MATLAB應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)教程

前言

MATLAB是MathWorks公司推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件，其強(qiáng)大的計(jì)算和圖形功能使其在科學(xué)計(jì)算和工程領(lǐng)域贏得了眾多的用戶。經(jīng)過(guò)許多專家、工程師在自己相關(guān)領(lǐng)域的擴(kuò)充，MATLAB成為了一個(gè)多領(lǐng)域、多學(xué)科、多功能的優(yōu)秀科技應(yīng)用軟件，從而被廣泛地應(yīng)用于各領(lǐng)域和學(xué)科的研究與仿真。MATLAB具有幾十個(gè)工具箱，涉及信號(hào)處理、自動(dòng)控制、圖像處理、最優(yōu)化方法、小波分析等許多學(xué)科，國(guó)內(nèi)外許多大專院校對(duì)各理工科專業(yè)都開(kāi)設(shè)了MATLAB應(yīng)用課程。該課程是電氣、自動(dòng)化和電子等電子信息類、機(jī)械類本科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，它的任務(wù)主要是使學(xué)生掌握并利用MATLAB這一先進(jìn)工具進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、分析、仿真和計(jì)算，從而解決工程、科學(xué)計(jì)算和自動(dòng)化、數(shù)字信號(hào)處理、通信、數(shù)學(xué)等學(xué)科中的許多問(wèn)題。全書(shū)共分9章，第1章介紹MATLAB的系統(tǒng)環(huán)境和軟件的使用，使讀者對(duì)MATLAB有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)；第2章介紹MATLAB數(shù)據(jù)的表示和基本運(yùn)算，以及M函數(shù)的編寫(xiě)和程序控制流，使讀者能夠迅速地入門(mén)并能進(jìn)行基本的編程運(yùn)算；第3章介紹MATLAB的繪圖功能；第4章介紹MATLAB強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能和符號(hào)運(yùn)算功能，這是MATLAB重要的科學(xué)計(jì)算功能；第5章介紹Simulink仿真工具箱，使讀者對(duì)MATLAB強(qiáng)大的仿真功能有一個(gè)基本了解，并能進(jìn)行基本系統(tǒng)的仿真；第6～9章分別介紹控制系統(tǒng)工具箱、信號(hào)處理工具箱、通信工具箱和SimPowerSystems工具箱，將MATLAB和相關(guān)專業(yè)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，使讀者能夠運(yùn)用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)的建模、分析、仿真、計(jì)算等。本書(shū)每章后面都配有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，緊扣教學(xué)內(nèi)容，使讀者能夠及時(shí)有效地上機(jī)操作掌握該章的主要內(nèi)容。為了便于教師教學(xué)和讀者自學(xué)，每章結(jié)尾還給出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參考程序，這些程序都經(jīng)過(guò)上機(jī)仿真驗(yàn)證。本書(shū)第1章、第5章、第6章、第8章、第9章由賀超英編寫(xiě)，第2章由沈細(xì)群編寫(xiě)，第3章由禹柳飛編寫(xiě)，第4章由唐杰編寫(xiě)，第7章由劉亮編寫(xiě)。全書(shū)由賀超英負(fù)責(zé)統(tǒng)稿。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，得到了唐勇奇教授和朱俊杰副教授的大力支持和幫助，在此表示衷心的感謝。

內(nèi)容概要

　　《MATLAB應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)教程》以MATLAB 7.5版為藍(lán)本，重點(diǎn)講述了MATLAB的功能以及其在電子電氣信息類及相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。全書(shū)共分9章，主要內(nèi)容包括：MATLAB的系統(tǒng)環(huán)境和使用，MATLAB有關(guān)的基本運(yùn)算，MATLAB的繪圖功能，Simulink仿真工具箱，控制系統(tǒng)工具箱，數(shù)字信號(hào)處理工具箱，通信工具箱，以及SimPowerSystem工具箱。每章后面都配有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，緊扣教學(xué)內(nèi)容，使讀者能夠通過(guò)上機(jī)操作及時(shí)有效地掌握該章的主要內(nèi)容。《MATLAB應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)教程》配有電子教案、例題源程序等豐富的教學(xué)資源，以能幫助讀者快速掌握并應(yīng)用MATLAB。　　《MATLAB應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)教程》可作為普通高等院校理工科專業(yè)本科生“MATLAB應(yīng)用”課程的教材，也可供廣大科技工作者閱讀使用。

