本书以当前流行MATLAB R2021a为平台，比较系统地介绍MATLAB环境、MATLAB数值计算、MATLAB符号计算、MATLAB计算的可视化和GUI设计、MATLAB程序设计、线性控制系统分析与设计、Simulink仿真环境等。本书内容主要分为实用教程、习题、实训、附录和网络文档等，各部分深入浅出，相互配合，层次清晰。实用教程部分先讲解基础知识，后开展实例操作；习题部分系统练习基本内容；实训部分先引导操作，后展开思考练习；附录部分包括程序的调试、Publish发布、曲线拟合与插值，网络文档包括习题参考答案、模拟测试题、模拟测试题参考答案、低级文件输入输出和例题索引。本书提供教学PPT文件、【例x.x】对应M文件和网络文档，需要者可从华信教育资源网免费下载。

郑阿奇，副教授，曾任教于南京师范大学。先后主编出版计算机教材和图书超过100本，受到市场广泛好评。出版的教材曾获得高等教育国家“十一五”规划教材、高等职业教育“十二五”国家规划教材、高等职业教育“十三五”国家规划教材、江苏省高等职业教育“十四五”规划教材、江苏省教学成果二等奖、高等职业教育优秀教材一等奖等荣誉。

第1部分 实用教程

第1章 MATLAB环境 1
1.1 MATLAB简介 1
1.1.1 MATLAB的工具箱 1
1.1.2 MATLAB的特点 2
1.1.3 MATLAB的用户文件 3
1.2 MATLAB的集成开发环境 4
1.2.1 面板与工具栏 4
1.2.2 命令行窗口 7
1.2.3 工作区窗口 10
1.2.4 命令历史记录窗口 12
1.2.5 变量编辑器窗口 13
1.2.6 M文件编辑/调试器窗口 14
1.2.7 当前文件夹窗口 15
1.2.8 设置搜索路径 16
1.3 一个简单的实例 18
1.4 帮助系统 20
1.4.1 通过帮助窗口查看文档 20
1.4.2 通过命令实现帮助 22
1.4.3 通过Web查找帮助信息 23
第2章 MATLAB数值计算 24
2.1 变量和数据 24
2.1.1 数据类型 24
2.1.2 常数 25
2.1.3 变量 26
2.2 矩阵和数组 27
2.2.1 矩阵输入 27
2.2.2 矩阵元素 30
2.2.3 字符串 34
2.2.4 矩阵和数组运算 37
2.2.5 多维数组 46
2.3 日期和时间 48
2.3.1 日期和时间的表示格式 49
2.3.2 日期和时间函数 49
2.4 稀疏矩阵 50
2.4.1 稀疏矩阵的建立 50
2.4.2 稀疏矩阵的存储空间 52
2.4.3 稀疏矩阵的运算 53
2.5 多项式 53
2.5.1 多项式的求值、求根和部分
分式展开 53
2.5.2 多项式的乘法、除法、微分
和积分 55
2.5.3 多项式拟合和插值 56
2.6 元胞数组和结构数组 59
2.6.1 元胞数组 59
2.6.2 结构数组 61
2.7 表格型和分类型 64
2.7.1 表格型 64
2.7.2 分类型 65
2.8 数据分析 66
2.8.1 数据统计和相关分析 66
2.8.2 差分和积分 67
2.8.3 卷积和快速傅里叶变换 69
2.8.4 向量函数 71
第3章 MATLAB符号计算 72
3.1 符号表达式的建立 72
3.1.1 创建符号常量 72
3.1.2 创建符号变量和符号表达式 73
3.1.3 符号矩阵 74
3.2 符号表达式的代数运算 76
3.2.1 符号表达式的运算符和函数 76
3.2.2 符号数值任意精度控制和
运算 77
3.2.3 符号对象与数值对象的转换 78
3.3 符号表达式的操作和转换 79
3.3.1 符号表达式中自由变量的
确定 79
3.3.2 符号表达式的化简 80
3.3.3 符号表达式的替换 81
3.3.4 求反函数和复合函数 82
3.3.5 符号表达式的转换 83
3.4 符号极限、微分、积分和级数 84
3.4.1 符号极限 84
3.4.2 符号微分 85
3.4.3 符号积分 86
3.4.4 符号级数 87
3.5 符号积分变换 88
3.5.1 傅里叶变换及其反变换 89
3.5.2 拉普拉斯变换及其反变换 89
3.5.3 Z变换及其反变换 91
3.6 符号方程的求解 92
3.6.1 代数方程 92
3.6.2 符号常微分方程 93
3.7 符号函数的可视化 93
3.7.1 符号函数的绘图命令 93
3.7.2 图形化的符号函数计算器 95
第4章 MATLAB计算的可视化和GUI设计 97
4.1 二维曲线的绘制 97
4.1.1 基本绘图函数 97
4.1.2 绘制曲线的一般步骤 101
4.1.3 多个图形的绘制方法 102
4.1.4 曲线的线形、颜色和数据
点形 104
4.1.5 设置坐标轴和文字标注 105
4.1.6 交互式图形函数 109
4.2 图形对象 110
4.2.1 句柄图形体系 110
4.2.2 图形对象的操作 110
4.3 MATLAB的特殊图形绘制 116
4.3.1 条形图 116
4.3.2 面积图和实心图 117
4.3.3 直方图 118
4.3.4 饼图 119
4.3.5 离散数据图 120
4.3.6 对数坐标和极坐标图 120
4.3.7 等高线图 121
4.3.8 复向量图 122
4.4 MATLAB的三维图形绘制 123
4.4.1 绘制三维线图函数 123
