MATLAB實用教程（第5版）（R2021a版）

第1部分 實用教程

第1章 MATLAB環境 1
1.1 MATLAB簡介 1
1.1.1 MATLAB的工具箱 1
1.1.2 MATLAB的特點 2
1.1.3 MATLAB的用戶文件 3
1.2 MATLAB的集成開發環境 4
1.2.1 面板與工具欄 4
1.2.2 命令行窗口 7
1.2.3 工作區窗口 10
1.2.4 命令歷史記錄窗口 12
1.2.5 變量編輯器窗口 13
1.2.6 M文件編輯/調試器窗口 14
1.2.7 當前文件夾窗口 15
1.2.8 設置搜索路徑 16
1.3 一個簡單的實例 18
1.4 幫助系統 20
1.4.1 通過幫助窗口查看文檔 20
1.4.2 通過命令實現幫助 22
1.4.3 通過Web查找幫助信息 23
第2章 MATLAB數值計算 24
2.1 變量和數據 24
2.1.1 數據類型 24
2.1.2 常數 25
2.1.3 變量 26
2.2 矩陣和數組 27
2.2.1 矩陣輸入 27
2.2.2 矩陣元素 30
2.2.3 字符串 34
2.2.4 矩陣和數組運算 37
2.2.5 多維數組 46
2.3 日期和時間 48
2.3.1 日期和時間的表示格式 49
2.3.2 日期和時間函數 49
2.4 稀疏矩陣 50
2.4.1 稀疏矩陣的建立 50
2.4.2 稀疏矩陣的存儲空間 52
2.4.3 稀疏矩陣的運算 53
2.5 多項式 53
2.5.1 多項式的求值、求根和部分
分式展開 53
2.5.2 多項式的乘法、除法、微分
和積分 55
2.5.3 多項式擬合和插值 56
2.6 元胞數組和結構數組 59
2.6.1 元胞數組 59
2.6.2 結構數組 61
2.7 表格型和分類型 64
2.7.1 表格型 64
2.7.2 分類型 65
2.8 數據分析 66
2.8.1 數據統計和相關分析 66
2.8.2 差分和積分 67
2.8.3 捲積和快速傅里葉變換 69
2.8.4 向量函數 71
第3章 MATLAB符號計算 72
3.1 符號表達式的建立 72
3.1.1 創建符號常量 72
3.1.2 創建符號變量和符號表達式 73
3.1.3 符號矩陣 74
3.2 符號表達式的代數運算 76
3.2.1 符號表達式的運算符和函數 76
3.2.2 符號數值任意精度控制和
運算 77
3.2.3 符號對象與數值對象的轉換 78
3.3 符號表達式的操作和轉換 79
3.3.1 符號表達式中自由變量的
確定 79
3.3.2 符號表達式的化簡 80
3.3.3 符號表達式的替換 81
3.3.4 求反函數和復合函數 82
3.3.5 符號表達式的轉換 83
3.4 符號極限、微分、積分和級數 84
3.4.1 符號極限 84
3.4.2 符號微分 85
3.4.3 符號積分 86
3.4.4 符號級數 87
3.5 符號積分變換 88
3.5.1 傅里葉變換及其反變換 89
3.5.2 拉普拉斯變換及其反變換 89
3.5.3 Z變換及其反變換 91
3.6 符號方程的求解 92
3.6.1 代數方程 92
3.6.2 符號常微分方程 93
3.7 符號函數的可視化 93
3.7.1 符號函數的繪圖命令 93
3.7.2 圖形化的符號函數計算器 95
第4章 MATLAB計算的可視化和GUI設計 97
4.1 二維曲線的繪制 97
4.1.1 基本繪圖函數 97
4.1.2 繪制曲線的一般步驟 101
4.1.3 多個圖形的繪制方法 102
4.1.4 曲線的線形、顏色和數據
點形 104
4.1.5 設置坐標軸和文字標註 105
4.1.6 交互式圖形函數 109
4.2 圖形對象 110
4.2.1 句柄圖形體系 110
4.2.2 圖形對象的操作 110
4.3 MATLAB的特殊圖形繪制 116
4.3.1 條形圖 116
4.3.2 面積圖和實心圖 117
4.3.3 直方圖 118
4.3.4 餅圖 119
4.3.5 離散數據圖 120
4.3.6 對數坐標和極坐標圖 120
4.3.7 等高線圖 121
4.3.8 復向量圖 122
4.4 MATLAB的三維圖形繪制 123
4.4.1 繪制三維線圖函數 123
4.4.2 繪制三維網線圖和曲面圖 123
4.4.3 立體圖形與圖軸的控制 126
4.4.4 色彩的控制 127
4.5 圖形繪制工具 130
4.5.1 圖窗 130
4.5.2 圖形文件轉儲 131
4.6 對話框 132
4.7 用戶圖形界面設計 134
4.7.1 可視化的界面環境 135
4.7.2 菜單 135
4.7.3 控件 137
4.7.4 對象對齊工具、屬性檢查器和
對象瀏覽器 139
4.7.5 回調函數 140
第5章 MATLAB程序設計 141
