前　言
第1 篇　MATLAB 教程 1
第1 章　MATLAB 概述 2
　1. 1　MATLAB R2015b 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 R2015b 的开发
环境 4
　　1. 2. 1　MATLAB R2015b 的环境
设置 5
　　1. 2. 2　工具栏 5
　　1. 2. 3　通用窗口 8
　1. 3　MATLAB R2015b 的其他
管理 18
　　1. 3. 1　MATLAB 的文件格式 18
　　1. 3. 2　设置搜索路径 20
　1. 4　一个简单的实例 22
　1. 5　MATLAB 的发布功能 25
　1. 6　MATLAB R2015b 的帮助
系统 28
　　1. 6. 1　使用帮助文档 29
　　1. 6. 2　使用帮助命令 30
　习题 31
第2 章　MATLAB 的基本运算 33
　2. 1　数据类型 33
　　2. 1. 1　常数和变量 34
　　2. 1. 2　整数和浮点数 35
　　2. 1. 3　复数 36
　2. 2　矩阵和数组的算术运算 37
　　2. 2. 1　数组的创建 37
　　2. 2. 2　数组的操作 39
　　2. 2. 3　矩阵和数组函数 43
　　2. 2. 4　矩阵和数组的算术运算 46
　2. 3　字符串 51
　　2. 3. 1　创建字符串 51
　　2. 3. 2　字符串函数 52
　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 56
　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　表格型和分类型 64
　　2. 6. 1　表格型 64
　　2. 6. 2　分类型 65
　2. 7　关系运算和逻辑运算 66
　　2. 7. 1　逻辑变量 66
　　2. 7. 2　关系运算 67
　　2. 7. 3　逻辑运算 67
　　2. 7. 4　运算符优先级 69
　2. 8　数组的信息获取 69
　2. 9 　多项式 71
　　2. 9. 1　多项式求根和求值 71
　　2. 9. 2　多项式的算术运算 72
　　2. 9. 3　多项式的拟合与插值 74
　习题 77
第3 章　数据的可视化 80
　3. 1　二维绘图 80
　　3. 1. 1　绘图的一般步骤 80
　　3. 1. 2　基本绘图函数 81
　　3. 1. 3　多个图形的绘制 85
　　3. 1. 4　设置曲线绘制方式、坐标轴
和图形注释 87
　3. 2　特殊图形和坐标的绘制 93
　　3. 2. 1　特殊图形绘制 93
　　3. 2. 2　特殊坐标轴图形绘制 99
　目　　录Ⅴ　　
　3. 3　MATLAB 的图形窗口 100
　　3. 3. 1　图形窗口界面 100
　　3. 3. 2　图形的打印和输出 103
　3. 4　基本三维绘图命令 105
　　3. 4. 1　三维曲线图 105
　　3. 4. 2　三维曲面图 105
　　3. 4. 3　设置视角和色彩 107
　习题 109
第4 章　符号运算 111
　4. 1　符号对象的创建和使用 111
　　4. 1. 1　创建符号对象 112
　　4. 1. 2　符号常量和符号变量 113
　　4. 1. 3　符号表达式 114
　　4. 1. 4　符号矩阵 114
　4. 2　符号对象的运算 115
　　4. 2. 1　符号对象的基本运算 115
　　4. 2. 2　任意精度的算术运算 116
　4. 3　符号表达式的变换 118
　　4. 3. 1　符号表达式中的自由符号
变量 118
　　4. 3. 2　符号表达式的化简 119
　　4. 3. 3　符号表达式的替换 120
　　4. 3. 4　计算反函数和复合函数 121
　　4. 3. 5　多项式符号表达式 122
　4. 4　符号微积分、极限和级数 123
　　4. 4. 1　符号表达式的微积分 123
　　4. 4. 2　符号表达式的极限 125
　　4. 4. 3　符号表达式的级数 126
　4. 5　符号积分变换 127
　　4. 5. 1　Fourier 变换 127
