MATLAB實(shí)用教程（第4版）

第1部分 實(shí)用教程 第1章 MATLAB R2015b環(huán)境 1 1.1　MATLAB簡介 1 1.1.1　MATLAB工具箱 2 1.1.2　MATLAB功能和特點(diǎn) 2 1.2　MATLAB R2015b的環(huán)境設(shè)置 3 1.2.1　MATLAB的集成開發(fā) 環(huán)境 3 1.2.2　工具欄 4 1.3　常用窗口 8 1.3.1　命令窗口 （Command Window） 8 1.3.2　當(dāng)前目錄瀏覽器窗口 （Current Folder） 12 1.3.3　工作空間窗口 （Workspace） 14 1.3.4　歷史命令窗口 （Command History） 16 1.3.5　變量編輯器窗口 （Variable Editor） 17 1.3.6　M文件編輯/調(diào)試器窗口 （Editor/Debugger） 18 1.3.7　代碼分析報(bào)告窗口 （Code Analyzer Reporter） 19 1.3.8　程序運(yùn)行時(shí)間窗口 （Profiler） 19 1.3.9　MATLAB R2015b幫助 20 1.4　MATLAB R2015b其他管理 22 1.4.1　MATLAB用戶文件 格式 22 1.4.2　設(shè)置搜索路徑 23 1.5　1個(gè)實(shí)例 26 第2章 MATLAB數(shù)值計(jì)算 30 2.1　變量和數(shù)據(jù) 30 2.1.1　數(shù)據(jù)類型 30 2.1.2　常數(shù) 32 2.1.3　變量 33 2.2　矩陣和數(shù)組 34 2.2.1　矩陣輸入 34 2.2.2　矩陣元素 37 2.2.3　字符串 41 2.2.4　矩陣和數(shù)組運(yùn)算 44 2.2.5　多維數(shù)組 55 2.3　日期和時(shí)間 58 2.3.1　日期和時(shí)間的表示格式 58 2.3.2　日期和時(shí)間函數(shù) 59 2.4　稀疏矩陣 60 2.4.1　稀疏矩陣的建立 60 2.4.2　稀疏矩陣的存儲(chǔ)空間 62 2.4.3　稀疏矩陣的運(yùn)算 63 2.5　多項(xiàng)式 63 2.5.1　多項(xiàng)式的求值、求根 和部分分式展開 63 2.5.2　多項(xiàng)式的乘除法 和微積分 66 2.5.3　多項(xiàng)式擬合和插值 67 2.6　元胞數(shù)組和結(jié)構(gòu)數(shù)組 70 2.6.1　元胞數(shù)組 70 2.6.2　結(jié)構(gòu)數(shù)組 73 2.7　數(shù)據(jù)分析 76 2.7.1　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和相關(guān)分析 76 2.7.2　差分和積分 77 2.7.3　卷積和快速傅里葉變換 79 2.7.4　向量函數(shù) 81 第3章 MATLAB符號(hào)計(jì)算 83 3.1　符號(hào)表達(dá)式的建立 83 3.1.1　創(chuàng)建符號(hào)常量 84 3.1.2　創(chuàng)建符號(hào)變量和符號(hào) 表達(dá)式 85 3.1.3　符號(hào)矩陣 86 3.2　符號(hào)表達(dá)式的代數(shù)運(yùn)算 87 3.2.1　符號(hào)表達(dá)式的代數(shù)運(yùn)算 87 3.2.2　符號(hào)數(shù)值任意精度控制 和運(yùn)算 88 3.2.3　符號(hào)對(duì)象與數(shù)值對(duì)象 的轉(zhuǎn)換 90 3.3　符號(hào)表達(dá)式的操作和轉(zhuǎn)換 91 3.3.1　符號(hào)表達(dá)式中自由變量 的確定 91 3.3.2　符號(hào)表達(dá)式的化簡 92 3.3.3　符號(hào)表達(dá)式的替換 94 3.3.4　求反函數(shù)和復(fù)合函數(shù) 95 3.3.5　符號(hào)表達(dá)式的轉(zhuǎn)換 96 3.4　符號(hào)極限、微積分和級(jí)數(shù) 求和 97 3.4.1　符號(hào)極限 97 3.4.2　符號(hào)微分 98 3.4.3　符號(hào)積分 100 3.4.4　符號(hào)級(jí)數(shù) 101 3.5　符號(hào)積分變換 102 3.5.1　傅里葉變換及其反 變換 102 3.5.2　拉普拉斯變換及其反 變換 103 3.5.3　Z變換及其反變換 105 3.6　符號(hào)方程的求解 106 3.6.1　代數(shù)方程 106 3.6.2　