MATLAB在电类专业课程中的应用-教程及实训(本科教材)

目录

前言

第1篇教程1

第1章MATLAB开发环境及编程1

1.1MATLAB概述1

1.1.1MATLAB集成开发环境2

1.1.2MATLAB的各个窗口3

1.2MATLAB基本运算9

1.2.1MATLAB的数据类型9

1.2.2MATLAB的数据11

1.2.3MATLAB的数值运算17

1.2.4符号运算21

1.3MATLAB的绘图22

1.3.1二维绘图23

1.3.2特殊绘图25

1.3.3三维绘图28

1.4MATLAB程序设计30

1.4.1流程控制语句30

1.4.2分支结构31

1.4.3循环结构33

1.4.4错误结构35

1.5MATLAB的文件36

1.5.1MATLAB的文件类型36

1.5.2M脚本文件（Script）37

1.5.3M函数文件37

1.5.4设置搜索路径40

1.6Simulink仿真工具41

1.6.1Simulink模型库介绍41

1.6.2Simulink模型的建立42

1.6.3Simulink子系统45

习题46

第2章MATLAB在数学运算中的应用48

2.1MATLAB在高等数学中的应用48

2.1.1微分和积分48

2.1.2极限50

2.1.3级数51

2.1.4解方程和微分方程53

2.1.5函数57

2.2MATLAB在线性代数中的应用60

2.2.1行列式60

2.2.2正交性63

2.2.3向量空间65

2.3MATLAB在积分变换中的应用66

2.3.1Fourier变换66

2.3.2Laplace变换67

2.3.3Z变换68

2.4MATLAB在复变函数中的应用69

2.4.1复数69

2.4.2复变函数70

2.4.3留数71

2.5多项式运算72

2.5.1多项式的算术运算73

2.5.2多项式的拟合与插值75

习题79

第3章MATLAB在电路原理中的应用81

3.1线性电路分析81

3.1.1网孔法81

3.1.2节点法83

3.1.3戴维南定理85

3.2动态电路分析87

3.2.1通过解微分方程求响应87

3.2.2使用拉普拉斯逆变换求系统响应88

3.3正弦稳态电路90

3.3.1绘制相量图91

3.3.2计算电路动态响应91

3.4Simulink的电路仿真94

3.4.1电路仿真的主要模块94

3.4.2网孔电流法电路95

3.4.3带受控源电路96

3.4.4动态电路99

3.4.5正弦稳态电路99

3.5二端口电路101

习题105

第4章MATLAB在电机与拖动中的应用108

4.1变压器108

4.1.1变压器负载运行108

4.1.2变压器模型仿真110

4.2直流电动机的运行112

4.2.1直流电动机的机械特性112

4.2.2直流电动机的串电阻起动114

4.2.3直流电动机的反接制动117

4.2.4直流电动机改变电枢电压调速119

4.3异步电动机的运行121

4.3.1异步电动机的机械特性121

4.3.2异步电动机转子串电阻起动122

4.3.3异步电动机能耗制动125

4.3.4异步电动机变频调速126

习题129

第5章MATLAB在电力电子技术中的应用130

5.1电力电子元器件130

5.1.1常用电力电子元件模型130

5.1.2常用电力电子元件特性测试132

5.2单相整流和逆变电路133

5.2.1单相半波整流电路133

5.2.2单相桥式全控整流和逆变电路135

5.3三相整流和逆变电路139

5.3.1三相半波整流电路139

5.3.2三相桥式全控整流及有源逆变电路142

5.4直流斩波电路145

5.4.1升压斩波电路（BoostChopper）146

5.4.2升降压斩波电路（Boost-BuckChopper）147

5.5交流-交流变换电路150

5.5.1调压电路150

5.5.2调功电路153

5.6PWM整流逆变电路155

5.6.1调制法生成SPWM波形155

5.6.2电压型单相全桥SPWM逆变158

5.6.3三相SPWM逆变电路160

习题162

第6章MATLAB在自动控制原理中的应用163

6.1控制系统的数学模型163

6.1.1创建系统的模型163

6.1.2系统的模型参数168

6.1.3系统模型的连接和简化169

6.2时域分析的MATLAB实现173

6.2.1使用拉普拉斯变换和逆变换计算时域响应173

6.2.2线性系统的时域分析174