　　4. 5. 2　Laplace 变换 128
　　4. 5. 3　Z 变换 129
　4. 6　符号方程的求解 130
　　4. 6. 1　代数方程的求解 130
　　4. 6. 2　微分方程的求解 131
　4. 7　符号函数的可视化 132
　　4. 7. 1　符号函数计算器 132
　　4. 7. 2　泰勒级数计算器 132
　4. 8　综合举例 133
　4. 9　MuPAD Notebook 134
　　4. 9. 1　MuPAD Notebook 窗口 134
　　4. 9. 2　MuPAD 函数的使用 136
　习题 137
第5 章　程序设计和M 文件 139
　5. 1　程序控制 139
　　5. 1. 1　分支控制语句 139
　　5. 1. 2　循环控制语句 141
　　5. 1. 3　错误控制语句 144
　　5. 1. 4　流程控制命令 145
　5. 2　M 文件结构 147
　　5. 2. 1　M 文件的一般结构 147
　　5. 2. 2　M 文件编辑/ 调试器
窗口 148
　　5. 2. 3　M 脚本文件和M 函数
文件 149
　5. 3　函数的使用 151
　　5. 3. 1　主函数和子函数 151
　　5. 3. 2　函数的输入/输出参数 153
　　5. 3. 3　局部变量、全局变量和
静态变量 155
　　5. 3. 4　函数的工作过程和P 码
文件 156
　5. 4　函数句柄和inline 对象 158
　　5. 4. 1　函数句柄 158
　　5. 4. 2　inline 对象 160
　5. 5　函数绘图 161
　　5. 5. 1　fplot 命令 161
　　5. 5. 2　函数绘图命令 161
　5. 6　数值分析 163
　　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
Ⅵ　MATLAB 教程及实训　第3 版
　　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. 5. 4　以变形方式创建动画 200
　6. 6　综合应用举例 202
　习题 204
第7 章　Simulink 仿真应用 207
　7. 1　Simulink 的概述 207
　7. 2　Simulink 的工作环境 208
　　7. 2. 1　一个简单的Simulink
实例 209
　　7. 2. 2　Simulink 的模型窗口 210
　　7. 2. 3　Simulink 的工作原理 210
　7. 3　建立模型 211
　　7. 3. 1　创建模型 211
　　7. 3. 2　仿真参数的设置 212
　　7. 3. 3　常用模块的设置 214
　　7. 3. 4　仿真结构参数化 220
　　7. 3. 5　使用命令运行
Simulink 模型 220
　7. 4　Simulink 的应用实例 221
　　7. 4. 1　Simulink 在电路原理中的
应用实例 221
　　7. 4. 2　Simulink 在数字电路中的
应用实例 223
　　7. 4. 3　Simulink 在电机拖动中的
应用实例 224
　7. 5　子系统与封装 226
　　7. 5. 1　创建子系统 226
　　7. 5. 2　封装子系统 228
　　7. 5. 3　定义自己的模块库 230
　7. 6　S 函数的设计与应用 230
　　7. 6. 1　S 函数简介 230
　　7. 6. 2　S 函数的工作原理 231
　　7. 6. 3　M 文件S 函数的模板
格式 232
　　7. 6. 4　创建S 函数 234
　7. 7　综合实例介绍 237
　习题 238
第8 章　线性控制系统的分析 239
　8. 1　控制系统的数学模型 239
　　8. 1. 1　创建系统的模型并相互
转换 239
　　8. 1. 2　系统的模型参数 244
　　8. 1. 3　系统模型的连接和简化 247
　　8. 1. 4　将Simulink 模型结构图
转化为系统模型 251
　8. 2　时域分析的MATLAB 实现 252
　　8. 2. 1　使用拉普拉斯变换和逆
变换计算时域响应 252
　　8. 2. 2　线性系统的时域分析 252
