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第1篇 MATLAB教程 2

第1章 MATLAB R2010a概述 2

1.1 MATLAB R2010a简介 3

1.1.1 MATLAB的系统结构 3

1.1.2 MATLAB的特点 3

1.1.3 MATLAB的工具箱 4

1.2 MATLAB R2010a的开发环境 5

1.2.1 MATLAB R2010a的环境设置 5

1.2.2 菜单和工具栏 5

1.2.3 通用窗口 8

1.3 MATLAB R2010a的其他管理 17

1.3.1 MATLAB的文件格式 17

1.3.2 设置搜索路径 19

1.4 一个简单的实例 20

1.5 MATLAB的文字处理工具Notebook 23

1.5.1 Notebook的安装和启动 24

1.5.2 Notebook的使用 25

1.6 MATLAB R2010a的帮助系统 26

1.6.1 使用帮助浏览器 26

1.6.2 使用帮助命令 27

1.6.3 其他帮助 29

习题 29

第2章 MATLAB的基本运算 31

2.1 数据类型 31

2.1.1 常数和变量 32

2.1.2 整数和浮点数 33

2.1.3 复数 34

2.2 矩阵和数组的算术运算 35

2.2.1 数组的创建 35

2.2.2 数组的操作 37

2.2.3 矩阵和数组函数 41

2.2.4 矩阵和数组的算术运算 44

2.2.5 稀疏矩阵 49

2.3 字符串 51

2.3.1 创建字符串 51

2.3.2 字符串函数 53

2.4 日期和时间 56

2.4.1 日期和时间的表示格式 56

2.4.2 日期时间函数 57

2.5 结构体和元胞数组 58

2.5.1 元胞数组 58

2.5.2 结构体 61

2.6 多维数组 64

2.7 关系运算和逻辑运算 67

2.7.1 逻辑变量 67

2.7.2 关系运算 68

2.7.3 逻辑运算 68

2.7.4 运算符优先级 70

2.8 数组的信息获取 70

2.9 多项式 71

2.9.1 多项式求根和求值 72

2.9.2 多项式的算术运算 72

2.9.3 多项式的拟合与插值 75

习题 78

第3章 数据的可视化 81

3.1 二维绘图 81

3.1.1 绘图的一般步骤 81

3.1.2 基本绘图函数 82

3.1.3 多个图形的绘制 86

3.1.4 设置曲线绘制方式、坐标轴和图形注释 88

3.2 特殊图形和坐标的绘制 94

3.2.1 特殊图形绘制 94

3.2.2 特殊坐标轴图形绘制 100

3.3 MATLAB的图形窗口 101

3.3.1 图形窗口界面 101

3.3.2 图形的打印和输出 104

3.4 基本三维绘图命令 106

3.4.1 三维曲线图 106

3.4.2 三维曲面图 106

3.4.3 设置视角和色彩 108

习题 110

第4章 符号运算 112

4.1 符号对象的创建和使用 112

4.1.1 创建符号对象 113

4.1.2 符号常量和符号变量 114

4.1.3 符号表达式 115

4.1.4 符号矩阵 115

4.2 符号对象的运算 116

4.2.1 符号对象的基本运算 116

4.2.2 任意精度的算术运算 117

4.3 符号表达式的变换 119

4.3.1 符号表达式中的自由符号变量 119

4.3.2 符号表达式的化简 120

4.3.3 符号表达式的替换 122

4.3.4 计算反函数和复合函数 123

4.3.5 多项式符号表达式 124

4.4 符号微积分、极限和级数 125

4.4.1 符号表达式的微积分 125

4.4.2 符号表达式的极限 127

4.4.3 符号表达式的级数 127

4.5 符号积分变换 128

4.5.1 Fourier变换 128

4.5.2 Laplace变换 129

4.5.3 Z变换 131

4.6 符号方程的求解 132

4.6.1 代数方程的求解 132

4.6.2 微分方程的求解 133

4.7 符号函数的可视化 134

