统一的尺度来考察各类用能装置的完善程度以及一次能源利用的充分程度;其次，熵的概念比较抽象，其本身并不是一种能量。火用分析法是在热力学第一、第二定律的基础上结合周围环境从对能的本性的全面认识以及从能的实用性出发而提出的一种思想和方法。明确定义了火用效率，规定了火用的基准态，并参照热力学第一定律的能量平衡方程式得到了火用平衡方程。础上解决了燃料拥、化学火用、工质火用的计算问题，丰富了热力系统节能分析理论。由于传统的设计方法及可利用的数据资料均以热力学第一定律给出，用热力学第二定律分析进行在
30、线监测还有一定困难。今天,火用分析方法已被广泛应用于能源科学中,并取得了令人信服的成果。通过火用分析我们可以更深刻、更本质地认识能量系统的薄弱环节,从而更加合理地安排用能过程。因此,火用分析思想及其在其它领域的应用,是特别值得研究的。概括起来说,它应包括如下五个方面:(一)事物的可用性在于事物的质通过对能量的火用分析我们知道,人类能够通过转换加以利用的,并不是能量的总数量,而是能量中所包含的火用,而火用含的大小是通过能量的品质来表现的。因此,能量的可用性归根到底在于能量的品质,品质高的能量可用性大,品质低的能量可用性小。因次,我们利用的正是能量的品质。推而广之,对于任何可为人类利用的东西,人类
31、所利用的也正是这些东西中所包含的质。一辆在露天搁置的汽车锈坏了,失去了利用价值,但构成它的物质依然存在。它之所以不能再被使用,是因为构成它的物质的质变坏了。同样,对一定数量的食品,由于保管不善,不能再被食用,虽然构成它的物质依然存在,但构成它的物质的质已经降低了。放眼望去,这类例子比比皆是,凡不能再被利用的东西,均是缺少人类所需的某种品质的缘故。因此,我们利用的正是事物的质,而非其它。(二)事物的质是与使用它的环境密切相关的能量的火用始终是与环境温度相关的,反映了能量的品质要受到环境的影响。而系统的火用,虽然也是一个状态函数,但它又与焓、熵等状态参量不同,它还与环境温度有关。说明系统的可用性始
32、终是与使用它的环境密切相关的。其实,这也丝毫不难理解,任何物体都离不开环境,城市更需要的原材料、能源和各种工业基础物资,这些物品在城市使用更能体现它的价值。(三)耗散的存在是不以人的意志为转移的因为熵是一个状态函数,所以只要系统的状态确定,系统的熵就确定了,系统内部的混乱度也就随之确定。同样由熵来描述的系统的耗散度也就确定了,所以熵耗散是不以人的意志为转移的,我们不能通过减少摩擦和提高仪器的精度来消除它。它对火用损的贡献来自熵与环境的乘积,两者缺一不可。当系统与环境的熵差小时,系统的可用能增加;当环境的温度更低时,系统的可用能也增加。由此可见,我们虽不能消除熵耗散的存在,但可以选择系统的使用环
33、境来减小它对系统品质的影响。比如,消费者拥有一定数量的苹果,虽然苹果有皮和核或疵点,还可能有部分是坏的,这是一个耗散量(包括内耗散和外耗散),它的存在是不以人们的意志为转移的。(四)火用是系统与环境差异的量度中国人追求“与众不同”、“超凡脱俗”、“出类拔萃”等试图与环境增加差异的道理是非常正确的,物以稀为贵,也充分显示了环境差异在经济学领域中的作用,当系统与环境的差异增大时,系统的品质就增加了。这一点丝毫不难理解,比如高温的系统相对环境载有火用,温度越高载火用量越多,反之,低于环境温度的系统,比如环境中的冰块,同样也载有火用,因为我们可以利用冰与环境的温差驱动一个热机工作从而得到功。同样,处于
34、大气中的真空也是一个火用源,因为真空与环境之间存在着差异,这种差异可以通过机器得到功。因此,火用是系统偏离平衡态(环境)的量度,与环境的差异越大,系统的品质越高。(五)火用是事物发展的动力熵增加原理告诉我们,孤立系统的熵永不减少。,孤立系统的火用永不增加,这一论断在能量品质方面的拓展,就是孤立系统只能自发地向着能量品质降低的方向发展,此即为能的降级原理。在更大的范围上,从总体来看,质的降级是不可抗拒的自然规律。我们已经知道,能流或物流的推动力是质的差异,高品质的能量和物体,有自发向低品质的方向发展的趋势。这就解释了热能为什么只能自发地从高温物体流向低温物体;空气为什么会自发地充入真空容器中等等
35、8。2.6 矩阵分析法电厂热力系统的矩阵分析法是联立各级回热加热器的热平衡方程式，通过求解一组包含各级抽汽量的线性方程组完成对热力系统的计算。矩阵分析法由热平衡法推导而来，其特点是一次能计算几个或几十个未知的参数，同时求出各级抽汽量。该方法便于实现计算机化，能够方便、快速、精确的解决问题。热力系统的矩阵分析法形成于上世纪90年代初，经过10多年的不断发展，在原有方法的基础上，热力系统矩阵分析法不断改进，统一了热平衡的表达形式，考虑了辅助蒸汽、辅助水流以及散热损失等，使“矩阵法”应用于实际热力系统时更加方便，其意义也更清晰。把汽轮机的功率方程(也是能量平衡式)与加热器能量平衡方程联立，得出了定功