書(shū)籍目錄

第1章 MATLAB系統(tǒng)環(huán)境1.1 什么是MATLAB1.2 MATLAB操作界面1.3 MATLAB幫助系統(tǒng)1.3.1 MATLAB的幫助命令1.3.2 幫助窗口第2章 MATLAB應(yīng)用基礎(chǔ)2.1 變量及其操作2.2 MATLAB數(shù)組與矩陣運(yùn)算2.2.1 冒號(hào)表達(dá)式2.2.2 矩陣的建立2.2.3 矩陣的拆分2.2.4 MATLAB數(shù)據(jù)的運(yùn)算2.2.5 特殊矩陣2.3 數(shù)學(xué)函數(shù)2.4 M文件2.4.1 腳本文件2.4.2 函數(shù)文件2.5 程序控制結(jié)構(gòu)2.5.1 順序結(jié)構(gòu)2.5.2 選擇結(jié)構(gòu)2.5.3 循環(huán)結(jié)構(gòu)2.6 實(shí)驗(yàn)一 MATLAB運(yùn)算基礎(chǔ)2.6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.6.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.6.3 實(shí)驗(yàn)參考程序2.7 實(shí)驗(yàn)二 M函數(shù)與M文件的編寫(xiě)與應(yīng)用2.7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.7.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.7.3 實(shí)驗(yàn)參考程序2.8 實(shí)驗(yàn)三 選擇與循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)2.8.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.8.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.8.3 實(shí)驗(yàn)參考程序第3章 MATLAB繪圖3.1 二維圖形3.1.1 基本的繪圖命令3.1.2 軸的形式與刻度設(shè)置3.1.3 圖形的標(biāo)注、網(wǎng)格及圖例說(shuō)明3.1.4 繪制二維圖形的其他函數(shù)3.2 三維圖形3.2.1 繪制三維曲線的基本函數(shù)3.2.2 三維曲面3.3 實(shí)驗(yàn)四 繪圖函數(shù)的應(yīng)用3.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.3.3 實(shí)驗(yàn)參考程序第4章 MATLAB數(shù)值計(jì)算與符號(hào)計(jì)算4.1 曲線擬合與插值運(yùn)算4.2 數(shù)值微積分4.2.1 數(shù)值微分4.2.2 數(shù)值積分4.3 線性方程組求解4.3.1 直接解法4.3.2 迭代解法4.4 常微分方程的數(shù)值求解4.5 MATLAB符號(hào)計(jì)算4.5.1 符號(hào)計(jì)算基礎(chǔ)4.5.2 符號(hào)導(dǎo)數(shù)及其應(yīng)用4.5.3 符號(hào)積分4.5.4 符號(hào)方程求解4.6 級(jí)數(shù)4.7 實(shí)驗(yàn)五 數(shù)值工具箱與符號(hào)工具箱的應(yīng)用4.7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.7.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.7.3 實(shí)驗(yàn)參考程序第5章 Simulink仿真工具箱5.1 Simulink建模的基本知識(shí)5.1.1 Simulink簡(jiǎn)介5.1.2 Simulink下常用模塊庫(kù)簡(jiǎn)介5.1.3 Simulink下其他工具箱模塊庫(kù)5.2 Simulink建模與仿真5.2.1 建立Simulink模型5.2.2 建模實(shí)例5.3 使用命令操作對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真5.4 Simulink仿真的應(yīng)用實(shí)例演示5.5 子系統(tǒng)及其封裝技術(shù)5.5.1 子系統(tǒng)的建立5.5.2 模塊封裝方法5.6 S函數(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用5.6.1 用MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)S函數(shù)5.6.2 S函數(shù)的應(yīng)用5.7 實(shí)驗(yàn)六 Simulink仿真應(yīng)用5.7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.7.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容5.7.3 實(shí)驗(yàn)參考程序第6章 控制系統(tǒng)工具箱6.1 線性系統(tǒng)模型6.1.1 連續(xù)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型（tf對(duì)象）6.1.2 連續(xù)系統(tǒng)的零極點(diǎn)增益模型（zpk對(duì)象）6.1.3 連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型（ss對(duì)象）6.1.4 線性離散時(shí)間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6.1.5 模型的轉(zhuǎn)換6.1.6 部分分式展開(kāi)6.1.7 模型的連接6.1.8 模型的屬性6.2 控制系統(tǒng)的時(shí)域分析6.2.1 階躍響應(yīng)和脈沖響應(yīng)6.2.2 控制系統(tǒng)的根軌跡分析方法6.3 控制系統(tǒng)的頻域分析6.3.1 函數(shù)bode6.3.2 函數(shù)nyquist6.3.3 其他常用頻域分析函數(shù)6.4 控制系統(tǒng)仿真實(shí)例分析6.5 實(shí)驗(yàn)七 線性系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)6.5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.5.