　　8. 2. 3　线性系统的结构参数与时域
性能指标 255
　8. 3　频域分析的MATLAB 实现 258
　　8. 3. 1　线性系统的频域分析 258
　　8. 3. 2　频域分析性能指标 260
　8. 4　根轨迹分析的MATLAB
　目　　录Ⅶ　　
实现 262
　　8. 4. 1　线性系统的根轨迹分析 262
　　8. 4. 2　根轨迹设计工具 263
　8. 5　稳定性分析的MATLAB
实现 264
　　8. 5. 1　根据闭环特征方程判定系统
稳定性 264
　　8. 5. 2　用频率特性法判定系统
稳定性 265
　　8. 5. 3　用根轨迹法判定系统
稳定性 266
　8. 6　稳态误差分析的MATLAB
实现 267
　8. 7　状态分析的MATLAB 实现 267
　　8. 7. 1　状态空间的线性变换 268
　　8. 7. 2　状态转移矩阵 270
　　8. 7. 3　线性系统的能控性和能
观性 271
　　8. 7. 4　状态反馈极点配置 272
　8. 8　线性定常系统分析与设计的
图形工具 273
　　8. 8. 1　线性定常系统仿真图形
工具LTI Viewer 273
　　8. 8. 2　SISO 设计工具sisotool 275
　　8. 8. 3　PID Tuner 276
　8. 9　综合实例介绍 278
　习题 279
第2 篇　MATLAB 实训 281
第1 章　MATLAB R2015b 概述
实训 282
　1. 1　实验1　熟悉MATLAB R2015b
的开发环境 282
　1. 2　实验2　发布程序文件 288
　1. 3　实验3　使用MATLAB 的
帮助 291
　1. 4　自我练习 293
第2 章　MATLAB 基本运算实训 294
　2. 1　实验1　向量的运算 294
　2. 2　实验2　矩阵和数组的运算 295
　2. 3　实验3　字符串和日期型数组
的操作 298
　2. 4　实验4　多项式的运算 299
　2. 5　实验5　元胞数组和结构体 301
　2. 6　自我练习 303
第3 章　数据的可视化实训 304
　3. 1　实验1　绘制二维曲线并标注
文字 304
　3. 2　实验2　在同一窗口中绘制多条
曲线 307
　3. 3　实验3　绘制特殊图形 308
　3. 4　实验4　绘制三维图形 309
　3. 5　自我练习 311
第4 章　符号运算实训 312
　4. 1　实验1　符号表达式的创建和算术
运算 312
　4. 2　实验2　符号表达式的运算 314
　4. 3　实验3　符号表达式的微积分和
积分变换 316
　4. 4　实验4　符号方程的求解 317
　4. 5　自我练习 319
第5 章　程序设计和M 文件实训 320
　5. 1　实验1　使用函数调用并调试
程序 320
　5. 2　实验2　使用M 脚本和M 函数
文件 323
　5. 3　实验3　使用函数句柄进行数值
分析 325
　5. 4　自我练习 326
第6 章　MATLAB 高级图形设计
实训 327
　6. 1　实验1　创建多控件的用户
界面 327
　6. 2　实验2　创建多媒体用户
界面 333
　6. 3　自我练习 336
第7 章　Simulink 仿真环境实训 337
　7. 1　实验1　连续系统模型的分析
Ⅷ　MATLAB 教程及实训　第3 版
和校正 337
　7. 2　实验2　创建电路Simulink
模型 342
　7. 3　自我练习 344
第8 章　线性控制系统的分析实训 345
　8. 1　实验1　创建控制系统的
数学模型 345
　8. 2　实验2　简化连接系统的
数学模型 348
　8. 3　实验3　对控制系统性能进行
分析 350
　8. 4　实验4　使用线性系统的图形
工具分析 354
　8. 5　自我练习 357
附录 358
　附录A　程序的调试 358
　　A. 1　直接检测 358
　　A. 2　出错提示 359
　　A. 3　使用M 文件调试器窗口
调试 359
　附录B　M 文件剖析 363
　　B. 1　代码分析 364
　　B. 2　Profiler 分析工具 364
　　B. 3　M 文件性能优化 365
例题索引 367
参考文献 370