36、率矩阵方程，在已知功率时应用该方程可一次性求出汽轮机进汽量和各加热器抽汽量，避免了逐步叠代的运算，实现了直接定功率分析，使得矩阵法成为一种更为简洁、精确、便于实现计算机化的热力系统分析法。近年来，矩阵法的应用得到了进一步的推广9。第三章 MATLAB语言Matlab是“Matrix Laboratory”的缩写，意为“矩阵实验室”，是当今美国很流行的科学计算软件。信息技术、计算机技术发展到今天，科学计算在各个领域得到了广泛的应用。在许多诸如控制论、时间序列分析、系统仿真、图像信号处理等方面产生了大量的矩阵及其相应的计算问题自己去编写大量的繁复的计算程序，不仅会消耗大量的时间和精力，减缓工作进程
37、，而且往往质量不高。美国Mathwork软件公司推出的Matlab软件就是为了给人们提供一个方便的数值计算平台而设计的。Matlab是一个交互式的系统，它的基本运算单元是不需指定维数的矩阵，按照IEEE的数值计算标准（能正确处理无穷数Inf(Infinity)、无定义数NaN(not-a-number)及其运算）进行计算。系统提供了大量的矩阵及其它运算函数，可以方便地进行一些很复杂的计算，而且运算效率极高。Matlab命令和数学中的符号、公式非常接近，可读性强，容易掌握，还可利用它所提供的编程语言进行编程完成特定的工作。除基本部分外，Matlab还根据各专门领域中的特殊需要提供了许多可选的工具
38、箱，如应用于自动控制领域的Control System工具箱和神经网络中Neural Network工具箱等10。3.1 MATLAB的发展MATLAB名字由MATrix和 LABoratory 两词的前三个字母组合而成。那是20世纪七十年代后期的事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。经几年的校际流传，在Little的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了Math
39、Works公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。MATLAB以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包（如英国的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德国的KEDDC）纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建。在时间进入20世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。到九十年代初期，在国际上30几个数学类科技应用软件中，MATLAB在数值计算方面独占鳌头，而Mathematica和Maple则分居符号计算软件的前两名。M
40、athcad因其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受中学生欢迎。MathWorks公司于1993年推出MATLAB4.0版本，从此告别DOS版。4.x版在继承和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时，出现了以下几个重要变化：（1）推出了SIMULINK。这是一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。它的出现使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而大大提高了人们对非线性、随机动态系统的认知能力。（2）开发了与外部进行直接数据交换的组件，打通了MATLAB进行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。（3）推出了符号计算工具包。1993年MathWorks公司从
41、加拿大滑铁卢大学购得Maple的使用权，以Maple为“引擎”开发了Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks公司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。（4）构作了Notebook 。MathWorks公司瞄准应用范围最广的Word ，运用DDE和OLE，实现了MATLAB与Word的无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。1997年仲春，MATLAB5.0版问世，紧接着是5.1、5.2，以及和1999年春的5.3版。与 4.x相比，现今的MATLAB拥有更丰富的数据类
42、型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。（关于MATLAB5.x的特点下节将作更详细的介绍。）诚然，到1999年底，Mathematica也已经升到4.0版，它特别加强了以前欠缺的大规模数据处理能力。Mathcad 也赶在2000年到来之前推出了Mathcad 2000 ，它购买了Maple内核和库的部分使用权，打通了与MATLAB的接口，从而把其数学计算能力提高到专业层次。但是，就影响而言，至今仍然没有一个别的计算软件可与MATLAB匹敌。在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动
