MATLAB在化工中的应用小论文

MATLAB在化工中的应用小论文（共12篇）

MATLAB在化工中的应用小论文 篇1

摘要：随着科技的不断发展与进步，MATLAB软件开始在化学工程与工艺实验数据处理中应用开来。因为传统的数据处理方式十分繁琐，因此MATLAB软件的出现弥补了传统化工实验数据的数据处理缺陷，提高了化工实验数据的处理效率。文章通过研究MATLAB软件在化学工程与工艺实验数据处理中的应用，分析其处理数据的优势与特点。

关键词：化学工艺实验；数据处理；MATLAB软件；化工实验数据；

目录 MATLAB软件......................................4 2 化学工程与工艺实验数据处理......................4 3 化学工程与工艺实验数据处理设计..................5 3.1 数据处理的程序框架..........................5 3.2 数据处理的程序编制..........................6 3.2.1 数据输入...............................6 3.2.2 处理和作图。...........................6 3.2.3 建立数据库.............................7 3.3 程序的运行..................................7 4 结语............................................8 参考文献...........................................9 MATLAB软件

MATLAB软件最早由美国的Mathworks公司提出，其主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。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，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。近年来MATLAB软件逐渐被用于化学工程与工艺实验的数据处理中，极大地提高了数据处理的效率。化学工程与工艺实验数据处理

化学工程与工艺实验不同于普通的化学实验只重视一个原理的求证，它的目的是为了解决工业中的化工问题，其特点主要有实验时间长、实验规模大和实验数据处理繁杂等。在整个化学工程与工艺实验里数据处理是必不可少的阶段，也是印证化学实验成果是否行之有效的必要手段，但是由于实验数据过于庞大，实验当中相关的参数关系大多是非线性的，单单依靠传统的手工计算不仅速度慢，还容易出现计失误的情况，根本无法满足实际的需求，因此，将MATLAB软件融入实验数据的处理中刻不容缓，它能有效地将繁琐的计算步骤化解成简单的计算，提高工作效率，让实验数据的准确性达到最高值，避免误差的产生。以下通过研究两个化学工程

与工艺实验，分析MATLAB软件在处理实验数据时与传统的手工计算有什么优势和便利。化学工程与工艺实验数据处理设计

3.1 数据处理的程序框架

因为每一个化学工程与工艺实验的目的都不相同，因此其处理的步骤以及涉及的化学公式也不尽相同，不可能以一个程序来概括，但是经过大量的实验研究和总结，发现不同的化工实验中都会有其相似之处，它们都可以由图1来概述：

图1 3.2 数据处理的程序编制

3.2.1 数据输入

化学工程与工艺实验的数据输入主要依靠提示的函数input实现，比如以温度为例子，则其输入函数为：t=input（‘请输入实验的温度摄氏度）：’），其中输入函数大多是以矩阵的输入形式为主。3.2.2 处理和作图。

化学工程与工艺实验中得到的数据时常会存在离散的情况，必须经由多种拟合的方法将它们结合成一条或多条连合的曲线，而其中最常用的拟合方式是最小二乘法，因此本实验设计中的拟合方式也采用最小二乘法的方式。设实验的离散数据（x1，y1）通过最小二乘法将其拟合成因变量y，自变量x，输入的函数关系为y=f（x），函数关系的主要思路是让离散数据中的x1的残差平方以及Σ（f（x1）-y1）2达到最小值。因为在得出化工实验数据中多少会因为外界的因素存在着一些误差，因此最小二乘法可以无需使输入函数y=f（x）必须经过全部的离散数据（x1，y1），但是残差平方和必须达到最小值。根据最小二乘法的拟合方法可知，最小二乘法可以满足化工实验数据处理中的拟合应用需求。在化学工程与工艺实验中会涉及到流体的流动阻力研究，研究主要是通过测试流体的流动阻力，在经过特定的计算之后得出摩擦系数（λ）和雷诺准数（Re）的离散数据，再同理，经过最小二乘法拟合出连续的曲线，并根据其画出相对应的图形。因为摩擦系数（λ）和雷诺准数（Re）属于成双对数函数，则：λ=aReb+c（1）当a，b，c是常数时，则可以设c=0：λ=aReb（2）因为λ与Re属于成双对数函数，则：Logλ=blogRe+loga（3）得出上述式子之后可以将MATLAB里的函数polyfit（）进行线性的拟合，以作为化工数据处理的程序原理。3.2.3 建立数据库

因为经过上述的设计，化学工程与工艺实验数据处理只能得知在特定的温度下比如10℃、20℃以及30℃等）实验的物性数据，但是在实际的生产中，工业生产所涉及的温度多变，不单只停留在设计好的温度当中，因此，这就需要我们在数据中选择最相近的数据，假设它们属于线性的关系，再利用内插或者外推的方式计算出实验的物性数据常数。在本文的化工实验中，编写的程序已经将实验温度和密度以及实验的温度与黏度进行多次的实验拟合，建立出了一个相对完的数据库，在工作中只需将温度输入进系统，则程序可以自动跳出在特定温度下的物性数据，提高数据处理效率。

3.3 程序的运行

在编制完成化学工程与工艺实验的数据处理程序，且建立数据库之后，便应该输入数据以验证程序是否能有效地处理实验数据。在化学工程与工艺实验的数据处理中，MATLAB软件的应用是十分重要的，经过实验可知，在化工实验当中会出现大量的离散数据，必须经过拟合的方式进行处理，其处理过程中不仅工作量大，而且十分繁琐，一旦出现差错则必须重新推翻重来，浪费大量的人力物力资源，而且在处理好实验数据之后，在查看实验当中还要将化工实验数据重新计算一次，看结果是否与原先的计算结果相同，工作量十分重，但是如果运用MATLAB软件则大大降低了数据处理难度，只要在MATLAB软件中输入相应的化工实验数据，就可以得到结果，节省了时间，提高了工作效率。结语

在实际的应用中，化学工程与工艺实验所要处理的数据十分庞大，而且涉及的计算公式也十分多，甚至很多时候为了将数据的计算公式导出来还要建立复杂的模型，一旦有一个步骤出现差错则会直接影响到实验的成果，如果使用传统的手工计算方式，为了避免差错则必须对每一个数据处理环节进行反复计算，降低了工作效率，因此MATLAB软件的应用对于化学工程与工艺实验的数据处理十分重要，它不仅将复杂的计算变得简单，也让事后的实验验证效率得到提高，促进了化工实验的 发展。

参考文献

[1] 赵新强，谢英慧，曹吉林，李国玲．化学工程与工艺教学实践[J]．河北工业大学成人教育学院学报，2014，6（1）．

[2] 韩正．计算机引发化学工程革命[J]．发明与创新（综合科技），2013，12（1）．

MATLAB在化工中的应用小论文 篇2

1 Ma tla b在电路计算中的应用

1.1已知星形电路的电阻为R1, R2和R3, 将其转换为三角形电路, 相应的电阻为X1, X2和X3。求X1, X2和X3的表达式。若R1=20Ω、R2=40Ω、R3=60Ω, 求x1、x2和x3的电阻值。

运行程序可得:x1= (R1*R2+R1*R3+R2*R3) /R3;x2= (R1*R2+R1*R3+R2*R3) /R2;x3= (R1*R2+R1*R3+R2*R3) /R1

运行程序得:x1=73.3333;同理可得到x2=110和x3=220

1.2 求下列桥式电路中的支路电流I1, I2, I3的符号表达式, 并且当E=10V, R1=40Ω, R2=80Ω, R3=10Ω, R4=20Ω, R5=100Ω时各支路电流。

由基尔霍夫电流和电压定律, 可列出三个电流方程和三个回路电压方程, 构成六个方程组成的方程组, 从而来求出六个支路电流。

按图中设定的电流参考方向, 列出的方程组为:

这里运用线性方程组的知识, 此处其形式可表达为AI=B, A为6行6列的系数方阵, B为6行的列向量, I为6行的列向量, 下面给出在matlab中构造此线性方程组及求解的程序。

