MATLAB/Simulink权威指南 开发环境、程序设计、系统仿真与案例实战PDF电子书下载

第一部分 MATLAB基础篇 3

第1章 MATLAB语言概述 3

1.1 MATLAB语言的发展 3

1.2 MATLAB语言的特点 4

1.3 MATLAB语言的环境 5

1.3.1 MATLAB语言的安装 5

1.3.2 MATLAB语言的界面简介 10

1.4 MATLAB帮助系统 15

1.4.1 help查询帮助函数 15

1.4.2 lookfor查询帮助函数 15

1.4.3 联机帮助系统 16

1.5 MATLAB数据类型 17

1.5.1 常量和变量 17

1.5.2 整数和浮点数 19

1.5.3 复数 20

1.6 MATLAB运算符 21

1.6.1 算术运算符 21

1.6.2 关系运算符 23

1.6.3 逻辑运算符 24

1.6.4 优先级 25

1.7 应用实例 25

1.8 综合实例 28

1.9 本章小结 29

第2章 MATLAB矩阵及其运算 30

2.1 矩阵的创建 30

2.1.1 直接输入矩阵 30

2.1.2 冒号生成矩阵 31

2.1.3 利用函数生成矩阵 31

2.1.4 利用文本文件生成矩阵 33

2.1.5 利用M文件生成矩阵 33

2.1.6 特殊矩阵的生成 34

2.2 矩阵的修改 39

2.2.1 矩阵部分替换 39

2.2.2 矩阵部分删除 39

2.2.3 矩阵部分扩展 40

2.2.4 矩阵结构变换 42

2.3 矩阵的基本运算 44

2.3.1 矩阵的加减运算 44

2.3.2 矩阵的乘法运算 45

2.3.3 矩阵的除法运算 45

2.3.4 矩阵的乘方运算 45

2.3.5 矩阵的点运算 46

2.4 矩阵分析 47

2.4.1 方阵的行列式 47

2.4.2 矩阵的秩和迹 48

2.4.3 矩阵的逆和伪逆 48

2.4.4 矩阵的特征值和特征向量 50

2.4.5 矩阵的分解 51

2.4.6 矩阵的信息获取函数 56

2.5 字符串 57

2.5.1 字符串的创建 57

2.5.2 字符串的操作 60

2.5.3 字符串转换 63

2.6 多维数组 64

2.6.1 多维数组的创建 64

2.6.2 多维数组的操作 67

2.7 结构数组和元胞数组 69

2.7.1 结构数组 69

2.7.2 元胞数组 72

2.8 矩阵及其运算应用实例 75

2.9 矩阵及其运算综合实例 85

2.9.1 矩阵在图像处理中的应用 85

2.9.2 线性方程组的求解 86

2.9.3 多维数组在彩色图像中的应用 88

2.10 本章小结 89

第3章 MATLAB程序结构和M文件 90

3.1 程序结构 90

3.1.1 顺序结构 90

3.1.2 选择结构 92

3.1.3 循环结构 99

3.1.4 程序控制命令 104

3.2 M文件 106

3.2.1 M文件的分类和特点 106

3.2.2 M文件的创建和打开 107

3.3 M函数文件 108

3.3.1 M函数文件的格式 108

3.3.2 M函数文件的调用 109

3.3.3 主函数和子函数 110

3.3.4 函数的参数 114

3.3.5 函数的变量 116

3.4 程序调试 117

3.4.1 命令窗口调试 117

3.4.2 MATLAB菜单调试 118

3.4.3 MATLAB调试函数 119

3.5 程序结构和M文件应用实例 119

3.6 程序结构和M文件综合实例 125

3.7 本章小结 128

第4章 MATLAB数值计算 129

4.1 多项式 129

4.1.1 多项式的创建 129

4.1.2 多项式的值和根 130

4.1.3 多项式的四则运算 132

4.1.4 多项式的微积分运算 134

4.1.5 多项式的部分分式展开 135

4.2 数据插值 136

4.2.1 一维插值 137

4.2.2 二维插值 142

4.2.3 多维插值 143

4.3 数据拟合 144

4.4 数据统计 146

4.4.1 矩阵元素的最大值和最小值 146

4.4.2 矩阵元素的平均值和中值 148

4.4.3 矩阵元素的排序 149

4.4.4 矩阵元素求和与求积 150

4.4.5 矩阵元素的累加和与累乘积 151

4.4.6 标准方差和相关系数 153

4.5 数值计算 155

4.5.1 函数极值 155

4.5.2 函数零点 157

4.5.3 数值差分 158

4.5.4 数值积分 159

4.5.5 常微分方程求解 160

4.6 数值计算应用实例 161

4.7 数值计算综合实例 174

4.8 本章小结 175

第5章 MATLAB符号运算 176

5.1 MATLAB符号运算的特点 176

5.2 MATLAB符号对象的创建和使用 177

5.3 符号多项式函数运算 183

5.3.1 多项式函数的符号表达形式及相互转换 183