符號(hào)常微分方程 107 3.7　符號(hào)函數(shù)的可視化 108 3.7.1　符號(hào)函數(shù)的繪圖命令 108 3.7.2　圖形化的符號(hào)函數(shù) 計(jì)算器 110 第4章 MATLAB計(jì)算的可視化 和GUI設(shè)計(jì) 112 4.1　二維曲線的繪制 112 4.1.1　基本繪圖命令 113 4.1.2　繪制曲線的一般步驟 117 4.1.3　多個(gè)圖形繪制的方法 118 4.1.4　曲線的線形、顏色和數(shù)據(jù) 點(diǎn)形 120 4.1.5　設(shè)置坐標(biāo)軸和文字 標(biāo)注 121 4.1.6　交互式圖形命令 125 4.2　MATLAB的特殊圖形繪制 126 4.2.1　條形圖 127 4.2.2　面積圖和實(shí)心圖 128 4.2.3　直方圖 129 4.2.4　餅形圖 130 4.2.5　離散數(shù)據(jù)圖 131 4.2.6　對(duì)數(shù)坐標(biāo)和極坐標(biāo)圖 131 4.2.7　等高線圖 133 4.2.8　復(fù)向量圖 133 4.3　MATLAB的三維圖形繪制 134 4.3.1　繪制三維線圖命令 134 4.3.2　繪制三維網(wǎng)線圖 和曲面圖 135 4.3.3　立體圖形與圖軸 的控制 137 4.3.4　色彩的控制 139 4.4　圖形繪制工具 142 4.5　對(duì)話框 143 4.6　句柄圖形 146 4.6.1　句柄圖形體系 146 4.6.2　圖形對(duì)象的操作 147 4.7　用戶圖形界面設(shè)計(jì) 151 4.7.1　可視化的界面環(huán)境 151 4.7.2　菜單 152 4.7.3　控件 154 4.7.4　對(duì)象對(duì)齊工具、屬性編輯器 和對(duì)象瀏覽器 156 4.7.5　回調(diào)函數(shù) 157 4.8　圖形文件轉(zhuǎn)儲(chǔ) 159 第5章 MATLAB程序設(shè)計(jì) 160 5.1　程序流程控制 160 5.1.1　for…end循環(huán)結(jié)構(gòu) 160 5.1.2　while…end循環(huán)結(jié)構(gòu) 161 5.1.3　if…else…end條件轉(zhuǎn)移 結(jié)構(gòu) 162 5.1.4　switch…case開關(guān)結(jié)構(gòu) 163 5.1.5　try…catch…end試探 結(jié)構(gòu) 164 5.1.6　流程控制語句 165 5.1.7　循環(huán)結(jié)構(gòu)與動(dòng)畫 167 5.2　M文件 169 5.2.1　M文件編輯器 169 5.2.2　M腳本文件 170 5.2.3　M函數(shù)文件 171 5.3　函數(shù)調(diào)用和參數(shù)傳遞 173 5.3.1　子函數(shù)和私有函數(shù) 173 5.3.2　局部變量和全局變量 174 5.3.3　函數(shù)的參數(shù) 175 5.3.4　程序舉例 178 5.4　利用函數(shù)句柄執(zhí)行函數(shù) 182 5.4.1　函數(shù)句柄的創(chuàng)建 182 5.4.2　用feval命令執(zhí)行函數(shù) 183 5.5　利用泛函命令進(jìn)行數(shù)值分析 184 5.5.1　求極小值 184 5.5.2　求過零點(diǎn) 185 5.5.3　數(shù)值積分 187 5.5.4　微分方程的數(shù)值解 187 5.6　內(nèi)聯(lián)函數(shù) 189 5.7　M文件性能的優(yōu)化和加速 190 5.7.1　M文件性能優(yōu)化 190 5.7.2　P碼文件 191 第6章 線性控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 193 6.1　線性系統(tǒng)的描述 193 6.1.1　狀態(tài)空間描述法 193 6.1.2　傳遞函數(shù)描述法 195 6.1.3　零極點(diǎn)描述法 195 6.1.4　離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 196 6.2　線性系統(tǒng)模型之間的轉(zhuǎn)換 198 6.2.1　連續(xù)系統(tǒng)模型之間 的轉(zhuǎn)換 198 6.2.2　連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)之間 的轉(zhuǎn)換 201 6.2.3　模型對(duì)象的屬性 203 6.3　