MATLAB/SIMULINK實(shí)用教程

前言

MATLAB語(yǔ)言及其應(yīng)用是高等學(xué)校信息科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子、自動(dòng)化、物理等與數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析相關(guān)的自然科學(xué)院系、專業(yè)的一門基礎(chǔ)工具課。MATLAB是MathWorks公司開發(fā)的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化的仿真軟件，包括MATLAB主程序、SIMl5LINK動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真包和各種專業(yè)工具箱。它基于矩陣運(yùn)算，集數(shù)值計(jì)算、圖形顯示、圖形界面設(shè)計(jì)等功能和模糊邏輯等30多個(gè)專業(yè)工具箱于一體，具有極強(qiáng)大的計(jì)算功能和極高的編程效率，特別適合于科學(xué)計(jì)算、數(shù)值分析、系統(tǒng)仿真和信號(hào)處理等方面的工作，對(duì)其他學(xué)科的學(xué)習(xí)有重要影響。MATLA具有強(qiáng)大、豐富的內(nèi)置函數(shù)，以及高度靈活的可編程性，所以特別適合數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果的圖形化顯示。另外，MATLAB包含多種根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域劃分的工具箱，這些工具箱極大地?cái)U(kuò)展了MATLAB在這些領(lǐng)域的實(shí)用功能，其中應(yīng)用最為廣泛的工具箱包括自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理等。MATLAB已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能更是為各個(gè)工程領(lǐng)域提供了分析和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，成為國(guó)際控制界應(yīng)用最廣的首選計(jì)算機(jī)工具。目前很多科技論文的仿真結(jié)果都出自MATLAB，可見，MATLAB語(yǔ)言對(duì)科技發(fā)展的貢獻(xiàn)是巨大的。現(xiàn)在，無(wú)論是在學(xué)術(shù)界還是在工業(yè)界，MATI.,AB逐漸成為大多數(shù)科研人員的首選計(jì)算語(yǔ)言，而MATLAB本身也逐漸成為一種工業(yè)界通用的計(jì)算語(yǔ)言。一些工業(yè)產(chǎn)品的研究與開發(fā)如日本豐田汽車公司的引擎控制單元（ECU）系統(tǒng)的研發(fā)等，已開始完全使用MATLAB。在MathWorks公司的網(wǎng)站上可以看到更多關(guān)于MATLAB工業(yè)應(yīng)用的實(shí)例。目前，絕大部分高校的相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了MATLAB語(yǔ)言的課程。作為高校學(xué)生，特別是本科生，有一本難度適合、內(nèi)容充實(shí)又不過(guò)長(zhǎng)的教材，對(duì)學(xué)習(xí)一門課程是極其重要的。本書針對(duì)MATLAB7.5編寫出最實(shí)用、最簡(jiǎn)明的教程，通過(guò)大量的實(shí)例，系統(tǒng)介紹了MATLAB7.5的使用技巧和編程方法。讀者可在自己的MATLAB環(huán)境中完全準(zhǔn)確地重現(xiàn)本書所提供的算例結(jié)果，舉一反三，很快掌握要領(lǐng)，在最短的時(shí)間內(nèi)掌握MATLAB語(yǔ)言的精髓，從模仿走向靈活應(yīng)用。

內(nèi)容概要