在matlab中新建一个m文件, 在其中输入下述程序:

R1=40;R2=80;R3=10;R4=20;R5=100;E=12;%将电路参数代入, 使符号变量转换成数值A=[1, 0, 1, 0, 0, -1;1, -1, 0, 0, -1, 0;0, 0, 1, -1, 1, 0;R1, 0, -R3, 0, R5, 0;0, R2, 0, -R4, -R5, 0;R1, R2, 0, 0, 0, 0];%将符号矩阵A转成数值矩阵

将程序复制到命令运行窗口, 运行便可得到电流I向量的符号表达式及具体计算出的六个电流值。I1至I6的具体数值为0.1000;0.1000;0.4000;0.4000;0;0.5000。

题目中给出的正好是电桥平衡状态, 其实用简单的串并联知识很快能求出各支路电流。求解结果可与matlab的运算结果进行对比, 是一致的。

当给出的电阻值作一下变动, 使电路不处在电桥平衡状态, 则求解支路电流就相当困难, 但在上述matlab程序只要改动电阻的赋值语句, 如赋值语句改为R1=10;R2=20;R3=20;R4=50;R5=80;E=10, 在程序运行窗口就可很快下述结果。I1至I6分别为0.3302;0.3349;0.1462;0.1415;-0.0047;0.4764。计算结果是十分精确的。

2 Ma tla b在电路绘图方面的应用

在电路分析及电工学中, 经常要涉及到RLC的串并联电路, 当在电路中施加正弦交流电流 (压) 的情况下, 电阻元件R, 电感元件L, 电容元件C中的电流电压的波形关系如何?运用matlab程序也能很快的以波形图展现出来, 下面给出的是各元件符号和相应的参数, R=1.5Ω, XL=1.5Ω, XC=1.5Ω

在matlab命令窗口运行此程序, 便会自动绘制出如下的三幅波形图, 不同元件所对应的每一时刻的电压电流关系可进行相互对比。

可见, 将Matlab作为辅助工具应用到相应的学科及工程中来, 可使学习者从繁琐的运算中解放出来, 并能将抽象的函数关系以图形的形式呈现出来, 有助于对知识理解和掌握, 同时也能进一步增强对学科的学习兴趣。

参考文献

[1]石生, 韩肖宁.电路基本分析[M].北京:高等教育出版社, 2003.

Matlab在概率统计中的应用 篇3

一、常用概率密度的计算

Matlab中计算某种概率分布在指定点的概率密度的函数,都以代表特定概率分布的字母开头,以pdf(probability density function)结尾,例如:unidpdf(X, N):计算1到N上的离散均匀分布在X每一点处的概率密度;poisspdf(X, Lambda):计算参数为Lambda的泊松分布在X每一点处的概率密度;exppdf(X, mu):计算参数为mu的指数分布在X每一点处的概率密度;normpdf(X, mu, sigma):计算参数为mu, sigma的正态分布在X每一点处的概率密度。其他如连续均匀分布、二项分布、超几何分布等也都有相应的计算概率密度的函数。

除计算概率密度的函数外,Matlab中还有计算累积概率密度、逆概率分布函数及产生服从某分布的随机数的函数,分别以cdf,inv和rnd结尾。

二、随机变量数字特征的计算

(一)数学期望与方差

对离散型随机变量,可利用Matlab矩阵运算计算出其数学期望和方差;而对于连续型随机变量,则可以利用Matlab符号运行计算。对常见分布,Matlab还有专用的函数计算其期望与方差,如binostat, expstat, normstat, poisstat可用于计算二项分布、指数分布、正态分布和泊松的期望和方差。另外,Matlab中提供了计算方差和标准差的函数var与std。

(二)协方差与协方差矩阵

Matlab中,函数cov(X)用于计算随机变量的协方差或协方差矩阵。

三、样本统计量及其分布

(一)样本统计量及经验分布函数

Matlab中,函数[h, stats]=cdfplot(X)返回样本经验分布函数图像和样本数据的几个重要统计量,包括最小值、最大值、均值、中值和标准差。

(二)抽样分布

数理统计中常用的X2分布、t分布、F分布,Matlab中也有相应的函数计算其概率密度,分别为chi2pdf(X, V), tpdf(X, V), fpdf(X, V1, V2),其用法与前面介绍的计算其他常用分布的概率密度的函数相似。

四、参数估计

对服从正态分布N(u,б2)的观测数据向量X, Matlab中用函数normfit或mel来估计其参数和置信区间,而函数mle也可以用来估计服从其他分布的样本数据的参数和出置信区间。

例:命令R = exprnd(3,1,10)返回一组服从参数为3的指数分布的随机数,容量为10.

[p, pci] = mle('Exponential',R,0.05)则返回其均值的极大似然估计p = 4.3756及其置信水平为1-0.05=0.95的置信区间( 2.5611, 9.1247).

对于服从二项分布、指数分布、泊松分布和均匀分布等其它常见分布的数据,Matlab也有相应的计算极大似然估计和置信区间的函数,分别为binofit, expfit, poissfit, unifit等,其用法与normfit相似。

五、假设检验

对于假设检验,在Matlab中可以利用逆累积分布函数(如逆正态累积分布函数norminv),结合简单的计算给出检验结果。但Matlab中也有专门用于假设检验的函数:对方差已知时的单个样本均值检验可以用ztest,对单个样本均值可以用ttest,对两个样本均值差可以用ttest2等。

总之,对于概率统计中绝大部分问题,Matlab统计工具箱都提供了相应的函数。在学习概率统计时,结合这些函数将使学习变得更加简单易学。

参考文献:

[1]周品,赵新芬. MATLAB数理统计分析[M]. 北京: 国防工业出版社,2009.

[2]王正林,刘明. 精通MATLAB7[M]. 北京: 电子工业出版社,2006.

MATLAB在化工中的应用小论文 篇4

２００９

ＮＯ．３１

ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 学 术 论 坛

Matlab/Simulink仿真实验在扩频通信课程教学中的应用 张竞秋

(长春理工大学电子信息工程学院 吉林长春 130022)摘 要:根据扩频通信课程的特点,分析了当前该课程教学存在的问题,提出了采用Matlab/Simulink仿真来弥补实验室实验设备等的不足,并给出了Matlab/Simulink仿真的方法与实例,这是教学改革进程中的有益尝试。关键词:Matlab/Simulink仿真 扩频通信 仿真模型中图分类号:G424文献标识码:A文章编号:1672-3791(2009)11(a)-0236-02近年来,扩频技术迅猛发展,扩频通信不仅在军事通信中占有重要地位,在民用通信中也得到了越来越广泛的应用。《扩展频谱通信》是一门多学科专业交叉渗透的综合课程,它涉及到通信基础理论,对于教授该门课程理论的高校教师来说如何能更充分地表达自己的教学思路,如何更生动形象地开展教学,让学生更形象、更直观地理解所讲授内容历来是探讨的热点,解决上述问题的有效方法是采用计算机仿真技术。Matla/Simulink b仿真在实验教学中的作用

1.1Matlab/Simulink仿真与传统实验比较

通信系统仿真实质上就是把实验硬件搬进了计算机。在实物实验系统中,用各种电子元器件制作出通信系统中的理论模型

所规定的各个模块,再把它们通过导线或电缆等接在一起,然后再用示波器、频谱议、误码仪等通信仪表做各种测量,最后分析测量结果。在仿真实验中也是这样做,只不过所有通信模块及通信仪表的功能都是用程序来实现的,即通信系统的全过程在计算机中仿真运行。仿真实验不像实物实验那样让人感到“真实”,但对于许多通信问题的研究来说的确非常有效。与实物实验相比,Matlab仿真具有如下一些优点。