43、态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。在那里，MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB的应用。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。如美国National Instruments公司信号测量、分析软件LabVIEW，Cadence公司信号和通信分析设计软件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB为主要支撑。又如H
44、P公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各种硬卡、仪器等都接受MATLAB的支持11。3.2 MATLAB语言的特点MATLAB语言有不同于其他高级语言的特点，它被称为第四代计算机语言。正如第三代计算机语言如FORTRAN语言与C语言等使人们摆脱了对计算机硬件的操作一样，MATLAB语言使人们从繁琐的程序代码中解放出来。它的丰富的函数使开发者无需重复编程，只要简单地调用和使用即可。MATLAB语言最大的特点是简单和直接。MATLAB语言的主要特点有：1编程效率高MATLAB是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编写程序，且比BASIC、FORTRAN和C等语言更加
45、接近我们书写计算公式的思维方式，用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列公式与求解问题。因此，也可通俗地称MATLAB语言为演算纸式科学算法语言。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语言是一种解释执行的语言(在没被专门的工具编译之前)，它灵活、方便，其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。人们用任何一种语言编写程序和调试程序一般都要经过四个步骤：编辑、编译、连接，以及执行和调试。各个步骤之间是顺宇关系，编程的过程就是在它们之间做瀑布型的循环。MATLAB语言与其他语言相比，饺好地解决了上述问题，把编辑、编译、连接和执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操
46、作，快速排除输入程序中的书写错误、语法错误甚至语意错误，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。具体地说，MATLAB运行时，如直接在命令行输入MATLAB语句(命令)，包括调用文件的语句，每输入一条语句，就立即对其进行处理，完成编译、连接和运行的全过程。又如，将MATLAB源程序编辑为M文件，由于MATLAB磁盘文件也是M文件，所以编辑后的源文件就可直接运行，而不需进行编译和连接。在运行M文件时，如果有错，计算机屏幕上会给出详细的出错信息，用户经修改后再执行，直到正确为止。所以可以说，MATLAB语言不仅是一种语言，广义上讲更是一种语言
47、开发系统，即语言调试系统。3扩充能力强，交互性好高版本的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式上一样，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，提高MATLAB使用效率和扩充它的功能。另外，为了充分利用FORTRAN、C等语言的资源，包括用户已编好的FORTRAN、C语言程序，通过建立M文件的形式，混合编程，方便地调用有关的FORTRAN、C语言的子程序，还可以在C语言和FORTRAN语言中方便地使用MATLAB的数值计算功能。良好的交互性使程序员可以使用以前编写过的程序，减少重复性工作，也使现在编写的程序具有重复利用的价值。4移植性好，开放性好MATLAB是用C语言编写的，而C语言的可移植性很好。于是MATLAB可以很方便地移植到能运行C语言的操作平台上。MATLAB适合的工作平台有：Windows系列、UNIX、Linux、VMS61、PowerMac。除了内部函数外，MATLAB所有的核心文件和工具箱文件都是公开的，都是可读可写的源文件，用户可以通过对源文件的修改自己编程构成新的工具箱。5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,b,c,.=fun(x,y,z,.)，即一个函数由函