結(jié)構(gòu)框圖的模型表示 205 6.4　線性系統(tǒng)的時(shí)域分析 209 6.4.1　零輸入響應(yīng)分析 209 6.4.2　脈沖響應(yīng)分析 210 6.4.3　階躍響應(yīng)分析 212 6.4.4　任意輸入的響應(yīng) 213 6.4.5　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù) 215 6.5　線性系統(tǒng)的頻域分析 218 6.5.1　頻域特性 218 6.5.2　連續(xù)系統(tǒng)頻域特性 219 6.5.3　幅值裕度和相角裕度 223 6.5.4　閉環(huán)頻率特性的性能 指標(biāo) 223 6.6　頻率特性校正 225 6.6.1　超前校正 225 6.6.2　滯后校正 226 6.7　線性系統(tǒng)的根軌跡分析 227 6.7.1　繪制根軌跡 228 6.7.2　根軌跡的其他工具 229 6.8　線性系統(tǒng)的圖形工具界面 232 6.8.1　LTI Viewer界面 232 6.8.2　SISO設(shè)計(jì)工具 sisotool 234 第7章 Simulink仿真環(huán)境 237 7.1　演示1個(gè)Simulink的簡單 程序 237 7.2　Simulink文件操作和模型 窗口 240 7.2.1　Simulink文件操作 240 7.2.2　Simulink模型窗口 240 7.3　模型創(chuàng)建 241 7.3.1　模塊操作 241 7.3.2　信號(hào)線操作 241 7.4　Simulink基本模塊 243 7.5　復(fù)雜系統(tǒng)仿真與分析 248 7.5.1　仿真設(shè)置 248 7.5.2　系統(tǒng)仿真舉例 251 7.5.3　仿真結(jié)構(gòu)參數(shù)化 259 7.6　子系統(tǒng)與封裝 260 7.6.1　建立子系統(tǒng) 260 7.6.2　條件執(zhí)行子系統(tǒng) 262 7.6.3　子系統(tǒng)的封裝 265 7.7　用MATLAB命令創(chuàng)建 和運(yùn)行Simulink模型 268 7.8　S函數(shù) 270 7.8.1　S函數(shù)的介紹 270 7.8.2　S函數(shù)的編寫 271 7.8.3　S函數(shù)模塊的使用 273 第8章 MATLAB高級(jí)應(yīng)用 276 8.1　Notebook 276 8.1.1　Notebook安裝 276 8.1.2　Notebook啟動(dòng) 276 8.1.3　Notebook使用 278 8.1.4　Notebook中的MATLAB 使用 282 8.2　MuPAD notebook的使用 284 8.2.1　MuPAD Notebook 284 8.2.2　MuPAD 函數(shù)的使用 286 8.3　低級(jí)文件輸入/輸出 287 8.3.1　打開和關(guān)閉文件 287 8.3.2　讀/寫格式化文件 289 8.3.3　讀/寫二進(jìn)制數(shù)據(jù) 290 8.3.4　文件定位 292 第2部分 習(xí)題 第1章 MATLAB R2015a環(huán)境 294 第2章 MATLAB數(shù)值計(jì)算 294 第3章 MATLAB符號(hào)計(jì)算 296 第4章 MATLAB計(jì)算的可視化 和GUI設(shè)計(jì) 297 第5章 MATLAB程序設(shè)計(jì) 299 第6章 線性控制系統(tǒng)分析 與設(shè)計(jì) 300 第7章 Simulink仿真環(huán)境 302 第8章 MATLAB高級(jí)應(yīng)用 303 第3部分 實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1 MATLAB環(huán)境及命令 窗口 304 實(shí)驗(yàn)2 MATLAB數(shù)值計(jì)算 315 實(shí)驗(yàn)3 MATLAB的符號(hào)計(jì)算 324 實(shí)驗(yàn)4 MATLAB的計(jì)算可視化 和GUI設(shè)計(jì) 332 實(shí)驗(yàn)5 MATLAB程序設(shè)計(jì) 340 實(shí)驗(yàn)6 線性控制系統(tǒng)分析 與設(shè)計(jì) 347 實(shí)驗(yàn)7 Simulink仿真環(huán)境 357 第4部分 附錄 附錄A 習(xí)題答案 367 附錄B 模擬測(cè)試題 388 附錄C 模擬測(cè)試題答案 390 附錄D 例題索引 393 附錄E 程序的調(diào)試 399