(1)Matlab可以仿真许多通信系统,通过改变某些参数来观察通信系统的性能,加深学生对知识的理解,从而可以获得比较好的教学效果。

(2)软件实验建设开发周期短,成本低。(3)弥补了由于实验场地、仪器设备和经费缺乏等因素带来的不足,避免了因误操作而对仪器造成的损坏,而且对于某些实验中不易观察到的现象,也可以进行模拟仿真。1.2Matlab/Simulink的功能与特点

Matlab是一套功能强大的工程技术数值运算和系统仿真软件,它具有数值分析、矩阵运算、图形处理、仿真建模、系统控制和优化等功能。运用Matlab进行仿真共有两种途径:一是基于数据流的仿真,它是用Matlab函数以命令行的形式实现,亦即编程实现整个系统的仿真;二是基于时间流的仿真,它是用 Matlab提供的一种可视化仿真模型库——Simulink来实现整个系统的仿真。Simulink提供了许多模型库,用户只需用鼠标将所需模块从库中调出来并连接起来即可。利用Matlab对通信原理课程中

所涉及的内容进行仿真 ，形式生动、形象直

图1 直接扩频发射机仿真系统模型

图2 直接扩频发射机扩频前数据信号频谱

图

直扩发射机扩频后输出信号频谱

２３６科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ

学 术 论 坛

观、启发性强,能增强学生的感性认识,加强其对授课内容的理解。

8000次/s,为此,以升速率模块配合采样保持模块将调制输出信号采样速率提高到8000次/s。2.2 仿真结果

仿真执行后,两个频谱仪将分别显示扩频前后的信号频谱,采用BPSK调制的等效低通模型时,调制前后的功率谱相同,如图2所示,可见,数据信号的带宽约100Hz,其功率峰值约为20dB,而扩频输出信号带宽展宽了20倍,为2kHz,其功率峰值下降到约7dB处。仿真输出的时域波形结果如图3所示,图中显示了数据流、PN序列以及扩频输出信号的波形。２００９

ＮＯ．３１ 科技资讯

趣,能取得较好的实验效果,弥补通信类课程实验的不足。2 扩展频谱通信系统仿真实例

直接序列扩频通信系统是扩频通信中最典型和最便于理解的扩频方式之一。我们试图通过这一系统的仿真演示过程来说明仿真软件在教学中的突出作用。2.1直接序列扩频通信系统

通过建立如图1所示的仿真模型来研究直接序列扩频通信系统,观察其数据波形、扩频输出波形及扩频调制输出的频谱。仿真模型中,Bernoulli Binary Generator用于产生伪随机扩频序列,其采样时间设置为0.01s.PNSequence Generator用于产生伪随机扩频序列,其采样时间设置为0.0005s.Unipolar toBipolarr Converter用于完成数据和扩频序列的双极性变换,乘法器输出就是扩频输出,其码速率等于采样速

率。扩频输出信号以BPSK方式进行调制。为使频谱观察范围达到4kHz,需要被观察信号的采样速率达到 参考文献

[1]朱近康.扩展频谱通信及其应用[M].北

京:中国科学技术大学出版社,1993.[2]李颖,朱伯立,张威.Simulink动态系统 建模与仿真基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.[3]邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模

与仿真实例分析[M].北京:清华大学出版社,2008.3 结语

Matlab/Simulink作为一种功能强大的工程技术数值运算和系统仿真软件,一直是科研人员作研究的工具,较少用于教学活动中。实践证明:在扩展频谱通信原理的实验教学过程中引入Matlab进行仿真,能帮助学生更好的学习该课程,提高学习兴 图4 直扩发射机扩频前后的信号波形仿真结果(上接2

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年1月份以来,荆门市工商局以小批发为重点,开展了农村集贸市场食品安全大检查,查处收缴过期变质食品1191袋、“三无”食品495公斤、假冒食用油310公斤、假冒乳饮品680件,办理涉及食品的违法案件42起[2]。

最后在消费终端,强化农村食品消费环节的监管。对存在食品安全隐患多的小餐馆和小摊点坚决予以取缔。加强对农家宴的卫生监管和技术指导,强化对农村厨师健康体检和培训管理,严厉查处无卫生许可证从事餐饮服务的违法行为,防止发生群体性食物中毒事件。在湖北省对农村城镇、集镇、乡村举办的食品交易会、庙会、食品批发市场、集贸市场以及农村小食品店、个体商贩、小摊点、小作坊、小餐馆开展“拉网式”反复检查,重点检查品种为粮、肉、蔬菜、食用油、奶制品、豆制品、饮料、酒类、保健品、儿童食品、禽蛋及其制品、水产品等。3.3广泛深入地宣传相关法律法规及食品卫生安全知识

推进群防群治机制创新,针对农民群众食品安全意识差、防范能力低的实际,在农村农贸市场和社区街道设置食品安全举报投诉,将12315、12346等食品投诉举报热

线延伸到农村地区,湖北荆门建立村级消

费者投诉站和12315联络站330个。在全市农村设群众维权机构,聘请食品安全协管员和信息员,方便群众快捷、有效地进行投诉,实现食品安全群防群治,综合治理。

MATLAB在化工中的应用小论文 篇5

为了寻求有效控制和改善环境质量的.相应措施,选用了英国伦敦Bloomsbury监测站的PM10小时平均浓度监测资料,采用“提前终止法”泛化改进的BP神经网络模型,预测PM10 24 h内的小时平均浓度.结果表明:采用BP神经网络法对大气污染物浓度进行预测,预测相对误差在2%～48%之间,且绝大部分在2%～17%之间,预测精度较高,泛化能力较好,为大气污染物浓度预测提供了一种全新的思路和方法.

作 者：欧阳钧 王爱枝 Ouyang Jun Wang Aizhi 作者单位：欧阳钧,Ouyang Jun(上海市长宁区环境监测站,上海,52)

王爱枝,Wang Aizhi(中国气象科学研究院上海办事处,上海,200011)

MATLAB在化工中的应用小论文 篇6

利用遥感技术进行震害建筑物的`自动识别可为震害的快速评估与救灾决策提供科学可靠的依据.本文从震害建筑物在高分辨率遥感影像下灰度的特征入手,以5・12汶川特大地震后都江堰市区ALOS遥感影像为数据源,在MATLAB平台下对影像进行灰度增强处理、数学形态学重构以及连接、填充处理,并结合区域统计特性最后自动识别震害房屋.结果表明,利用ALOS影像丰富的纹理特征及空间结构信息与MATLAB在数学形态学处理中的优势能够准确有效地提取震害建筑物信息.

作 者：曾繁如 何政伟 李 ZENG Fan-ru HE Zheng-wei LI Zhe  作者单位：曾繁如,何政伟,ZENG Fan-ru,HE Zheng-wei(成都理工大学,地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川,成都,610059;成都理工大学数字国土与生态科学研究所,四川,成都,610059)

李,LI Zhe(成都理工大学,地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川,成都,610059;成都市国土资源局国土规划地籍事务中心,四川,成都,610000)

刊 名：西北地震学报  ISTIC PKU英文刊名：NORTHWESTERN SEISMOLOGICAL JOURNAL 年，卷(期)：2009 31(4) 分类号：P315.9:TP75 关键词：MATLAB软件   ALOS遥感影像   震害建筑物   自动识别   数学形态学   都江堰市区   MATLAB software   ALOS remote sensing imagine   Earthquake damage building   Auto-matic recognition   Mathematics morphology   Dujiangyan urban area  

★ 遥感图像在物探测量中的应用

★ 温暖影像在寒冷的早晨散文

★ 临床医学教学改革论文

★ 病例讨论法在临床医学质量中的应用价值论文

★ 腹腔镜对妇科临床医学治疗的应用论文

★ 土木工程中的计算机应用论文

★ 临床医学模拟实践教学体系的建立与应用论文

★ 临床医学案例教学法运用论文

★ 肝结石是什么原因

MATLAB在数学实验中的应用 篇7

1 MATLAB的主要功能与特点

MATLAB的数值计算[2]功能在数学类软件中可谓是首屈一指。它可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、链接其他编程语言的程序等, 主要用于工程计算、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各个领域。将MATLAB软件用于数学实验, 可以让学生更直观的理解高等数学中的基本概念, 并可培养其动手能力和科研实践能力。