　　《MATLAB/SIMULINK實(shí)用教程》通過(guò)大量的實(shí)例，系統(tǒng)介紹了MATLAB的使用技巧和編程方法。全書共分9章，主要內(nèi)容包括MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)，數(shù)組、矩陣及其運(yùn)算，MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，MATLAB求解數(shù)學(xué)問(wèn)題，MATLAB的圖視化功能，圖形用戶界面(GUI)，SIMULINK仿真操作，MATLAB應(yīng)用程序，以及MATLAB的相關(guān)實(shí)驗(yàn)?！　　禡ATLAB/SIMULINK實(shí)用教程》可作為高等學(xué)校信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等相關(guān)專業(yè)的本科生教材，也可供相關(guān)專業(yè)的碩士、博士研究生參考。

書籍目錄

第1章 MATLAB語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)及入門1.1 MATLAB的發(fā)展歷程和影響1.2 MATLAB系統(tǒng)的構(gòu)成1.3 MATLAB的工作環(huán)境1.3.1 Linux下安裝MATLAB1.3.2 Windows下安裝MATLAB1.3.3 啟動(dòng)和退出MATLAB1.3.4 命令窗口(Command Window)1.3.5 歷史窗口(Command History)1.3.6 M文件窗口(Editor)1.4 MATLAB幫助系統(tǒng)1.4.1 純文本幫助1.4.2 演示(Demo)幫助1.4.3 Contents幫助文件目錄窗1.4.4 Index幫助文件索引窗1.4.5 Search幫助文件搜索窗1.5 MATLAB的保存和裝載1.6 MATLAB7.5語(yǔ)言的特點(diǎn)1.7 SIMULINK簡(jiǎn)介1.8 MATLAB 7.5的工具箱1.9 MATLAB、Mathematica、Maple、MathCAD的比較1.10 小結(jié)1.11 習(xí)題第2章 數(shù)組、矩陣及其運(yùn)算2.1 數(shù)組的創(chuàng)建2.1.1 一維數(shù)組的創(chuàng)建2.1.2 一維數(shù)組的子數(shù)組尋訪和賦值2.1.3 二維數(shù)組(矩陣)的創(chuàng)建2.1.4 矩陣元素的標(biāo)識(shí)2.1.5 矩陣的尋訪和賦值2.2 矩陣的代數(shù)運(yùn)算2.2.1 pow2函數(shù)2.2.2 加、減運(yùn)算2.2.3 乘法2.2.4 集合運(yùn)算2.2.5 除法運(yùn)算2.2.6 矩陣乘方2.3 矩陣的關(guān)系運(yùn)算2.3.1 矩陣的比較關(guān)系運(yùn)算2.3.2 矩陣的邏輯關(guān)系運(yùn)算2.4 矩陣運(yùn)算2.4.1 矩陣函數(shù)2.4.2 矩陣轉(zhuǎn)置2.4.3 方陣的行列式2.4.4 逆與偽逆2.4.5 矩陣的跡2.4.6 矩陣和向量的范數(shù)2.4.7 條件數(shù)2.4.8 矩陣的秩2.4.9 向量組的線性相關(guān)性2.4.10 行階梯矩陣及向量組的基2.4.11 特殊運(yùn)算2.5 符號(hào)矩陣運(yùn)算2.6 高維數(shù)組2.6.1 高維數(shù)組的創(chuàng)建2.6.2 高維數(shù)組的標(biāo)識(shí)2.6.3 高維數(shù)組的操作2.7 非數(shù)和空數(shù)組2.7.1 非數(shù)NaN2.7.2 空數(shù)組2.8 矩陣分解2.8.1 Cholesky分解2.8.2 LU分解2.8.3 QR分解2.8.4 Schur分解2.8.5 實(shí)Schur分解轉(zhuǎn)化成復(fù)Schur分解2.8.6 特征值分解2.8.7 奇異值分解2.8.8 廣義奇異值分解2.8.9 特征值問(wèn)題的QZ分解2.8.10 海森伯格形式的分解2.9 特征值與特征向量2.9.1 特征值與特征向量的求法2.9.2 提高特征值的計(jì)算精度2.9.3 復(fù)對(duì)角矩陣轉(zhuǎn)化為實(shí)對(duì)角矩陣2.9.4 正交基2.10 小結(jié)2.11 習(xí)題第3章 MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3.1 For循環(huán)3.2 While循環(huán)3.3 If-else-End結(jié)構(gòu)3.4 switch分支結(jié)構(gòu)3.5 try-catch結(jié)構(gòu)3.6 input命令3.7 continue命令3.8 break命令3.9 函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)3.10 綜合實(shí)例3.10.1 隨機(jī)序列產(chǎn)生程序3.10.2 倒立擺系統(tǒng)的模型建立3.11 