MATLAB仿真建模实用教程

第1章MATLAB入门/1

1.1MATLAB简介1

1.1.1MATLAB的由来1

1.1.2MATLAB的发展1

1.1.3MATLAB的特点2

1.1.4MATLAB的组成6

1.1.5Simulink简介7

1.2MATLAB R2021a的开发环境9

1.2.1开发环境概述9

1.2.2命令行窗口10

1.2.3工作区12

1.2.4命令历史记录12

1.2.5工作目录13

1.2.6编辑器13

1.2.7搜索路径14

1.3MATLAB R2021a的帮助15

1.3.1利用命令行窗口获得帮助16

1.3.2利用帮助浏览器获得帮助17

第2章MATLAB的数据与数据类型/19

2.1数据的基本概念19

2.1.1标量与向量19

2.1.2数组与矩阵19

2.1.3实数与复数19

2.1.4常量与变量20

2.1.5变量的命名规则20

2.2数据的类型21

2.2.1使用数据时的注意事项21

2.2.2数值型24

2.2.3字符型28

2.2.4逻辑型34MATLAB仿真建模实用教程目录2.2.5结构体型36

2.2.6元胞型37

2.3数据类型的转换39

2.3.1数值型数据之间的类型转换39

2.3.2非负整数的进制转换39

2.3.3数值型与字符型数据的转换40

2.3.4元胞型与其他数据类型的转换40

第3章数组、矩阵及其运算/42

3.1数组的创建42

3.1.1数组的创建方法42

3.1.2特殊数组的创建43

3.1.3数组的大小45

3.1.4数组的访问45

3.1.5数组的组合、扩充与收缩、拆分、重组和缩放46

3.2数组的运算50

3.2.1关系运算50

3.2.2逻辑运算51

3.2.3四则运算52

3.2.4集合运算52

3.3矩阵的运算53

3.3.1加减运算54

3.3.2乘法运算54

3.3.3除法运算57

3.3.4乘方运算58

3.4矩阵的求值运算59

3.4.1计算矩阵的行列式值59

3.4.2计算矩阵的逆与伪逆59

3.4.3计算矩阵的秩60

3.4.4计算矩阵的迹60

3.4.5计算向量和矩阵的范数60

3.4.6计算矩阵的条件数62

3.4.7计算矩阵的*大无关组62

3.4.8计算矩阵的特征值与特征向量63

3.4.9计算矩阵的正交基64

3.5矩阵的特殊运算64

3.5.1矩阵的转置64

3.5.2矩阵的旋转64

3.5.3抽取对角线元素65

3.5.4抽取上、下三角阵66

3.6特殊矩阵66

3.6.1希尔伯特矩阵66

3.6.2范德蒙德矩阵67

3.6.3特普利茨矩阵67

3.6.4伴随矩阵68

3.6.5帕斯卡矩阵69

3.6.6稀疏矩阵69

3.7矩阵的分解71

3.7.1三角分解71

3.7.2奇异值分解72

3.7.3正交分解73

3.7.4Cholesky分解74

3.7.5Schur分解75

3.7.6特征值分解75

3.8数组和矩阵运算示例76

第4章MATLAB的程序设计/79

4.1程序控制结构79

4.1.1顺序结构80

4.1.2选择结构81

4.1.3循环结构85

4.2程序的流程控制87

4.2.1continue命令88

4.2.2break命令88

4.2.3return命令89

4.3trycatch结构89

4.4M文件90

4.4.1M文件的命名规则90

4.4.2脚本文件90

4.4.3函数文件91

4.5函数类型91

4.5.1主函数92

4.5.2子函数92

4.5.3嵌套函数93

4.5.4私有函数96

4.5.5重载函数98

4.5.6匿名函数98

4.5.7利用全局变量传递参数99

4.6程序的优化99

4.6.1用数组运算取代循环100

4.6.2调用MATLAB函数100

4.6.3使用循环时的注意事项101

4.7实例分析102

第5章MATLAB的数值计算/108

5.1多项式的计算108

5.1.1生成多项式108

5.1.2多项式的加减乘除109

5.1.3多项式的求导109

5.1.4多项式的求值110

5.1.5多项式的求根110

5.2插值计算111

5.2.1一维数据的插值111

5.2.2二维数据的插值113

5.2.3一般分布的二维数据插值115

5.3曲线拟合116

5.3.1多项式拟合117

5.3.2*小二乘拟合118

5.4数据分析和统计120

5.4.1基本的数据分析和统计120

5.4.2协方差和相关系数126

5.5概率统计128

5.5.1随机变量的分布与数字特征128

5.5.2参数估计131

5.5.3假设检验132

5.5.4方差分析133

5.6数值积分135

5.6.1一元函数的数值积分135

5.6.2二元函数的数值积分136

5.7数值微分137

5.8方程的解138

5.8.1线性方程组的解138

5.8.2非线性方程的解140

5.8.3非线性方程组的解141

5.8.4无约束*优化问题141

5.8.5有约束*优化问题144

第6章MATLAB的文件操作/145

6.1对Excel数据表的操作145

6.1.1用专用函数对Excel数据表进行操作145

6.1.2用readcell（）和readmatrix（）读取表格149

6.2对图像文件的操作150

6.2.1检查图像文件的相关信息150

6.2.2读取图像文件151

6.2.3保存图像文件152

6.3对音频和视频文件的操作153

6.3.1检查音频和视频文件的相关信息153

6.3.2读取音频和视频文件154

6.3.3保存音频和视频文件155

6.4对ASCII文件的操作155

6.4.1读取ASCII文件155

6.4.2写入ASCII文件159

6.5对MAT文件的操作160

6.5.1读取MAT文件160

6.5.2写入MAT文件161

6.6用低端的I/O函数操作文件162

6.6.1打开和关闭文件162

6.6.2逐行读取文本文件163

6.6.3读取二进制文件164

6.6.4写入二进制文件165