MATLAB作为一款比较成熟的数学类应用软件, 主要有以下四个特点。

1.1 简易的程序语言和友好的编程环境

MATLAB是一个高级的矩阵语言, 它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出以及面向对象编程特点。MATLAB的用户界面十分精致, 更加接近Windows的标准界面, 人机交互性更强, 操作更简单。

1.2 实用的程序接口和工作平台

新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C语言或C++数学库和图形库, 将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C语言和C++代码。

1.3 出色的数据、图形计算机处理能力

MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能, 高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图, 是一款优秀的数学软件。

1.4 应用广泛的模块集合工具

MATLAB在科学研究和工程应用的诸多领域都专门开发了功能强大的模块集和工具箱。

2 MATLAB在数学实验中的应用

下面是关于动物数量问题的一个实例, 其求解过程充分体现了MATLAB程序设计在数学实验中的重要作用。

某农场饲养的某种动物所能达到的最大年龄为15岁, 将其分成三个年龄组:第一组, 0~5岁;第二组, 6~10岁;第三组, 11~15岁。动物从第二年龄组起开始繁殖后代, 经过长期统计, 第二年龄组的动物在其年龄段平均繁殖4个后代, 第三年龄组的动物在其年龄段平均繁殖3个后代。第一年龄组和第二年龄组的动物能顺利进入下一个年龄组的存活率分别为1/2和1/4。假设农场现有三个年龄段的动物各1000头, 问15年后农场三个年龄段的动物各有多少头?

解因年龄分组为5年一段, 故将时间周期也取为5年, 15年后就经过了3个时间周期。设xi (k) 表示第k个时间周期第i组年龄阶段动物的数量 (k=1, 2, 3;i=1, 2, 3) , 则因为某一时间, 第二年龄组和第三年龄组动物的数量是由上一时间周期上一年龄组年组存活下来动物的数量, 所以有:

15年后动物总数将达16625头。其中0~5岁的有14375头, 占86.47%;6~10岁的有1375头, 占8.27%;11~15岁的有875头, 占5.226%。15年间, 动物总增长16625-3000=13625头, 总增长率为13625/3000=454.16%。

上述问题属典型的线性代数模型[3]问题, 它的求解用笔算是相当繁杂的, 可是这里我们借助MATLAB程序很方便的就把问题解决了。由此可以看出MATLAB程序设计在数学实验中的作用是非常显著的。

3结论

在高等学校的数学教学中, 合理开设实验课, 把抽象的数学问题与现代科技手段相结合, 无疑是一种行之有效的教学方法。MATLAB是一款优秀的数学软件, 其强大的运算和绘图功能都可用于数学实验, 开设以MATLAB为核心的数学实验, 有利于培养学生的学习兴趣和数学应用意识, 这对提高教学质量、促进教学改革、培育全面复合型人才都有着积极作用。

参考文献

[1]朱微.关于开设高等数学实验课的探讨[J].中国科技信息, 2013 (08) :212.

[2]薛山.MATLAB基础教程[M].北京:清华大学出版社, 2011.

MATLAB在运筹学中的应用 篇8

关键词： MATLAB    运筹学    线性规划    目标规划    二次规划

一、引言

运筹学是利用现代数学研究各种广义资源的运用、筹划与相关决策等问题的一门新兴学科。该课程的主要特点是运用量化的分析方法，对有限的资源进行统筹安排，其研究成果为决策者提供科学依据。由于很多问题来源于实际的生产和管理活动，因此在建立数学模型时往往会涉及很多变量和约束条件，使得所建立的模型较复杂。如何求解这类模型成为解决问题的关键。

在运筹学的教学中，尽管目前的教学改革使得教学手段丰富多样，但这些教学手段只是将教材内容搬运到多媒体课件上。加之多媒体的教学节奏较快，使得原本生动的教学内容，只侧重于理论分析和公式推导，忽略计算过程和结果，导致课堂教学效果差。手工推演和计算运筹学中实例的可行性太低，成熟的商业软件能够为运筹学教学提供较好的辅助作用。

目前最好的方法是借助于计算机和商业软件进行求解，常见的软件主要有LINGO、LINDO和MATLAB等[1]。LINGO是美国LINDO系统公司研发的，常用于求解线性规划及一些简单的非线性规划问题。该软件在处理复杂的非线性规划问题时存在一定的局限性。1984年美国MathWorks公司开发的MATLAB软件，已经发展成国际上应用最广泛的科学与工程计算软件之一。其中包含与运筹学紧密相关的优化工具箱，该工具箱的基本功能有：求解线性规划、非线性规划、动态规划、目标规划及多目标规划等问题，在求解各类优化问题时都有着无可替代的优势[2]。

本文通过线性规划、二次规划和目标规划三个方面，结合具体实例，说明MATLAB在求解运筹学问题时的易操作性与直观性。

二、MATLAB在线性规划方面的应用

线性规划是最优化中的一个分支，是最优化理论的基础性内容。有关线性规划问题的建模、求解和应用性研究，构成了运筹学中线性规划[3]分支。在MATLAB的优化工具箱中，线性规划问题必须表示为如下[4]：

对于一般的线性规划问题，可以根据线性规划的标准化方法，将其转换为模型（1）的形式。求解模型（1）的MATLAB命令函数为linprog（），完整的调用格式形式为：

[x，fval，exitflag，output，lambda]=linprog（f，A，b，Aeq，beq，lb，ub，x0，options）

其中，f为目标函数中系数向量的转置，是一维行向量，A、b满足不等式Ax≤b，若没有不等式约束，则A=[]，b=[];Aeq、beq满足等式约束Aeq=beq，若没有，则取Aeq=[]，beq=[];lb、ub满足，若无界，可令lb=[]，ub=[];x0为初始值;options为包含算法控制参数的结构变量，可以通过optimset命令对这些具体的控制参数进行设置。

输出参数x为线性规划问题的最优解，fval为线性规划问题在最优解x处的函数值，exitflag返回的是优化函数计算终止时的状态指示，说明算法终止的原因，当其值为1时说明已经收敛到x，当x取其他值时，其物理意义如表1。

表1    Exitflag的反馈值与对应的物理意义

output输出优化信息，lambda为lagrange乘子，它体现某个约束的有效性。在使用linprog（）命令时，必须严格遵循它的调用格式（1）。比如下面的线性规划问题：

max z=x■+x■s.t.    x■-2x■≤4         x■+2x■≤8         x■，x■≥0

程序如下：

clc;clear;

f=[-1;-1]; %目标函数，为转化为极小，故取目标函数中设计变量的相反数

A=[1  -2;1  2];%线性不等式约束

b=[4;8];

lb=[0;0];

ub=[Inf;Inf];%边界约束，由于无上界，故设置ub=[Inf;Inf]

[x，fval]=linprog（f，A，b，[]，[]，lb，ub）%x为最优解，fval为最优值

运算结果如下：

Optimization terminated.

x=[6.0000，1.0000]

fval=-7.0000

由结果可知，当x=6，x=1时，目标函数取得最优解7。

三、MATLAB在二次规划中的应用

二次型规划问题是一种简单的有约束非线性规划问题，它已成为运筹学、经济数学及组合优化科学的基本方法。非线性规划问题在计算上是困难的，理论上也不像线性规划那样有简洁的结果和成熟的理论。通常情况下，采用迭代的思想计算非线性规划问题，即从一个满足约束条件的初始可行点出发，按照一定的搜索机制，找到下一个使目标函数更优的可行解，直到找到最优解其目标。在Matlab中，二次规划函数是x的二次型形式，约束条件仍为线性的。一般的二次规划问题的数学表示为[4]：