小結(jié)3.12 習(xí)題第4章 MATLAB求解數(shù)學(xué)問(wèn)題4.1 符號(hào)表達(dá)式的生成4.2 符號(hào)方程的求解4.3 極限4.3.1 單變量函數(shù)的極限4.3.2 多變量函數(shù)的極限4.4 導(dǎo)數(shù)和微分4.4.1 導(dǎo)數(shù)和高階導(dǎo)數(shù)4.4.2 高階混合偏導(dǎo)數(shù)4.4.3 復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)4.4.4 隱函數(shù)求偏導(dǎo)4.4.5 參數(shù)方程求導(dǎo)4.4.6 導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用4.4.7 梯度計(jì)算和方向?qū)?shù)4.5 積分4.5.1 不定積分4.5.2 定積分與無(wú)窮積分4.5.3 重積分4.5.4 數(shù)值積分4.6 曲線積分的MATLAB運(yùn)算4.6.1 第一類曲線積分4.6.2 第二類曲線積分4.7 曲面積分的MATLAB運(yùn)算4.7.1 第一類曲面積分4.7.2 第二類曲面積分4.8 函數(shù)的零點(diǎn)4.8.1 一元函數(shù)的零點(diǎn)4.8.2 多元函數(shù)的零點(diǎn)4.9 一元函數(shù)極值4.10 級(jí)數(shù)4.10.1 級(jí)數(shù)的求和與審斂4.10.2 泰勒展開4.11 微分方程問(wèn)題的計(jì)算機(jī)求解4.12 概率統(tǒng)計(jì)4.12.1 隨機(jī)變量及其分布4.12.2 隨機(jī)變量函數(shù)的分布4.12.3 隨機(jī)變量的數(shù)字特征4.12.4 參數(shù)估計(jì)4.12.5 假設(shè)檢驗(yàn)4.12.6 方差分析4.13 插值4.13.1 一維數(shù)據(jù)的插值問(wèn)題4.13.2 二維網(wǎng)格數(shù)據(jù)的插值問(wèn)題4.13.3 二維一般分布數(shù)據(jù)的插值問(wèn)題4.14 曲線擬合4.14.1 多項(xiàng)式擬合4.14.2 函數(shù)線性組合的曲線擬合方法4.14.3 最小二乘曲線擬合4.14.4 曲線擬合圖形界面4.15 小結(jié)4.16 習(xí)題第5章 MATLAB的圖視化功能5.1 MATLAB的圖視化概論5.2 二維圖形5.2.1 plot函數(shù)5.2.2 坐標(biāo)系定制5.2.3 極坐標(biāo)圖5.2.4 對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖形5.2.5 二維曲線的圖視效果強(qiáng)化5.2.6 特殊二維圖形5.2.7 隱函數(shù)繪圖5.3 三維圖形5.3.1 plot3(三維直線函數(shù))5.3.2 三維曲面5.3.3 其他三維圖形5.3.4 三維圖形輔助圖視效果5.4 超維圖形表達(dá)5.4.1 slice命令5.4.2 切面等位線圖5.5 圖的結(jié)構(gòu)5.6 圖形句柄的操作5.6.1 創(chuàng)建圖形對(duì)象5.6.2 訪問(wèn)和使用圖形對(duì)象的句柄5.6.3 圖形對(duì)象的操作5.7 應(yīng)用實(shí)例5.7.1 分岔現(xiàn)象實(shí)例5.7.2 BP算法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)5.7.3 改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法5.7.4 用MATLAB模擬防汛檢測(cè)系統(tǒng)5.7.5 用MATLAB模擬地下抽水機(jī)5.7.6 用MATLAB模擬臺(tái)球比賽5.8 小結(jié)5.9 習(xí)題第6章 圖形用戶界面(GUI)6.1 GUI對(duì)象層次結(jié)構(gòu)6.2 使用M文件創(chuàng)建GUI對(duì)象6.3 使用GUIDE創(chuàng)建GUI對(duì)象6.4 使用GUIDE創(chuàng)建自定義菜單6.5 小結(jié)6.6 習(xí)題第7章 SIMULINK仿真操作7.1 SIMULINK簡(jiǎn)介7.1.1 SIMULINK的窗體介紹7.1.2 一個(gè)MATLAB/SIMULINK庫(kù)自帶的演示實(shí)例7.1.3 創(chuàng)建一個(gè)MATLAB實(shí)例7.2 SIMULINK的基本操作7.3 SIMULINK的基本模塊簡(jiǎn)介7.4 