4.4.2 绘制三维网线图和曲面图 123
4.4.3 立体图形与图轴的控制 126
4.4.4 色彩的控制 127
4.5 图形绘制工具 130
4.5.1 图窗 130
4.5.2 图形文件转储 131
4.6 对话框 132
4.7 用户图形界面设计 134
4.7.1 可视化的界面环境 135
4.7.2 菜单 135
4.7.3 控件 137
4.7.4 对象对齐工具、属性检查器和
对象浏览器 139
4.7.5 回调函数 140
第5章 MATLAB程序设计 141
5.1 程序流程控制 141
5.1.1 for…end循环结构 141
5.1.2 while…end循环结构 142
5.1.3 if…else…end条件转移结构 142
5.1.4 switch…case开关结构 143
5.1.5 try…catch…end试探结构 144
5.1.6 流程控制语句 145
5.1.7 循环结构与动画 146
5.2 M文件 150
5.2.1 M文件编辑器 150
5.2.2 M脚本文件 150
5.2.3 M函数文件 152
5.3 函数调用和参数传递 154
5.3.1 子函数和私有函数 154
5.3.2 局部变量和全局变量 155
5.3.3 嵌套函数 156
5.3.4 函数的参数 156
5.3.5 程序举例 160
5.4 利用函数句柄执行函数 163
5.4.1 函数句柄的创建及优点 163
5.4.2 用feval命令执行函数 164
5.5 利用泛函命令进行数值分析 164
5.5.1 求极小值 165
5.5.2 求过零点 166
5.5.3 数值积分 167
5.5.4 微分方程的数值解 167
5.6 内联函数 169
5.7 M文件性能的优化和加速 170
5.7.1 M文件性能优化 170
5.7.2 P码文件 171
第6章 线性控制系统分析与设计 172
6.1 线性系统的描述 172
6.1.1 状态空间描述法 172
6.1.2 传递函数描述法 173
6.1.3 零极点描述法 174
6.1.4 离散系统的数学描述 175
6.2 线性系统模型之间的转换 177
6.2.1 连续系统模型之间的转换 177
6.2.2 连续系统与离散系统之间的
转换 179
6.2.3 模型对象的属性 181
6.3 结构框图的模型表示 183
6.4 线性系统的时域分析 186
6.4.1 零输入响应分析 187
6.4.2 脉冲响应分析 188
6.4.3 阶跃响应分析 189
6.4.4 任意输入的响应 190
6.4.5 系统的结构参数 192
6.5 线性系统的频域分析 195
6.5.1 频域特性 195
6.5.2 连续系统频域特性 195
6.5.3 幅值裕度和相角裕度 199
6.5.4 闭环频域特性的性能指标 200
6.6 频域特性校正 201
6.6.1 超前校正 201
6.6.2 滞后校正 202
6.7 线性系统的根轨迹分析 204
6.7.1 绘制根轨迹 204
6.7.2 根轨迹的其他工具 205
6.8 线性系统的图形工具界面 208
6.8.1 LTI Viewer界面 208
6.8.2 SISO设计工具sisotool 210
6.8.3 PID Tuner 212
第7章 Simulink仿真环境 214
7.1 演示一个Simulink的简单程序 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 模型创建 219
7.3.1 模块操作 219
7.3.2 信号线操作 219
7.4 Simulink基本模块 220
7.5 复杂系统仿真与分析 225
7.5.1 仿真设置 225
7.5.2 系统仿真举例 228
7.5.3 仿真结构参数化 235
7.6 子系统与封装 236
7.6.1 建立子系统 236
7.6.2 条件执行子系统 238
7.6.3 子系统的封装 240
7.7 用MATLAB函数创建和运行Simulink
模型 244
7.8 S函数 245
7.8.1 S函数简介 246
7.8.2 S函数的编写 247
7.8.3 S函数模块的使用 248

第2部分 习题及参考答案

第1章 MATLAB环境 251
第2章 MATLAB数值计算 251
第3章 MATLAB符号计算 253
第4章 MATLAB计算的可视化和GUI
设计 254
第5章 MATLAB程序设计 256
第6章 线性控制系统分析与设计 257
第7章 Simulink仿真环境 258


第3部分 实训

实训1 MATLAB环境 260
实训2 MATLAB数值计算 270
实训3 MATLAB符号计算 278
实训4 MATLAB计算的可视化和GUI设计 284
实训5 MATLAB程序设计 292
实训6 线性控制系统分析与设计 299
实训7 Simulink仿真环境 308

第4部分 附录

附录A 程序的调试 317
A.1 错误类型 317
A.2 程序调试器 317
附录B Publish发布 321
附录C 教学视频目录（基于R2015b） 324
附录D 网络文档索引 327
D.1 模拟测试题 327
D.2 模拟测试题参考答案 327
D.3 例题索引 327
D.4 曲线拟合与插值 327
D.5 低级文件输入/输出 327