4.7.1 符号函数计算器 134

4.7.2 泰勒级数计算器 134

4.8 综合举例 135

习题 136

第5章 程序设计和M文件 138

5.1 程序控制 138

5.1.1 分支控制语句 138

5.1.2 循环控制语句 140

5.1.3 错误控制语句 143

5.1.4 流程控制命令 144

5.2 M文件结构 146

5.2.1 M文件的一般结构 146

5.2.2 M文件编辑／调试器窗口 147

5.2.3 M脚本文件和M函数文件 148

5.3 函数的使用 150

5.3.1 主函数和子函数 150

5.3.2 函数的输入／输出参数 152

5.3.3 局部变量、全局变量和静态变量 154

5.3.4 嵌套函数、私有函数和重载函数 155

5.3.5 函数的工作过程和P码文件 156

5.4 函数句柄和inline对象 157

5.4.1 函数句柄 158

5.4.2 inline对象 160

5.5 函数绘图 160

5.5.1 fplot命令 161

5.5.2 函数绘图命令 161

5.6 数值分析 162

5.6.1 求最小值和过零点 163

5.6.2 数值积分 164

5.6.3 微分方程组数值求解 165

习题 166

第6章 MATLAB高级图形设计 169

6.1 句柄图形对象 169

6.1.1 句柄图形对象体系 169

6.1.2 句柄图形对象的操作 170

6.2 图形用户界面 174

6.2.1 图形用户界面概述 175

6.2.2 设计一个简单的GUI界面 175

6.2.3 回调函数和GUI程序文件 179

6.2.4 按钮、滚动条和文本框控件 181

6.2.5 单选按钮、复选框和面板 184

6.2.6 下拉菜单、列表框、坐标轴和ActiveX控件 186

6.2.7 菜单的设计 188

6.3 对话框 190

6.3.1 输入框 190

6.3.2 输出框 191

6.3.3 文件管理框 192

6.4 图像和声音 193

6.4.1 图像 193

6.4.2 声音 197

6.5 视频与动画设计 197

6.5.1 视频 197

6.5.2 以电影方式创建动画 199

6.5.3 以对象方式创建动画 200

6.6 综合应用举例 200

习题 203

第7章 Simulink仿真环境 205

7.1 Simulink的概述 205

7.2 Simulink的工作环境 206

7.2.1 一个简单的Simulink实例 206

7.2.2 Simulink的模型窗口 207

7.2.3 Simulink的工作原理 208

7.2.4 Simulink的模块库 208

7.3 建立模型 209

7.3.1 创建模型 209

7.3.2 仿真参数的设置 211

7.3.3 常用模块的设置 213

7.3.4 仿真结构参数化 218

7.3.5 使用命令创建和运行Simulink模型 218

7.4 Simulink的应用实例 220

7.4.1 Simulink在电工基础中的应用实例 221

7.4.2 Simulink在数字电路中的应用实例 222

7.4.3 Simulink在控制系统中的应用实例 223

7.5 模型的调试 224

7.5.1 Simulink调试器 224

7.5.2 在调试器窗口中调试模型 226

7.6 子系统与封装 227

7.6.1 创建子系统 227

7.6.2 封装子系统 228

7.6.3 定义自己的模块库 231

7.7 S函数的设计与应用 231

7.7.1 S函数简介 231

7.7.2 S函数的工作原理 232

7.7.3 M文件S函数的模板格式 233

7.7.4 创建S函数 236

7.8 综合实例介绍 238

习题 239

第8章 线性控制系统的分析 241

8.1 控制系统的数学模型 241

8.1.1 创建系统的模型并相互转换 241

8.1.2 系统的模型参数 246

8.1.3 系统模型的连接和简化 249

8.1.4 将Simulink模型结构图 转化为系统模型 253

8.2 时域分析的MATLAB实现 254