与线性规划相比，二次型规划多出一项XHX描述x和xx项。在MATLAB工具箱中，求解二次型规划的是命令函数是quadprog（）。函数调用形式如下所示：

[x，fval，exitflag，output，lambda]=quadprog（H，f，A，b，Aeq，beq，lb，ub，x0，options）

其输入参数H为对角矩阵，表示x和xx项前面的系数，其他参数的输入格式与linprog（）完全相同，见表1。

例如求解下列二次型规划问题

程序如下：

clc，clear;

H=diag（[10 8 6 4 2]）;

f=[-2，-1，-2，-5，-10];

A=[1，1，1，1，1;-5，4，-3，2，-1;1，1，0，0，-1;0，0，0，1，1;0，0，-1，0，0;0，0，0，-1，0];

b=[20;-5;8;10;-5;-3];

[x，fval，exitflag]=quadprog（H，f，A，b）

运算结果如下：

Optimization terminated.

x=[0.2000   0.1250   5.0000   3.0000   5.0000]

fval=42.7375

exitflag=1

所以当x=0.2，x=0.125，x=5，x=3，x=5时，目标函数取得最小值42.7375。exitflag=1说明函数取得最优解。

四、MATLAB在目标规划中的应用

目标规划在处理实际决策问题时，承认各项决策要求的存在有其合理性，即在最终决策时，不强调其绝对意义上的最优性，在一定程度上弥补了线性规划存在的某些缺陷。因此，在运筹学中所有的规划问题中，与实际联系最大的当属目标规划。MATLAB所定义的目标函数的标准形式为

γs.t.   f（x）-weight·γ≤goal        c（x）≤0        ceq（x）=0        Ax≤b        Aeqx=beq        lb≤x≤ub

其中x、weight、goal、b、beq、lb、ub为相应维数的向量，A、Aeq为矩阵，c（x）、ceq（x）、f（x）为返回向量的函数，它们可以是线性函数，也可以是非线性函数。

在MATLAB的库函数中，针对目标规划的命令函数名为fgoalattain（），调用形式为：

[x，fval，attainfactor，exitflag，output，lambda]=fgoalattain（fun，x0，goal，weight，A，b，Aeq，beq，lb，ub，nonlcon，options）

其中在输入参数中，fun为目标函数，x■是求解的初始值，goal是目标函数的期望值，weight是目标权重，nonlcon是非线性约束函数。输出参数中，attainfactor参数包含解处的γ值，γ取负值时表示结果溢出。

例如，某化工厂拟生产两种新产品A和B，其生产设备费用分别为：2万元/t和5万元/t。这两种产品均造成环境污染，假设由公害所造成的损失可折算为4万元/t和1万元/t。由于条件限制，该厂的两种产品的最大生产能力分别为每月5t和6t，而市场需要这两种产品的总量每月不少于7t。试问工厂如何安排生产计划，在满足市场需要的前提下，使设备投资和公害损失均达到最小？

该工厂决策认为，这两个目标中环境污染应优先考虑，设备投资的目标值20万元，公害损失的目标为12万元。

相应的MATLAB程序如下：

clc，clear;

A=[1，0;0，1;-1;-1];

b=[5;6;7];

x0=[0，0];

goal=[20，12];%设置期望目标值

weight=abs（goal）;%设置目标权重

[x，fval，attainfactor]=fgoalattain（@funa，x0，goal，weight，A，b）

function f=funa（x）

f（1）=2*x（1）+5*x（2）;

f（2）=4*x（1）+x（2）;

运算结果如下：

x=[2.9167    4.0833]

fval=26.2500   15.7500

attainfactor=0.3125

由结果可知，每月生产A产品3t，B产品4t时，设备投资费用和公害损失与目标最为接近，设备投资费用为26.25万元，公害损失为15.75万元。Attaintfactor>0说明γ值未溢出，结果可信。

五、结语

以上实例说明，利用MATLAB可以方便地求出线性规划等优化问题的解，不仅算法简单，避免了手工的繁琐计算，而且可以大大提高计算速度和计算的准确性。将MATLAB软件用于运筹学教学，可以更直观地理解运筹学中的基本概念理论，并可培养动手和科研实践能力。

同时，运筹学还包含其他内容，如动态规划、整数规划、非线性规划等内容，在Matlab中，也有与之对应的命令或工具箱，学习者可以结合网络资源或者Matlab中的help命令进行学习。

参考文献：

[1]王立欣，王爱维，赵美.运筹学常用软件综述[J].科技情报开发与经济，2009，26：95-96.

[2]张明，王文文.Matlab在经管类运筹学教学中的探索与实践[J].大学教育，2012，07：81-82.

[3]胡运权.运筹学教程（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2007.

[4]杨云峰，胡金燕，宋国亮.数学建模与数学软件[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2012.

MATLAB在化工中的应用小论文 篇9

摘要：根据化工仪表工作性质和特点的简要分析，利用HSE管理体系的思想理念，结合现有管理制度，提出了HSE管理体系在化工仪表管理中应用的实施办法。

关键词：HSE 管理体系 化工仪表 危害因素

引言

企业要发展必须建立一套与自身相适应的管理体系。对于石油炼化企业这样存在着高风险易燃易爆、有毒有害等介质、对人身的职业健康和环境有重大影响的企业，健康﹑安全和环境管理就显得尤为重要。因此，构建企业HSE管理体系，全面推行HSE管理意义重大。

随着科学技术的快速发展，计算机﹑网络技术在各行各业的广泛应用，仪表自动化水平也在不断更新进步，在当今石化大型企业中,生产装置的运行主要是靠仪表自动化设备来直接操控的，它为企业的安全生产，争创良好的业绩提供了有利的保证。正确有效的管理、维护和使用自动化仪表及控制系统对促进自动化控制系统的正常运行和提高经济效益具有重大意义。在仪表管理中引入HSE管理体系，不仅能提高仪表维护人员对HSE的认识，同时也会促进公司HSE管理水平的提升，可以更好的降低企业成本，节约能源和资源。化工仪表及其控制系统维护检修情况分析

仪表及其控制系统的管理由仪表车间负责，下设5个现场维护班组，分别负责乙烯、苯乙烯、芳烃、制醚、1丁烯、丁二烯、丁苯橡胶、乙丙橡胶及公共用工等装置现场仪表的维护检修；1个DCS维护班组，负责全厂各装置DCS、PLC、ESD集散控制系统以及安全联锁系统的维护检修。

1.2 工作场所分析

为了更好的把HSE管理体系融入到仪表车间的管理当中，首先对仪表车间维护检修仪表工作场所德邦特点以及潜在的风险进行分析。

仪表维护检修涉及多个化工装置，各个装置都存在易燃易爆、有毒有害、高温高压、腐蚀性介质，作业场所有高处、有限空间，实行24小时跟班维护检修。在维护检修时，不仅要保证人身、设备设施安全、环境不受污染，还要保证装置的稳定运行。总之，仪表的维护检修涉及有害介质多，内容广，环境复杂多变，难度大、风险高，由于其特有的工作特点和不同的工作介质，使其具有许多的潜在风险，而且健康、安全、环境风险同时伴生，需要同时管理，应用HSE管理体系进行管理就显得尤为重要。

1.3危害因素分析

各装置存在的危害介质主要是：苯系物、硫化氢、氢气、一氧化碳、二氧化碳、酸碱、气态烃、液态烃、高温高压蒸汽、各种高活性的催化剂、各种助剂等，易燃易爆、有毒有害介质普遍存在存在，健康、安全、环境方面的危害因素同时存在。HSE管理实施办法

2.1 组织全员进行危害因素辨识和评价

结合仪表车间工作的特点，仪表车间成立了以车间领导为组长的危害因素辨识和评价领导小组，以装置为单位，组织班组人员共同进行辨识、分析和评价。

2.1.1 列出作业活动清单

危害因素辨识和评价领导小组成员和班组人员一起，以装置为单位，将仪表日常维护、检修作业活动全部列成清单。仪表维护作业包括：常规热工仪表检测元件及变送器的在线和离线校验、调试及故障处理、检修，执行机构的在线和离线调试、检修，在线分析仪表调试及故障处理、检修，仪表取压管线及保温伴热的检修及泄漏处理，装置停车检修，仪表变送器及导压管的吹扫、承包商作业，DCS控制系统点的组态、下装、卡件在线更换、大修点检及吹灰等所有活动都列成清单。