5.3.2 符号多项式的向量表示形式及其计算 189

5.3.3 反函数和复合函数求解 190

5.4 符号微积分运算 192

5.4.1 函数的极限和级数运算 192

5.4.2 符号微分运算 195

5.4.3 符号积分运算 198

5.5 符号方程求解 205

5.5.1 符号代数方程求解 205

5.5.2 符号常微分方程求解 209

5.5.3 一维偏微分方程求解 211

5.6 符号运算应用实例 216

5.7 符号运算综合实例 222

5.7.1 符号函数可视化应用 222

5.7.2 符号积分应用 223

5.7.3 符号卷积应用 224

5.7.4 符号积分变换应用 225

5.8 本章小结 227

第二部分 MATLAB高级篇 231

第6章 MATLAB数据可视化 231

6.1 概述 231

6.2 二维曲线的绘制 233

6.2.1 绘图基本函数 233

6.2.2 线性图格式设置 237

6.2.3 图形修饰 241

6.2.4 图形保持 245

6.2.5 多个图形绘制 246

6.3 二维特殊图形的绘制 247

6.3.1 柱状图 247

6.3.2 饼形图 248

6.3.3 直方图 249

6.3.4 离散数据图 251

6.3.5 向量图 253

6.3.6 极坐标图 254

6.3.7 对数坐标图 256

6.3.8 双纵坐标绘图 257

6.3.9 函数绘图 258

6.4 三维曲线和曲面的绘制 259

6.4.1 绘制三维曲线图 260

6.4.2 绘制三维曲面图 261

6.4.3 特殊的三维图形 263

6.4.4 绘制动画图形 264

6.5 MATLAB图形窗口 266

6.6 数据可视化应用实例 269

6.7 数据可视化综合实例 278

6.8 本章小结 279

第7章 Simulink仿真基础 280

7.1 Simulink概述 280

7.1.1 Simulink的基本概念 281

7.1.2 Simulink模块的组成 282

7.1.3 Simulink中的数据类型 283

7.2 Simulink的使用 284

7.2.1 Simulink的启动和退出 284

7.2.2 在Simulink的窗口创建一个新模型 285

7.2.3 Simulink模块的操作 286

7.2.4 Simulink的建模和仿真 286

7.3 Simulink的模块库及模块 288

7.3.1 Commonly Used Blocks子模块库 290

7.3.2 Continuous子模块库 292

7.3.3 Dashboard子模块库 292

7.3.4 Discontinuous子模块库 293

7.3.5 Discrete子模块库 294

7.3.6 Logic and Bit Operations子模块库 295

7.3.7 Lookup Tables子模块库 296

7.3.8 Math Operations子模块库 297

7.3.9 Model Verification子模块库 298

7.3.10 Model-Wide Utilities子模块库 299

7.3.11 Ports＆Subsystems子模块库 300

7.3.12 Signals Attributes子模块库 301

7.3.13 Signals Routing子模块库 301

7.3.14 Sinks子模块库 302

7.3.15 Sources子模块库 303

7.3.16 User-defined Functions子模块库 304

7.4 Simulink模块操作及建模 305

7.4.1 Simulink模型 305

7.4.2 Simulink模块的基本操作 306

7.4.3 系统模型注释与信号标签设置 306

7.4.4 Simulink建模 308

7.5 Simulink模块及仿真参数设置 311

7.5.1 模块参数设置 311

7.5.2 Simulink仿真参数设置 312

7.6 过零检测和代数环 319

7.6.1 过零检测 319

7.6.2 代数环 320

7.7 Simulink仿真基础应用实例 321

7.8 Simulink仿真基础综合实例 334

7.9 本章小结 337

第8章 MATLAB图形用户界面 338

8.1 图形用户界面简介 338

8.1.1 GUI的设计原则及步骤 338

8.1.2 GUI设计窗口的打开、关闭和保存 339

8.1.3 GUI的模板 342

8.2 控制框常用对象及功能 343

8.2.1 GUI按钮 343

8.2.2 GUI滑块 346

8.2.3 GUI单选按钮 349

8.2.4 GUI复选框 351

8.2.5 GUI可编辑文本和静态文本 353

8.2.6 GUI弹出式菜单 356

8.2.7 GUI列表框 358

8.2.8 GUI切换按钮 361

8.2.9 GUI轴 364