8.2.1 使用拉普拉斯变换和逆变换计算时域响应 254

8.2.2 线性系统的时域分析 254

8.2.3 线性系统的结构参数与时域性能指标 257

8.3 频域分析的MATLAB实现 260

8.3.1 线性系统的频域分析 260

8.3.2 频域分析性能指标 262

8.4 根轨迹分析的MATLAB实现 264

8.4.1 线性系统的根轨迹分析 264

8.4.2 根轨迹设计工具 265

8.5 稳定性分析的MATLAB实现 266

8.5.1 根据闭环特征方程判定系统稳定性 266

8.5.2 用频率特性法判定系统稳定性 267

8.5.3 用根轨迹法判定系统稳定性 268

8.6 稳态误差分析的MATLAB实现 269

8.7 状态分析的MATLAB实现 269

8.7.1 状态空间的线性变换 270

8.7.2 状态转移矩阵 272

8.7.3 线性系统的能控性和能观性 273

8.7.4 状态反馈极点配置 274

8.8 线性定常系统分析与设计的图形工具 275

8.8.1 线性定常系统仿真图形工具LTI Viewer 275

8.8.2 SISO设计工具sisotool 277

8.9 综合实例介绍 279

习题 280

第2篇 MATLAB实训 283

第1章 MATLAB R2010a概述实训 284

1.1 实验1 熟悉MATLAB R2010a的开发环境 284

1.2 实验2 使用Notebook 290

1.3 实验3 使用MATLAB的“帮助” 292

1.4 自我练习 295

第2章 MATLAB基本运算实训 296

2.1 实验1 向量的运算 296

2.2 实验2 矩阵和数组的运算 297

2.3 实验3 字符串和日期型数组的操作 300

2.4 实验4 多项式的运算 301

2.5 实验5 胞数组和结构体 303

2.6 自我练习 305

第3章 数据的可视化实训 306

3.1 实验1 绘制二维曲线并标注文字 306

3.2 实验2 在同一窗口中绘制多条曲线 309

3.3 实验3 绘制特殊图形 310

3.4 实验4 绘制三维图形 311

3.5 自我练习 313

第4章 符号运算实训 314

4.1 实验1 符号表达式的创建和算术运算 314

4.2 实验2 符号表达式的运算 316

4.3 实验3 符号表达式的微积分和积分变换 318

4.4 实验4 符号方程的求解 319

4.5 自我练习 321

第5章 程序设计和M文件实训 322

5.1 实验1 使用函数调用并调试程序 322

5.2 实验2 使用M脚本和M函数文件 325

5.3 实验3 使用函数句柄进行数值分析 327

5.4 自我练习 328

第6章 MATLAB高级图形设计实训 329

6.1 实验1 创建多控件的用户界面 329

6.2 实验2 创建多媒体用户界面 335

6.3 自我练习 338

第7章 Simulink仿真环境实训 339

7.1 实验1 连续系统模型的分析和校正 339

7.2 实验2 使用S函数创建模型并调试 344

7.3 自我练习 348

第8章 线性控制系统的分析实训 349

8.1 实验1 创建控制系统的数学模型 349

8.2 实验2 简化连接系统的数学模型 352

8.3 实验3 对控制系统性能进行分析 354

8.4 实验4 使用线性系统的图形工具分析 358

8.5 自我练习 361

习题答案 362

第1章 MATLAB R2010a概述 362

第2章 MATLAB基本运算 362

第3章 数据的可视化 363

第4章 符号运算 365

第5章 程序设计和M文件 367

第6章 MATLAB高级图形设计 369

第7章 Simulink仿真环境 371

第8章 线性控制系统的分析 374

附录 377

附录A 程序的调试 377

A.1 直接检测 377

A.2 出错提示 377

A.3 使用M文件调试器窗口调试 378

A.4 专用调试命令 381

附录B M文件剖析 383

B.1 代码分析 383

B.2 Profiler分析工具 384

B.3 M文件性能优化 385

例题索引 386

参考文献 389