2.1.2 危险因素辨识及评价

危害因素辨识和评价领导小组成员和班组的老师傅一起，按照作业活动清单，逐项分析作业活动过程中危害因素。作业中存在的风险主要来自三个方面，一是工艺介质带来的爆炸﹑烫伤﹑中毒等风险；二是设备设施本身带来的触电﹑机械伤害等风险；三是施工环境带来的坠落等风险。

针对作业活动中可能存在的危害因素，运用LEC法对每项作业活动进行分析评价，依据评价结果，结合实际情况，制定响应措施和应急预案，以预防和减少可能随之带来的对人的危害﹑财产的损失及环境的影响。对危害因素实行分级管理，分析评价完毕后，进行总结，形成危害因素辨识台账，并组织全员进行学习和共享，在引入新设备﹑新工艺﹑新技术后应及时地补充相关内容，并且每年组织更新一次。

2.2 运用HSE管理体系，强化仪表维护检修过程管理 2.2.1 完善和细化仪表制度和规程

依据公司及工厂下发的规章制度，制定车间具体管理实施细则和维护检修规程，来规范车间各项作业活动。为有效落实各项规章制度，车间组织专业技术人员集中学习和交流，将规章制度和规程要求需要周期维护检修的内容摘出来，形成车间定期工作清单，下发各班组进行实施。

2.2.2 强化班组自主管理

仪表车间各维护班组分散在各维护装置，不利于车间的集中管理，因此，班组的自主管理尤为重要。

2.2.2.1充分认识班组班前会的重要性。

在班前会上，值班人员介绍夜间仪表运行情况，故障处理情况，班长介绍当天的工作内容，并提醒工作活动中存在的危害因素，明确应采取的控制措施，并合理安排作业人员。对已识别过并建立成文件的作业活动，按程序要求的步骤和方法执行。

2.2.2.2 严格执行作业票制度。

作业票证是作业相关人员沟通协调的桥梁，仪表的作业过程与其他专业单位有着密切的联系，加强相互之间的沟通与合作也可以提高HSE绩效水平。施工前和相关方就作业票内容逐项落实，相关负责人签字，提供作业活动所需的条件，在检修时，合理地安排各单位间的施工顺序和施工地点，避免交叉作业带来的风险，大机组作业，联锁保护的条件较多，要保证工艺生产的稳定性，人身安全以及作业质量，作业之前一定要与工艺﹑电气﹑机械等专业负责人员进行沟通，制定出最佳的施工方案。通过多人的签字确认，相互监督检查，确保作业活动按照规程规范进行，确保风险消减措施全部有效落实，避免造成安全事故。

2.2.2.3 重视班组记录的管理

仪表作业活动大部分由班组自主组织进行，详细记录HSE体系运行的结果，事故﹑事件的发生情况，存在的不安全行为和设备的不安全状态，员工的工作情况。就可以根据记录结果进行总结分析，掌握仪表目前运行状态、班组人员素质和班组管理水平，并能有针对性的提出纠正和预防措施，调整人员安排，在下一个运行周期再进行检验，持续改进HSE管理体系。

2.2.3 强化仪表“运行交检修，检修交运行”两个界面的管理

为了避免仪表作业引起工艺生产波动以及安全事故，在仪表作业前，要做好运行交检修的前期处理，然后才能进行检修。例如控制仪表检修变送器时，执行机构要切至手动状态；调节阀检修切副线控制且前后截止阀可以关严无泄漏，正确排完介质；联锁仪表检修要将联锁解除等，前期处理完毕交检修，仪表人员检修后，通知工艺人员投用，在投用前，也要做好前期处理，例如控制系统由手动切为自动，执行机构由副线控制切为调节阀控制，要平稳切换，避免引起波动，联锁仪表仪表投用前，要确认仪表指示和状态在正常位置，以免引起事故等。强化两个界面的管理，就能最大限度的降低仪表检修对工艺、环境以及人身的影响。

2.3 运用HSE管理体系，强化仪表管理流程的运行控制

不管是仪表各项规章制度，还是维护检修规程，只有实行“策划—实施—检查—改进”（PDCA）的闭环运行模式，才能有效落实，并能不断的改进。各种管理文件的有效落实，既是HSE管理体系的基本要求，也是实现HSE管理目标的必要条件。下面从仪表日常巡检维护检修管理和信号报警联锁仪表管理两个方面进行说明。

2.3.1 仪表日常巡检维护检修管理

仪表日常巡检维护是仪表工作的基础内容，仪表人员大部分时间都是在进行仪表的巡检以及维护，因此日常巡检和维护的质量对仪表安全稳定运行有重要意义和影响。

2.3.1.1 制定仪表专业巡检路线，细化巡检内容

依据工艺流程以及仪表对工艺影响程度，制定每个装置的日常巡检路线图，仪表巡检路线图涵盖装置各个工序的仪表，每个工序关键仪表都明确标出来，并且针对工艺及仪表特点，细化仪表巡检的内容，从而有效的提高了巡检质量。

2.3.1.2 实行包机制，落实责任，注重仪表日常巡检维护

车间实行车间领导、管理人员以及班组人员三级包机管理责任制，将装置每一块仪表都落实巡检维护责任人，各级人员按照管理责任制分工及要求，按时巡检检查各装置包机责任制落实情况，仪表维护运行情况，并如实填写巡检记录，通过责任的有效落实，提高了巡检维护质量。

2.3.1.3 规范记录日常维护检修记录

仪表的维护和检修必须办理仪表工作联系单，详细说明仪表检修内容以及需采取的安全措施，作为仪表维护检修交接的依据；作业完毕后，要在仪表交接班上详细记录维护内容、故障现象以及检修处理过程、结果及作业人员，作为仪表交接班的内容进行交接；另外还要在仪表维护记事详细记录维护内容、故障现象以及检修处理过程、结果及作业人员，通过维护记事，定期分析总结，提高和改进仪表维护检修质量。

2.3.2 信号报警联锁仪表管理

报警联锁仪表是仪表管理的重要组成部分，是化工装置安全稳定运行的有力保障。

2.3.2.1 建立装置信号报警联锁仪表台账，实行分级管理。台账建立的依据是设计提供的仪表报警联锁设定值一览表以及联锁逻辑图。信号报警联锁仪表台账、仪表报警联锁设定值一览表以及联锁逻辑图以及ESD等安全联锁控制系统组态三者一一对应。根据仪表联锁后对装置及其他装置造成影响的大小，对信号报警联锁仪表实行分级管理。信号报警联锁仪表台账建立后，经过审核、审批后才能正式使用，确保装置安全以及管理受控。仪表信号报警联锁值的修改，按照变更管理要求，经过审批后方能生效。

2.3.2.2 联锁仪表100%投用。联锁仪表是涉及装置安全稳定运行的关键仪表，必须全部正常投用。一是及时对联锁仪表进行巡检维护，保证仪表在较好条件和环境下运行，每天对联锁仪表投运情况进行检查确认，并如实记录投用情况；二是通用仪表以及特殊仪表有足够备件，需要时能及时更换；三是仪表联锁临时切除时，需办理临时解除申请单，制定应急预案，经审批后方可进行，仪表联锁切除后，要及时恢复。

2.3.2.3 装置检修后投入生产前，仪表联锁系统100%试验，并且100%好用。装置停车检修超过72小时，仪表联锁系统全部试验一次，依据信号报警联锁仪表台账，与工艺人员一起进行，确认联锁仪表回路运行情况、联锁逻辑功能状况以及输出执行动作是否与联锁逻辑功能一致。试验完毕后，填写实验记录，经试验相关人员签字确认后，作为开车的条件，长期保存。联锁试验的数据必须与信号报警联锁仪表台账中的设定值一致或在允许的误差范围内，执行机构动作状态以及时序必须与联锁逻辑图一致。