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6.5.3 實(shí)驗(yàn)參考程序第7章 信號(hào)處理工具箱7.1 信號(hào)及其表示7.1.1 工具箱中的信號(hào)產(chǎn)生函數(shù)7.1.2 離散時(shí)間信號(hào)的表示7.1.3 幾種常用離散時(shí)間信號(hào)的表示7.2 信號(hào)的基本運(yùn)算7.2.1 信號(hào)的相加與相乘7.2.2 序列移位與周期延拓運(yùn)算7.2.3 序列翻轉(zhuǎn)與序列累加運(yùn)算7.2.4 兩序列的卷積運(yùn)算7.2.5 兩序列的相關(guān)運(yùn)算7.2.6 信號(hào)的能量和功率7.3 線性時(shí)不變系統(tǒng)7.3.1 二次分式模型的系統(tǒng)描述及轉(zhuǎn)換函數(shù)7.3.2 線性時(shí)不變系統(tǒng)的響應(yīng)7.4 傅里葉變換7.4.1 傅里葉變換形式7.4.2.MATLAB中的傅里葉變換函數(shù)7.5 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法7.5.1 沖激響應(yīng)不變法7.5.2 雙線性變換法7.5.3 IIR數(shù)字濾波器的頻率變換設(shè)計(jì)法7.6 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)7.6.1 窗函數(shù)設(shè)計(jì)法7.6.2 頻率抽樣法7.6.3 MATLAB的其他相關(guān)函數(shù)7.7 信號(hào)處理的圖形用戶界面工具7.7.1 主窗口7.7.2 SPTool菜單功能介紹7.7.3 信號(hào)瀏覽器7.7.4 濾波器瀏覽器7.7.5 頻譜瀏覽器7.7.6 濾波器設(shè)計(jì)器7.8 實(shí)驗(yàn)八 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)7.8.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.8.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容7.8.3 實(shí)驗(yàn)參考程序第8章 通信工具箱8.1 MATLAB信源編／譯碼方法8.1.1 標(biāo)量量化8.1.2 預(yù)測(cè)量化8.2 差錯(cuò)控制編解碼方法8.3 調(diào)制與解調(diào)8.4 通信系統(tǒng)性能仿真8.4.1 誤碼率分析界面8.4.2 通信模塊集8.5 實(shí)驗(yàn)九 通信系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)8.5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.5.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容8.5.3 實(shí)驗(yàn)參考程序第9章 SimPowerSystems工具箱9.1 simPowerSystems工具箱模塊庫(kù)簡(jiǎn)介9.2 仿真應(yīng)用實(shí)例9.3 實(shí)驗(yàn)十 SimPowerSystems工具箱應(yīng)用9.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第5章 Simulink仿真工具箱MATLAB Simulink工具箱是20世紀(jì)90年代初由MathWorks公司開(kāi)發(fā)的，對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包。其文件類型為.mdl，支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)仿真，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)仿真。Simulink提供了封裝和模塊化工具，提高了仿真的集成化和可視化程度，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，減輕了設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。此外，Simulink能夠用M語(yǔ)言或C語(yǔ)言、FORTRAN語(yǔ)言，根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)即S函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)格式，寫(xiě)成自己定義的功能模塊，擴(kuò)充其功能。5.1 Simulink建模的基本知識(shí)5.1.1 Simulink簡(jiǎn)介在MATLAB工作空間中輸入命令simulink，或者單擊MATLAB命令窗口工具欄中的Simulink圖標(biāo)，便可以打開(kāi)Simulink模塊庫(kù)瀏覽器窗口，如圖5.1所示。該窗口以樹(shù)狀列表的形式列出了各類模塊庫(kù)，單擊所需的模塊，列表窗口的上方會(huì)顯示所選模塊的信息，也可以在模塊庫(kù)瀏覽器窗口中“Findblock”按鈕右邊的輸入欄中直接輸入模塊名并單擊“Findblock”按鈕進(jìn)行查詢。或者在模塊庫(kù)瀏覽器左側(cè)的Simulink欄上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中單擊“Open the Simulink library”命令，打開(kāi)Simulink基本模塊庫(kù)窗口，如圖5.2所示，雙擊某個(gè)模塊庫(kù)的圖標(biāo)即可打開(kāi)該模塊庫(kù)窗口。兩種窗口的調(diào)用各有特色，用戶熟悉和喜歡哪種調(diào)用方式就可以用哪種方法。

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