8.3 GUI菜单的设计 366

8.3.1 使用菜单编辑器创建菜单 366

8.3.2 使用句柄对象创建菜单 370

8.4 GUI设计实例 371

8.4.1 曲线修饰演示系统 371

8.4.2 图像预处理演示系统 374

8.5 本章小结 380

第三部分 MATLAB信号处理篇 383

第9章 MATLAB在数字图像处理中的应用 383

9.1 数字图像的读取、显示和存储 383

9.1.1 图像的读取 383

9.1.2 图像的显示 384

9.1.3 图像文件的存储 385

9.2 数字图像的类型及转换 386

9.2.1 图像类型 386

9.2.2 图像转换 389

9.3 图像的基本运算 393

9.3.1 图像的代数运算 393

9.3.2 图像的几何运算 397

9.4 图像增强 400

9.4.1 图像的直方图 400

9.4.2 图像的灰度调整增强 401

9.4.3 图像的直方图均衡增强 401

9.5 图像滤波 402

9.5.1 基于卷积的图像滤波函数filter2以及imfilter 402

9.5.2 中值滤波 404

9.5.3 二维统计顺序滤波 406

9.5.4 自适应滤波 407

9.6 图像边缘检测 408

9.7 图像压缩 409

9.8 本章小结 411

第10章 MATLAB在信号与系统中的应用 412

10.1 信号及表示 412

10.1.1 连续信号的表示 412

10.1.2 几种连续信号产生函数 413

10.1.3 离散信号的表示 419

10.1.4 几种离散信号产生函数 419

10.2 信号的基本运算 421

10.2.1 信号的相加和相乘 421

10.2.2 序列延时与周期拓展 422

10.2.3 序列反转与累加 423

10.2.4 两序列卷积运算 424

10.3 信号的能量和功率 425

10.4 线性时不变系统的创建 426

10.4.1 常系数线性微分／差分方程 427

10.4.2 系统函数的标准模型 427

10.4.3 系统函数的零极点增益模型 428

10.4.4 系统函数的二次分式模型 428

10.4.5 系统函数的部分分式模型 428

10.4.6 线性时不变系统的创建函数和系统函数模型转换函数 429

10.5 线性时不变系统的时域分析 432

10.5.1 LTI系统零输入响应的数值求解 433

10.5.2 LTI系统零状态响应的数值求解 434

10.5.3 LTI系统响应的符号求解 438

10.5.4 LTI系统的单位冲激响应和单位阶跃响应 439

10.6 线性时不变系统的频域分析 442

10.6.1 连续时间LTI系统的频域分析 442

10.6.2 离散时间LTI系统的频域分析 443

10.7 本章小结 445

第11章 MATLAB在数字信号处理中的应用 446

11.1 傅里叶变换 446

11.1.1 时间连续频率连续的傅里叶变换 446

11.1.2 时间连续频率离散的傅里叶级数 447

11.1.3 时间离散频率连续的序列傅里叶变换 448

11.1.4 时间离散频率离散的离散傅里叶变换（DFT） 448

11.1.5 计算离散傅里叶变换的常用函数 449

11.2 IIR数字滤波器的设计 452

11.2.1 脉冲响应不变法 452

11.2.2 双线性变换法 455

11.3 FIR数字滤波器的设计 457

11.3.1 窗函数法 457

11.3.2 频率抽样法 460

11.4 本章小结 461

第12章 MATLAB在语音信号处理中的应用 462

12.1 语音产生过程 462

12.2 语音信号的特点及数字化 463

12.2.1 语音信号的特点 463

12.2.2 语音信号的数字化 464

12.3 语音信号产生的数字模型 465

12.3.1 激励模型 466

12.3.2 声道模型 467

12.3.3 辐射模型 468

12.3.4 描述语音信号的完整数字模型 468

12.3.5 语音信号的预处理 469

12.4 MATLAB在语音信号分析和处理中的应用 470

12.4.1 语音信号的采集 470

12.4.2 语音信号的读取与打开 470

12.4.3 语音信号的分析 472

12.4.4 含噪语音信号的合成 473

12.4.5 语音信号处理中滤波器的设计 476

12.5 MATLAB在语音信号处理中的应用实例 486

12.6 本章小结 491

第四部分 MATLAB通信系统篇 495

第13章 MATLAB在通信系统中的应用 495

13.1 MATLAB通信工具箱的组成 495

13.2 信息量度与信源编码 496

13.2.1 信息的量度计算 496

13.2.2 模拟信号量化和数字化 497

13.2.3 信源编码 499

13.3 差错控制和信道编码 502

13.3.1 线性分组码编解码 502