2.4 运用HSE管理体系，定期实行自查自改

HSE管理体系实施的过程，就是一个不断改进的过程。为了深入掌握HSE管理体系在仪表管理中运行现状，车间每季度进行一次全面的自查自改。每季度首月，车间主管HSE管理体系领导、管理人员以及专业技术人员组成检查小组，召开专题会议，布置检查主要内容及检查重点，对每个班组管理体系运行情况进行专业化、系统化的梳理检查，并将检查结果形成总结，形成报告，并对全员进行通报，使各班组人员能够对照问题，“举一反三”的进行整改。各班组针对查出的问题，及时组织人员进行整改，并上报整改的结果，由车间进行统一的整理和管理。应用效果

通过实施HSE管理，不仅使各级人员的观念、认识发生了根本的转变，HSE管理体系的理念深入人心；仪表车间的各项管理更加系统化、专业化，仪表各项作业活动更加规范化，作业活动的全过程受控，仪表车间综合管理水平也有了很大的提高，保证了仪表的安全稳运行，保证了安全生产，提高了装置的综合效益。

在HSE管理体系应用推广过程中，各级人员深深体会到，推行HSE管理体系，是夯实基层管理基础，提高队伍管理水平，实现科学有效管理的好方法，应积极推广应用，不断改进创新管理思想和理念。在实施HSE管理体系以来，公司工厂的安全形势也发生了显著变化，仪表车间各项作业活动发生事故随意性、不确定性降到了最低水平，连续多年实现安全无事故车间，并涌现出一批安全先进个人。

结束语

MATLAB在化工中的应用小论文 篇10

摘要：化工和制药废水污染物浓度高、毒性大、含盐量高,常规的生物方法对高CODCr、低BOD5、高色度废水进行处理后难以达到排放标准.本文建立了PDO-1型废水处理装置,它由臭氧发生器、高压电晕发生器以及反应器组成.应用该装置对10个化工、制药企业的高浓度有机废水进行了处理.结果显示,CODCr,的.降解率为10.34%～69.49%,本装置对不同废水的降解效率存在差异.化工制药废水的成分复杂,目前尚不能对某种废水的处理效果进行预测,只能通过小试确定.若O3投加量为50 mg・L-1,吨水处理费用约为3.68元/T废水;设备处理能力若为1～5 T・h-1,则设备总投资为7.6～23万元.本方法主要用于医药、化工高浓度难降解废水或车间分质收集的高浓度废水的预处理,使之有利于后续生化处理和达标排放.作 者：金宝香    潘理黎    张哲    吴吟怡    单宁    JIN Bao-xiang    PAN Li-li    ZHANG Zhe    WU Yin-yi    SHAN Ning  作者单位：金宝香,JIN Bao-xiang(浙江工业大学生物与环境工程学院,杭州310014;丽水学院化学与生命科学学院,浙江丽水 323000)

潘理黎,张哲,吴吟怡,单宁,PAN Li-li,ZHANG Zhe,WU Yin-yi,SHAN Ning(浙江工业大学生物与环境工程学院,杭州310014)

期 刊：安全与环境学报  ISTICPKU  Journal：JOURNAL OF SAFETY AND ENVIRONMENT 年，卷(期)：2007, 7(2) 分类号：X505 关键词：水污染防治工程    化工和制药废水    高压电晕    臭氧氧化   

★ 氢氧化镁在工业废水处理中应用研究进展

★ 光催化氧化技术在造纸废水处理中的应用

★ 纳米材料与技术在废水处理中的应用及前景

★ 改性粉煤灰在难降解工业废水处理中的应用

★ 分子印迹整体柱在高效液相色谱中的研究进展

★ 固相萃取技术在水源地特定项目监测中的应用

★ CAN总线在电液伺服阀性能测试系统中的应用

★ 纳滤膜分离技术在垃圾填埋场渗滤液处理中的应用

MATLAB在化工中的应用小论文 篇11

一、Matlab软件简介

Matlab软件综合了符号计算、矩阵计算、数值计算、图形处理等很多功能，里面涵盖了很多常用的数字分析和函数计算公式，因而可以建立起完整而系统的学习模型。它可以将很多繁重的人工计算工作，在很短的时间内通过计算机的软件操作工序完成，极大地提高了实际的编程效率和正常编程所需要的时间，在解决实际的工程中所遇到的问题起到了很好的果效，而且Matlab软件特别善于解决一些数学或者工程方面的问题。Matlab 6.5、Matlab 7.0是两款目前应用过程中比较广泛的软件版本，而且随着时代的发展与计算机信息技术的加强，加之科学水平的不断进步与提高，Matlab软件的版本也在不断地提高，软件的计算功能也在不断地更新和加强。在科学研究领域与某些技术分析领域的计算工作，基本上大部分都可以由该软件来解决和完成。Matlab软件中有很多不同类型的子程序系统，为实际的程序运算预编了很多的常用的函数，并且每一个使用该软件的用户可以根据自身的个人喜好与函数了解的程度，合理选用不同的函数，并且所有的使用函数都可以直接从软件的库函数中直接调取出来。此外，Matlab软件还具有十分强大的图形的绘制功能，同样在软件内部已经预先安设了很多的不同的图形绘制软件，可以满足用户方方面面的图形绘制要求。在电气工程系统的应用过程中，该软件能够迅速建立用户个人的电力系统的数字模型，通过这个模型，用户可以直接按照的软件中的操作界面所显示的图形，准确地分析电气工程中电路的电压情况，分析电流的波形变化情况。图1为Matlab软件的操作界面：

图1 Matlab软件的操作界面

二、Matlab软件在电气工程中的应用

电气工程图在电气工程的施工过程中占据了重要的地位，只有科学精准的工程图的使用，才能更好地指导实际的电气施工，提高电气工程的施工质量。电气工程图中包括了文字、图形、符号等很多方面的进而内容，更是涉及到了电气工程中包括原理、安装、功能、接线与配电关系等的概括图。通过电气工程图中所体现的内容，可以将一些的电气元件构成的方法与原理等充分地表现出来。Matlab软件就是的绘制电企工程图的一种重要的工具，用户可以通过软件操作来调整和设计相关的电气线路，将最终的电气工程图设计出来，供施工人员按照图纸进行维护、施工和管理工作的开展。不同水平的電气工程人员，即便是通过同样的一款Matlab软件操作，所设计出来的作品也会存在很大的差异。通常情况下，用户都是将自己专业的设计思路融入到实际的软件操作过程中的每个环节。

Matlab软件最突出的特点就是仿真性能强，从某种程度上也可以说这是一款被电气工程应用的烂熟的一款软件了。通过这个软件可以很好地实现一些理论上的假设，并在实际的施工过程中接受的实践的检验。晶闸管是半控型的电气元件，因而利用软件进行数字建模的过程中，将触发角定为60，还要将a相晶闸管Thy ristor1中的触发脉冲去掉，不改变其他相出发脉冲参数，阻感负载在稳定的情况，其电流可以被作为一条直线，所以我们可以从波形角度分析，c相晶闸管经过导通以后，到b相晶闸管Thy ristor2也被导通，这个过程中会形成一种c相负载波形，整个过程中构成了一个完整的电路回路，输出电压是c相电压。电压的连续性会随着电感大小的不同而有所不同，电感小的情况下，它的实际存储能量就小，所以如果在下一个脉冲的到来以前可以将其内部的所有能源释放，那么在管子闭合以后，当再次被触发导通时就会处零电压。此时我们通过调解电感的方式可以实现对电压变化情况的很好了解。如果仿真的波形变化速度加快时，我们可以通过减小步长的方式降低速度，这种做法可以将每个晶闸管在每个时刻的变化值、电流流过瞬间值、负载电压值加以测定，以更好地了解其实际的变化情况。应用仿真软件，不但可以对电路的频率稳定状态进行了解，而且还能真切地观察到电路从初始状态开始，一直到最终的稳定状态，整个完整的状态都能够被很好地体现出来。利用软件，可以从所反映出来的波形变化过程中分析出整个电路存在的电感，从而更好地采取措施保持电压的稳定。电气元件也是一个过渡的过程，虽然在实际的电阻负载中并没有可以进行储能的电气元件。Matlab软件在整个数字建模和操作过程中都非常容易掌握，只要的具备电气工程专业相关的专业基础知识背景，每个人对它的操作都可以很好地进行。