6.6.5控制文件句柄165

6.6.6应用实例： 关键字检索166

第7章MATLAB的绘图/168

7.1基本二维绘图168

7.2多图绘制与图形修饰172

7.2.1多图绘制172

7.2.2图形属性的设置176

7.2.3图形的辅助说明178

7.2.4设置坐标轴网格与坐标框181

7.3特殊二维绘图命令183

7.3.1绘制区域图184

7.3.2绘制条形图185

7.3.3绘制罗盘图187

7.3.4绘制彗星图187

7.3.5绘制等高线图188

7.3.6绘制误差棒图189

7.3.7绘制速度向量图和向量场图189

7.3.8绘制直方图和饼图191

7.3.9绘制填充图和伪彩色图192

7.3.10绘制火柴杆图和阶梯图193

7.3.11绘制极坐标图和对数坐标图194

7.3.12fplot绘图196

7.4三维绘图命令197

7.4.1派生的三维绘图命令197

7.4.2mesh三维网格绘图198

7.4.3surf三维曲面绘图199

7.4.4标准三维曲面命令202

7.5三维绘图的修饰203

7.5.1改变视角203

7.5.2设置光源206

7.5.3设置色图207

第8章图形用户界面的设计与实现/210

8.1图形对象基础211

8.1.1图形对象211

8.1.2图形对象句柄213

8.1.3图形对象属性的获取与设置213

8.2App基础217

8.2.1启动App217

8.2.2布局编辑器218

8.2.3保存并运行App218

8.3设计App1： 曲线绘制及属性修改系统219

8.3.1任务11： 使用菜单编辑器进行App设计219

8.3.2任务12： 在App中共享数据220

8.3.3任务13： 为设计好的App编写回调函数222

8.3.4任务14： 使用文本框、编辑框和按钮实现用户输入参数224

8.3.5任务15： 使用滑块实现用户输入参数226

8.3.6任务16： 在不同的坐标轴上绘图227

8.3.7任务17： App启动时的初始化229

8.3.8任务18： 利用复选框控件实现加网格功能229

8.4设计App2： 学生成绩查询系统230

8.4.1MATLAB预定义的对话框231

8.4.2任务21： 使用uigetfile获取学生成绩表的路径和文件名231

8.4.3任务22： 使用列表框显示学生姓名232

8.4.4任务23： 使用下拉框显示课程名单233

8.4.5任务24： 从列表框中选择要查看的学生姓名234

8.4.6任务25： 在表控件中显示查询结果236

8.5设计App3： 多App窗口应用与数据传参236

8.6打包、共享和安装App240

第9章Simulink概述/242

9.1启动Simulink242

9.2模型窗口介绍243

9.3建立模型243

9.3.1选择模块243

9.3.2模块的操作244

9.3.3信号线的操作246

9.3.4对模型进行注释248

9.3.5模型的缩放248

9.4保存和运行模型249

9.5查看仿真结果249

9.5.1示波器参数的设置249

9.5.2信号的组合249

9.6向量和矩阵252

9.7保存和打开已有模型253

9.8处理大的模型253

9.9常用的仿真参数配置254

9.9.1Solver求解器254

9.9.2Solver选项卡的参数设置256

9.9.3Data Import/Export选项卡的参数设置259

9.9.4Diagnostics选项卡的参数设置260

第10章常用模块库及数据的导入与导出/262

10.1Simulink基本库简介262

10.2Sources信源库与外部数据的导入263

10.2.1Sources信源库介绍263

10.2.2从外部导入数据265

10.2.3从工作区导入模块参数268

10.3Sinks信宿库与仿真数据的导出269

10.3.1Sinks信宿库介绍269

10.3.2Floating Scope悬浮示波器270

10.3.3仿真数据的导出272

10.4UserDefined Functions库274

第11章动态系统的仿真与分析/277

11.1连续系统277

11.1.1连续模块库介绍277

11.1.2Integrator积分器278

11.1.3采用积分器进行连续系统的仿真281

11.1.4采用传递函数进行连续系统的仿真284

11.1.5采用零极点模块进行连续系统的仿真285

11.1.6采用状态方程进行连续系统的仿真286

11.1.7四种连续系统仿真方法的比较287

11.2离散系统287

11.2.1离散模块库介绍287

11.2.2Unit Delay单位延迟模块289

11.2.3采用Unit Delay进行离散系统的仿真289

11.2.4采用传递函数进行离散系统的仿真290

11.2.5采用状态空间进行离散系统的仿真291

11.2.6零阶保持器291

11.2.7多速率的离散系统291

11.3命令行仿真292

11.3.1使用sim命令对系统进行仿真293

11.3.2获取和设置仿真参数296

11.3.3确定模型的状态297

11.3.4寻找模型的平衡点298

11.3.5模型的线性化301

第12章子系统/304

12.1子系统的建立与基本操作304

12.1.1建立子系统304

12.1.2子系统的基本操作307

12.2封装子系统307

12.2.1封装子系统的步骤307

12.2.2使用封装子系统315

12.2.3修改封装子系统316

12.3模块库技术316

12.3.1建立模块库316

12.3.2库模块与引用块的关联318

12.3.3在库浏览器中加入自建模块库319

12.4Simulink自带的子系统模块库321

12.4.1Enabled使能子系统322

12.4.2Trigger触发子系统323

12.4.3触发使能子系统323

12.4.4Switch Case子系统和Switch Case Action Subsystem子系统325

12.4.5If系统和If Action Subsystem子系统327