連續(xù)系統(tǒng)建模7.4.1 線性系統(tǒng)7.4.2 非線性系統(tǒng)7.5 子系統(tǒng)的創(chuàng)建及封裝技術(shù)7.5.1 使用Subsystems模塊創(chuàng)建子系統(tǒng)7.5.2 通過(guò)壓縮已有的模塊創(chuàng)建子系統(tǒng)7.5.3 使用if子系統(tǒng)模塊創(chuàng)建系統(tǒng)7.5.4 使用while子系統(tǒng)模塊創(chuàng)建系統(tǒng)7.5.5 條件執(zhí)行子系統(tǒng)7.5.6 模塊封裝技術(shù)7.6 離散時(shí)間系統(tǒng)和混合系統(tǒng)7.6.1 邏輯模塊Logical Operator7.6.2 初值設(shè)計(jì)模塊IC7.6.3 單位延時(shí)模塊Unit Delay和零階保持器Zero-Order Hold7.7 SIMULINK的分析工具7.7.1 Sim, Simset命令及示例7.7.2 模型線性化7.7.3 系統(tǒng)平衡點(diǎn)分析7.8 SIMULINK綜合實(shí)例7.8.1 SIMULINK模型和MATLAB指令配合使用7.8.2 仿真模型和優(yōu)化指令的協(xié)調(diào)7.8.3 不同解算器處理Stiff系統(tǒng)時(shí)表現(xiàn)7.8.4 代數(shù)環(huán)的形成7.8.5 代數(shù)環(huán)的處理7.9 S函數(shù)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用7.9.1 S函數(shù)模板說(shuō)明7.9.2 S函數(shù)示例7.10 SimPowerSystems電力系統(tǒng)專業(yè)模塊簡(jiǎn)介7.11 小結(jié)7.12 習(xí)題第8章 MATLAB應(yīng)用程序8.1 懸吊式起重機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真8.1.1 懸吊式起重機(jī)動(dòng)力學(xué)方程8.1.2 懸吊式起重機(jī)動(dòng)力學(xué)SIMULINK建模8.1.3 建立子系統(tǒng)8.1.4 懸吊式起重機(jī)動(dòng)力學(xué)SIMULINK仿真8.2 模糊控制程序8.3 使用MATLAB統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)8.4 基于MATLAB的圖像平滑8.4.1 鄰域平均法8.4.2 中值濾波法8.4.3 空間低通8.4.4 頻域低通8.4.5 程序清單8.5 一種基于膚色分割和匹配的人臉識(shí)別8.5.1 將RGB空間轉(zhuǎn)換為YcbCr空間8.5.2 將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像8.5.3 消除噪聲8.5.4 對(duì)圖像做填孔處理8.5.5 圖像重構(gòu)8.5.6 再處理8.5.7 進(jìn)一步確定人臉區(qū)域8.5.8 邊緣檢測(cè)8.6 非線性二聯(lián)機(jī)系統(tǒng)的跟蹤控制8.7 小結(jié)8.8 習(xí)題第9章 MATLAB實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)一 MATLAB環(huán)境熟悉及基本操作實(shí)驗(yàn)二 數(shù)組(矩陣)及其運(yùn)算實(shí)驗(yàn)三 M文件及MATLAB程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)四 MATLAB的數(shù)學(xué)問(wèn)題求解實(shí)驗(yàn)五 MATLAB繪圖的基本操作實(shí)驗(yàn)六 MATLAB及SIMULINK使用練習(xí)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.1 MATLAB的發(fā)展歷程和影響MATLAB由MATrix和LABoratory兩詞的前3個(gè)字母組合而成，即矩陣實(shí)驗(yàn)室的意思。1980年前后時(shí)任美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任的Cleve Moler教授認(rèn)為用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的EISPACK和LINPACK軟件包求解線性代數(shù)問(wèn)題的過(guò)程過(guò)于繁瑣，出于減輕學(xué)生編程負(fù)擔(dān)的考慮，他為學(xué)生設(shè)計(jì)了一組調(diào)用LINPACK和EISPACK庫(kù)程序的“通俗易用”的接口，這就是用FORTRAN語(yǔ)言編寫的萌芽狀態(tài)的MATLAB。