三、结语

Matlab仿真软件在电气工程中的应用非常普遍，它方便、准确的数值分析特点，大大提高电气工程中的问题解决能力。这款软件目前不但被广泛应用于高校电气工程学科的课堂教学上，同样也在在电气工程领域的发展过程中扮演了重要的角色，在很大程度上促进了电气工程的快速发展与进步。

MATLAB在图像处理中的应用 篇12

MATLAB是一种基于向量 (数组) 而不是标量的高级程序语言, 因而MATLAB从本质上提供了对图像的支持。从图像的数字化过程可以看出, 数字图像实际上就是一组有序的离散数据, 使用MATLAB可以对这些离散数据形成的矩阵进行一次性的处理。因此, MATLAB是图像处理研究中快速实现研究新构思的非常有用的工具。MATLAB推出了功能强大的适应于图像分析和处理的工具箱, 常用的有图像处理工具箱、小波工具箱及数字信号处理工具箱。利用如此多的工具, 我们可以方便地从各个方面对图像的性质进行深入的研究。本文从实际应用的角度介绍了如何利用MATLAB进行图像的分析和处理。

2 MATLAB介绍

MATLAB是Matrix Laboratory的缩写, 事实上MATLAB最初就是纯粹的矩阵计算软件。如今, MATLAB既表示一种交互式的数值计算软件, 又表示一门高级科学计算语言:它把计算、图示和编程集成到一个易用的交互式环境中, 用大家熟悉的数学表达式来描述问题和求解方法, 从而使许多用C或FORTRAN实现起来十分复杂和费时的问题用MATLAB可以轻松的解决。它在数值计算、数据处理、信号处理、神经网络、优化计算、小波分析、图像处理、统计分析、金融分析等众多的领域有着广泛的用途。MATLAB不仅具有面向对象的计算机语言特征, 也初具面向任务的计算机语言的思想。

在MATLAB中可用两种数据类型来存储图像:双精度型和8位无符号整数型, MATLAB中图形命令对不同的数据类型做不同的处理。MATLAB支持TIFF、JPEG、BMP、PCX、XWD和HDF的图形文件格式, 支持索引、灰度、二进制、RGB类型的图像。MATLAB在图像处理中的应用都是由相应的MATLAB函数来实现。

3 MATLAB在图像处理中的应用

MATLAB中的图像处理工具箱几乎包括了经典图像处理的所有方面, 从基本的图像增强到图像分割, MATLAB都提供了简便的函数调用来实现许多经典的图像处理方法。数字图像处理工具箱函数包括12类: (1) 图像文件操作和显示函数; (2) 图像的矩阵表示及运算函数; (3) 图像增强函数; (4) 图像变换函数 (5) 图像的空间变换函数; (6) 二值形态学操作函数; (7) 图像分析和理解函数; (8) 其它的一些图像处理函数。另外MATLAB提供了对多种图像文件格式的读写和显示, 这使得MATLAB在集成环境中进行图像处理的实验模拟非常方便。下面就MATLAB在图像处理各方面的应用分别进行介绍, 并详细介绍二值形态学方法在图像处理中的应用, 并举例。

3.1 数字图像文件操作和图像显示

图像显示函数不仅包括显示函数, 也包括与其相关的读写函数、颜色空间变换函数、以及图像类型转换函数等等。其中imread () 为图像文件读入函数, 可用来读入BMP、HDF、JPG、PCX、TIFF等格式的图像文件;imwrite () 为图像写出函数, 仅仅用这一个语句就可以实现将一个矩阵存储为jpg、bmp、tif等格式的图像文件;imshow () 、image () 为图像显示函数。除此之外, 还提供了rgb2hsv等颜色空间变换函数和rgb2gray () 、rgb2ind () 等图像类型转换函数。

3.2 图像运算函数

MATLAB在进行图像处理时, 都是以向量、矩阵、数组的形式表示图像并进行各种运算的。它提供了图像的和、差等线性运算, 以及卷积、相关、滤波等非线性运算, 比如, conv2 (i, j) 实现两幅图像i、j的卷积。

3.3 图像增强

图像增强是数字图像处理过程中常用的一种方法, 目的是采用一系列技术改善图像的视觉效果或将图像转换成一种更适合于人眼观察和机器自动分析的形式。常用的图像增强方法有灰度直方图均衡化、灰度变换、平滑及锐化滤波。MATLAB中都提供了相应的函数来实现相应的功能, 比如hsteq () 、medfilt2 () 可以分别实现灰度直方图均衡化和中值滤波。MATLAB直接提供的函数大多数是针对灰度图像的, 但是通过将这些函数应用到彩色图像的每个通道, 最后再合成的方法可以实现彩色图像的增强。对于某些应用这种方法是非常简单易用的。

3.4 图像变换

图像变换技术是图像处理的重要工具, 常应用于图像压缩、滤波、编码和后续的特征抽取或信息分析过程。MATLAB提供了常用的变换函数, 如filt2 () 与ifft2 () 函数分别实现二维快速傅立叶变换及其逆变换, dct2 () 与idct2 () 函数实现离散余弦变换及其逆变换, Randon (0与iradon () 函数实现Radon变换与逆Radon变换。

3.5 图像的边缘检测与图像分割

边缘检测是一种重要的区域处理方法, 边缘是所要提取目标和背景的分界线, 提取出边缘才能将目标和背景区分开来。MATLAB中提供了基本的一些边缘检测函数, 如Sobel、Robert、Canny等等。另外还提供了分水岭 (water-shed) 分割方法以及基于区域的一些分割方法。另外还提供了大量的二值数学形态学的函数, 如腐蚀、膨胀、开操作、闭操作等等。关于数学形态学在图像分割中的应用很多, 这里我们利用数学形态学的开操作和闭操作函数与边缘检测函数结合实现物体外轮廓的提取。对于背景与物体差别特别明显的图像来说利用边缘跟踪的方法便可以很好的得到物体的外轮廓, 但是这种方法不管是在高级编程语言还是MATLAB中都需要编写很长的程序, 而直接利用MATLAB提供的数学形态学函数以及边缘检测函数可以只用几句语句就可以得到物体的外轮廓。以图1的外轮廓的提取为例, 程序代码如下:

(1) i=imread (‘f:121.jpg’) ;

(2) j=rgb2gray (i) ;

(3) bw = ～im2bw (j, graythresh (j) ) ;

(4) k = infill (～bw, ‘hole') ;

(5) ed=edge (k, 'canny') ;

语句 (1) 读入图像, 语句 (2) 和 (3) 将图像转换为二值图像并取反, 语句 (4) 实现填充二值图像, 语句 (5) 实现了外轮廓的提取。

4 总结

从以上讨论可以看出, 在图像处理研究中使用MATLAB可以大大提高实验效率, 快速实现研究中的新构思。通过几条简单的命令就可以完成一大串高级计算机语言才能完成的任务。随着版本的不断提高, MATLAB的功能越来越强大, 应用范围越来越广泛。

参考文献

[1]潘峰, 刘文予, 朱光喜.MATLAB在图像处理与研究中的应用.计算机应用研究, 1999:73-75.

[2]李了了, 邓善熙.MATLAB在图像处理技术方面的应用.微计算机信息, 2003, 19 (2) :66-67.