6.2.3线性系统的结构参数与时域性能指标176

6.3频域分析的MATLAB实现179

6.3.1线性系统的频域分析179

6.3.2频域分析性能指标181

6.4根轨迹分析的MATLAB实现183

6.4.1线性系统的根轨迹分析183

6.4.2根轨迹设计工具185

6.5稳定性分析和稳态误差186

6.5.1根据闭环特征方程判定系统稳定性186

6.5.2用频率特性法判定系统稳定性186

6.5.3用根轨迹法判定系统稳定性188

6.5.4稳态误差分析189

6.6线性定常系统分析与设计的图形工具189

6.6.1线性定常系统仿真图形工具LTIViewer189

6.6.2SISO设计工具sisotool190

6.7使用Simulink仿真自动控制系统193

习题195

第7章MATLAB在电力拖动自动控制系统中的应用197

7.1单闭环调速系统197

7.1.1单闭环有静差调速系统197

7.1.2单闭环无静差调速系统201

7.2双闭环直流调速系统204

7.3PWM可逆直流调速系统209

7.3.1可逆PWM变换器209

7.3.2单闭环PWM可逆直流调速系统211

7.3.3双闭环PWM可逆直流调速系统212

7.4交流调压系统216

7.4.1交流调压调速系统原理216

7.4.2交流调压调速仿真模型217

7.5变频调速系统220

7.6异步电动机的交流变频调速系统222

7.6.1转速恒压频比交流变频调速系统的原理222

7.6.2转速恒压频比交流变频调速系统的仿真模型224

7.7绕线转子异步电动机串级调速系统227

7.7.1串级调速系统的工作原理228

7.7.2绕线转子异步电动机串级调速系统仿真229

习题231

第8章MATLAB在信号与系统中的应用233

8.1信号233

8.1.1各种信号的MATLAB实现233

8.1.2信号的基本运算236

8.2线性系统的时域分析238

8.2.1线性时不变系统的零输入响应238

8.2.2线性时不变系统的全响应240

8.2.3线性时不变系统的冲激响应242

8.2.4用卷积计算线性时不变系统的时域响应243

8.3傅里叶分析245

8.3.1信号的合成245

8.3.2信号的傅里叶变换247

8.3.3周期信号的傅里叶级数248

8.4离散系统的响应251

习题254

第2篇实训256

实训1MATLAB开发环境及编程256

实验1.1MATLAB集成开发环境256

实验1.2MATLAB算术运算和绘图259

实验1.3符号运算和文件263

实验1.4Simulink仿真模型264

实训2MATLAB在数学运算中的应用268

实验2.1微积分、极限和级数运算268

实验2.2解方程和微分方程271

实验2.3解线性代数问题273

实验2.4复变函数和积分变换275

实验2.5多项式的拟合与插值276

实训3MATLAB在电路原理中的应用279

实验3.1线性电路的分析279

实验3.2动态电路283

实验3.3二端口网络电路286

实训4MATLAB在电机与拖动中的应用289

实验4.1电动机的参数计算289

实验4.2直流电动机的起动和制动模型292

实验4.3三相异步电动机正反转控制297

实训5MATLAB在电力电子技术中的应用299

实验5.1IGBT的测试299

实验5.2单相桥式半控整流电路302

实验5.3三相半波电路305

实训6MATLAB在自动控制原理中的应用309

实验6.1创建控制系统的数学模型309

实验6.2简化系统的数学模型312

实验6.3控制系统性能分析314

实验6.4使用线性系统的图形工具分析318

实训7MATLAB在电力拖动自动控制系统中的应用322

实验7.1单闭环电压负反馈调速系统322

实验7.2双闭环直流调速系统326

实验7.3转速开环恒压频比的交流调速系统仿真330

实训8MATLAB在信号与系统中的应用334

实验8.1信号的运算334

实验8.2线性系统的时域分析335

实验8.3傅里叶分析339

实验8.4离散系统的响应342

习题答案344

第1章MATLAB开发环境及编程344

第2章MATLAB在数学运算中的应用346

第3章MATLAB在电路原理中的应用347

第4章MATLAB在电机与拖动中的应用350

第5章MATLAB在电力电子技术中的应用353

第6章MATLAB在自动控制原理中的应用356

第7章MATLAB在电力拖动自动控制系统中的应用358

第8章MATLAB在信号与系统中的应用362

参考文献366