13.3.2 交织编码 505

13.3.3 扰码与解扰 506

13.4 模拟调制与解调 508

13.4.1 幅度调制与解调 509

13.4.2 角度调制与解调 515

13.5 数字调制与解调 520

13.5.1 数字调制 520

13.5.2 数字解调 525

13.6 数字通信系统性能仿真 527

13.6.1 数字信号的比特能量与AWGN信道 528

13.6.2 数字通信系统的误码率仿真 531

13.7 本章小结 536

第五部分 MATLAB优化与控制篇 539

第14章 MATLAB在优化中的应用 539

14.1 最优化问题简介 539

14.2 MATLAB优化工具箱 540

14.2.1 优化工具箱中的优化函数 540

14.2.2 优化参数的创建和编辑 542

14.2.3 优化函数的演示GUI 545

14.3 线性规划 546

14.3.1 线性规划的数学模型 546

14.3.2 MATLAB线性规划函数 547

14.3.3 线性规划的应用 550

14.4 非线性规划 556

14.4.1 单变量非线性优化 556

14.4.2 无约束非线性规划 559

14.4.3 约束非线性规划 566

14.4.4 二次规划 570

14.5 目标规划 573

14.5.1 多目标优化 574

14.5.2 最大最小化优化 578

14.6 优化工具箱图形界面应用 580

14.6.1 优化工具箱图形界面 580

14.6.2 图形界面应用 582

14.7 本章小结 583

第15章 MATLAB在控制系统中的应用 584

15.1 控制系统的模型描述 585

15.1.1 控制系统的模型与表达式 585

15.1.2 控制系统模型间的关系 589

15.2 控制系统的时域分析与MATLAB实现 591

15.2.1 线性系统的稳定性分析 591

15.2.2 控制系统的动态响应 593

15.2.3 控制系统的时域响应指标 597

15.3 控制系统的频域分析与MATLAB实现 600

15.3.1 控制系统的频域分析 600

15.3.2 控制系统的频域分析性能指标 603

15.4 控制系统的根轨迹分析 605

15.4.1 控制系统的根轨迹分析 605

15.4.2 根轨迹设计工具 609

15.5 控制系统的状态空间分析 610

15.5.1 状态空间的线性变换 610

15.5.2 状态空间的能控性和能观性 612

15.5.3 状态空间的状态反馈与极点配置 613

15.6 控制系统综合实例与应用设计 615

15.6.1 控制系统综合实例 615

15.6.2 简单运动系统的建模及仿真 619

15.6.3 “弹簧-质量-阻尼”系统的建模及仿真 620

15.6.4 单容过程系统的建模及仿真 620

15.7 本章小结 622

第六部分 MATLAB电力电子篇 625

第16章 MATLAB在电子电路中的应用 625

16.1 MATLAB在电路分析中的应用 625

16.1.1 二阶电路原型 625

16.1.2 二阶电路数学模型 626

16.1.3 二阶电路的建模及仿真 630

16.2 Simulink在模拟电路中的应用 635

16.2.1 模拟电路的建模 635

16.2.2 模拟电路的仿真参数设定与运行 638

16.2.3 模拟电路的稳态分析 639

16.2.4 模拟电路的暂态分析 640

16.2.5 模拟电路的频域分析 641

16.3 Simulink在数字电路中的应用 648

16.3.1 二进制加法器 648

16.3.2 8421编码器 651

16.4 本章小结 655

第17章 Simulink在电力系统中的应用 656

17.1 Powergui模块 656

17.1.1 Simulation Type（仿真类型） 656

17.1.2 Analysis Tools（分析工具） 658

17.2 二极管模块 668

17.2.1 图标与接口 668

17.2.2 参数设置 668

17.3 晶闸管模块 671

17.3.1 图标与接口 671

17.3.2 参数设置 671

17.4 直流电机模块 675

17.4.1 直流电机仿真模型 675

17.4.2 直流电机仿真 677

17.5 异步电机模块 678

17.6 同步电机模块 682

17.6.1 简化的同步电机模块 682

17.6.2 同步电机模块的使用 687

17.7 负荷模块 695

17.7.1 静态负荷模块 695

17.7.2 三相动态负荷模块 696

17.8 电力系统稳态仿真 696

17.8.1 连续系统仿真 696

17.8.2 离散系统仿真 698

17.9 电力系统电磁暂态仿真 700

17.9.1 断路器模块 700

17.9.2 三相故障模块 703

17.9.3 电力系统电磁暂态分析 705

17.10 本章小结 707

参考文献 708