該軟件在1980年出現(xiàn)了免費(fèi)版本。1984年MathWorks公司成立，并正式推出了MATLAB 1.0版本。從這時(shí)起，MATLAB的內(nèi)核采用C語(yǔ)言編寫，而且除原有的數(shù)值計(jì)算能力外，還新增了數(shù)據(jù)圖視功能。MathWorks公司于1993年推出MATLAB 4.0版本，從此告別DOS版。MATLAB 4.x版在繼承與發(fā)展其原有數(shù)值計(jì)算和圖形可視能力的同時(shí)推出了SIMULINK，開發(fā)了與外部進(jìn)行直接數(shù)據(jù)交換的組件，打通了MATLAB進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、處理和硬件開發(fā)的道路，并推出了符號(hào)計(jì)算工具包。1997年MATLAB5.0版問(wèn)世，緊接著是5.1版、5.2版，以及1999年的5.3版。MATLAB 5.x與MATLAB4.x相比，擁有更豐富的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)、更友善的面向?qū)ο?、更快速?zhǔn)確的圖形顯視、更豐富的數(shù)學(xué)和數(shù)據(jù)分析資源以及更多的應(yīng)用開發(fā)工具。2000年9月MATLAB 6，即版本12（R12）誕生，接著是2001年6月的MATLAB 6.1和2002年8月推出的MATLAB 6.5，這是目前最為廣泛使用的MATLAB 6.x版本。到2004年6月MATLAB 7.0（R14）誕生后又出現(xiàn)了MATLAB 7.0.1（R14SPl）、MATLAB 7.0.4（R14SP2）和MATLAB 7.1（R14SP3）。2006年3月1日MATLAB 7.2（R2006a）正式發(fā)布，從那時(shí)開始，MathWorks公司宣布將每年進(jìn)行兩次產(chǎn)品發(fā)布，時(shí)間分別在每年的3月和9月，而且，每一次發(fā)布都會(huì)包含所有的產(chǎn)品模塊，如產(chǎn)品的new feature bug fixes和新產(chǎn)品模塊的推出。R2006a（MATLAB 7.2，Simulink 6.4）主要更新了10個(gè)產(chǎn)品模塊、增加了多達(dá)350個(gè)新特性，增加了對(duì)64位Windows的支持，并新推出了.net工具箱。

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MATLAB語(yǔ)言及其應(yīng)用是高等學(xué)校信息科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)。計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子、自動(dòng)化、物理等與數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析相關(guān)的自然科學(xué)院系、專業(yè)的一門基礎(chǔ)工具課。《MATLAB/SIMULINK實(shí)用教程》是針對(duì)MATLAB7.5編寫的實(shí)用、簡(jiǎn)明教程，通過(guò)大量的實(shí)例，系統(tǒng)介紹了MATLAB715的使用技巧和編程方法。讀者可在自己的MATLAB環(huán)境中完全準(zhǔn)確地重現(xiàn)《MATLAB/SIMULINK實(shí)用教程》所提供的算例結(jié)果。舉一反三，快速掌握要領(lǐng)，在最短的時(shí)間內(nèi)掌握MATLAB語(yǔ)言的精髓，從模仿走向靈活應(yīng)用?！禡ATLAB/SIMULINK實(shí)用教程》以實(shí)用、新穎和易懂為原則，通過(guò)大量的實(shí)例，系統(tǒng)介紹了MATLAB的使用技巧和編程方法。全書共分9尊，系統(tǒng)地介紹了數(shù)組、矩陣及其運(yùn)算，數(shù)學(xué)問(wèn)題的MATLAB求解，MATlAB的圖視化功能，圖形用戶界面，SIMULINK的應(yīng)用等內(nèi)容。

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