5.1 程序流程控制 141
5.1.1 for…end循環結構 141
5.1.2 while…end循環結構 142
5.1.3 if…else…end條件轉移結構 142
5.1.4 switch…case開關結構 143
5.1.5 try…catch…end試探結構 144
5.1.6 流程控制語句 145
5.1.7 循環結構與動畫 146
5.2 M文件 150
5.2.1 M文件編輯器 150
5.2.2 M腳本文件 150
5.2.3 M函數文件 152
5.3 函數調用和參數傳遞 154
5.3.1 子函數和私有函數 154
5.3.2 局部變量和全局變量 155
5.3.3 嵌套函數 156
5.3.4 函數的參數 156
5.3.5 程序舉例 160
5.4 利用函數句柄執行函數 163
5.4.1 函數句柄的創建及優點 163
5.4.2 用feval命令執行函數 164
5.5 利用泛函命令進行數值分析 164
5.5.1 求極小值 165
5.5.2 求過零點 166
5.5.3 數值積分 167
5.5.4 微分方程的數值解 167
5.6 內聯函數 169
5.7 M文件性能的優化和加速 170
5.7.1 M文件性能優化 170
5.7.2 P碼文件 171
第6章 線性控制系統分析與設計 172
6.1 線性系統的描述 172
6.1.1 狀態空間描述法 172
6.1.2 傳遞函數描述法 173
6.1.3 零極點描述法 174
6.1.4 離散系統的數學描述 175
6.2 線性系統模型之間的轉換 177
6.2.1 連續系統模型之間的轉換 177
6.2.2 連續系統與離散系統之間的
轉換 179
6.2.3 模型對象的屬性 181
6.3 結構框圖的模型表示 183
6.4 線性系統的時域分析 186
6.4.1 零輸入響應分析 187
6.4.2 脈沖響應分析 188
6.4.3 階躍響應分析 189
6.4.4 任意輸入的響應 190
6.4.5 系統的結構參數 192
6.5 線性系統的頻域分析 195
6.5.1 頻域特性 195
6.5.2 連續系統頻域特性 195
6.5.3 幅值裕度和相角裕度 199
6.5.4 閉環頻域特性的性能指標 200
6.6 頻域特性校正 201
6.6.1 超前校正 201
6.6.2 滯後校正 202
6.7 線性系統的根軌跡分析 204
6.7.1 繪制根軌跡 204
6.7.2 根軌跡的其他工具 205
6.8 線性系統的圖形工具界面 208
6.8.1 LTI Viewer界面 208
6.8.2 SISO設計工具sisotool 210
6.8.3 PID Tuner 212
第7章 Simulink模擬環境 214
7.1 演示一個Simulink的簡單程序 214
7.2 Simulink文件操作和模型窗口 218
7.2.1 Simulink文件操作 218
7.2.2 Simulink模型窗口 218
7.3 模型創建 219
7.3.1 模塊操作 219
7.3.2 信號線操作 219
7.4 Simulink基本模塊 220
7.5 復雜系統模擬與分析 225
7.5.1 模擬設置 225
7.5.2 系統模擬舉例 228
7.5.3 模擬結構參數化 235
7.6 子系統與封裝 236
7.6.1 建立子系統 236
7.6.2 條件執行子系統 238
7.6.3 子系統的封裝 240
7.7 用MATLAB函數創建和運行Simulink
模型 244
7.8 S函數 245
7.8.1 S函數簡介 246
7.8.2 S函數的編寫 247
7.8.3 S函數模塊的使用 248

第2部分 習題及參考答案

第1章 MATLAB環境 251
第2章 MATLAB數值計算 251
第3章 MATLAB符號計算 253
第4章 MATLAB計算的可視化和GUI
設計 254
第5章 MATLAB程序設計 256
第6章 線性控制系統分析與設計 257
第7章 Simulink模擬環境 258

第3部分 實訓

實訓1 MATLAB環境 260
實訓2 MATLAB數值計算 270
實訓3 MATLAB符號計算 278
實訓4 MATLAB計算的可視化和GUI設計 284
實訓5 MATLAB程序設計 292
實訓6 線性控制系統分析與設計 299
實訓7 Simulink模擬環境 308

第4部分 附錄

附錄A 程序的調試 317
A.1 錯誤類型 317
A.2 程序調試器 317
附錄B Publish發布 321
附錄C 教學視頻目錄（基於R2015b） 324
附錄D 網絡文檔索引 327
D.1 模擬測試題 327
D.2 模擬測試題參考答案 327
D.3 例題索引 327
D.4 曲線擬合與插值 327
D.5 低級文件輸入/輸出 327