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第1章 MATLAB简介 1

1.1 MATLAB概述 1

1.1.1 MATLAB的发展 1

1.1.2 MATLAB的系统结构 2

1.1.3 MATLAB的主要功能 5

1.1.4 MATLAB功能演示 6

1.2 MATLAB环境的准备 8

1.2.1 MATLAB的安装 8

1.2.2 MATLAB的启动与退出 8

1.2.3 MATLAB用户界面 9

1.2.4 MATLAB主菜单及其功能 12

1.3 MATLAB搜索路径 14

1.3.1 当前目录窗口 14

1.3.2 设置MATLAB搜索路径的方法 14

1.4 MATLAB帮助系统 16

1.4.1 帮助命令 16

1.4.2 帮助窗口 16

1.4.3 联机演示系统 17

第2章 MATLAB基本函数命令及绘图功能 18

2.1 MATLAB数据 18

2.1.1 MATLAB数据特点 18

2.1.2 变量和常量 18

2.1.3 数据显示格式 20

2.2 MATLAB数据运算 21

2.2.1 基本的算术运算 21

2.2.2 标点符号的使用 22

2.2.3 MATLAB基本函数 23

2.2.4 关系运算 24

2.2.5 逻辑运算 25

2.3 向量与矩阵运算 26

2.3.1 向量及其运算 26

2.3.2 矩阵及其运算 28

2.3.3 矩阵的算术运算 34

2.3.4 矩阵的分解 37

2.3.5 矩阵的旋转 39

2.3.6 向量和矩阵的范数 39

2.3.7 矩阵的条件数 41

2.3.8 稀疏矩阵 41

2.4 字符串、单元数组和结构数组 46

2.4.1 字符串数据 47

2.4.2 单元数组 48

2.4.3 结构数组 51

2.5 MATLAB数值计算 52

2.5.1 多项式的表示和创建 52

2.5.2 多项式的运算 52

2.5.3 曲线插值和拟合 57

2.6 MATLAB符号计算 62

2.6.1 符号变量的创建 62

2.6.2 符号函数的运算 63

2.7 二维平面绘图 68

2.8 三维立体绘图 80

第3章 MATLAB程序设计 90

3.1 M文件 90

3.1.1 M文件的概述 90

3.1.2 M文件的建立与编辑 90

3.1.3 命令文件 91

3.1.4 函数文件 91

3.2 程序流程控制语句 92

3.2.1 分支控制语句 92

3.2.2 循环控制语句 95

第4章 自动控制系统传递函数的MATLAB分析 98

4.1 控制系统的数学模型 98

4.2 传递函数 98

4.3 线性定常时不变对象 99

4.4 控制系统数学模型的MATLAB命令 101

4.4.1 传递函数模型的MATLAB命令 101

4.4.2 零极点增益模型的MATLAB命令 102

4.4.3 状态空间模型的MATLAB命令 103

4.4.4 三种数学模型之间的转换与实例 104

4.5 系统的传递函数方框图及其MATLAB命令 111

4.5.1 串联的传递函数化简的MATLAB命令 112

4.5.2 并联的传递函数化简的MATLAB命令 113

4.5.3 系统反馈的传递函数化简的MATLAB命令 115

第5章 自动控制系统稳定性分析的MATLAB计算及仿真 117

5.1 系统稳定的定义和条件 117

5.2 系统稳定性判定方法 118

5.2.1 Routh-Hurwitz判据及MATLAB命令 118

5.2.2 Nyquist根轨迹判据方法及MATLAB命令 119

5.2.3 Lyapunov意义下稳定性判据方法及MATLAB命令 119

5.3 系统稳定性判定方法的MATLAB仿真 121

第6章 判定物理系统的可控性与可观性的MATLAB程序设计 132

6.1 线性系统的可控性 132

6.1.1 连续系统的完全可控性数学判据 132

6.1.2 离散系统的完全可控性数学判据 133

6.1.3 连续系统的完全可控标准形 134

6.2 线性系统的可观性 135

6.2.1 连续系统的完全可观性数学判据 135

6.2.2 离散系统的完全可观性数学判据 136

6.2.3 连续系统的完全可观标准形 138

6.3 线性系统可观性与可控性的MATLAB实例 139

第7章 物理系统时域分析与频域分析的MATLAB仿真实现 146

7.1 物理系统时域分析的基本概念 146

7.1.1 典型外作用信号 146

7.1.2 线性定常系统的时域响应的解 147

7.1.3 物理系统时域控制的基本概念 148

7.1.4 物理系统响应的性能评价指标 149

7.2 时域分析的MATLAB命令及实例仿真 150

7.2.1 时域响应MATLAB仿真的函数指令 150

7.2.2 时域分析的MATLAB仿真实例 152

7.3 物理系统频域分析的基本概念 159

7.3.1 频率特性的有关概念 160

7.3.2 频率特性的性能评价指标 161

7.4 频域分析的MATLAB命令及实例仿真 162

7.4.1 频域响应MATLAB仿真的函数指令 162

7.4.2 频域响应MATLAB仿真的实例 165

第8章 线性二次型最优控制的MATLAB仿真 172

8.1 最优控制的问题 172

8.1.1 最优控制的提出 172

8.1.2 最优控制问题的数学分类法 173

8.1.3 最优控制的性能指标 173

8.1.4 最优控制问题的求解方法 174

8.1.5 线性二次型的最优控制 174

8.2 连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现 175

8.2.1 连续系统线性二次型最优控制的数学描述 175

8.2.2 连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现 175

8.3 离散系统线性二次型最优控制的MATLAB实现 180

8.3.1 离散系统稳态线性二次型最优控制 180

8.3.2 离散系统最优控制实例 180

第9章 MATLAB在物理教学中的综合应用 182

9.1 MATLAB在电工学中的应用 182

9.1.1 电阻电路 182

9.1.2 动态电路分析 185

9.1.3 正弦交流电路 190

9.1.4 电路的频率响应 192

9.2 MATLAB在光学中的应用 194

9.2.1 理想情况下的双缝干涉色图 195

9.2.2 光栅 197

9.2.3 光波的叠加 198

9.2.4 牛顿环形成 201

9.2.5 劈尖干涉 202

9.3 MATLAB在电磁学中的应用 204

9.3.1 点电荷的电势分布 204

9.3.2 带电粒子在电场中的运动 206

9.3.3 带电粒子在电磁场中的运动 208

9.3.4 线电荷产生的电位 210

9.3.5 毕奥-萨伐尔定律 211

9.4 MATLAB在力学中的应用 215

9.4.1 简谐振动 215

9.4.2 驻波形成-火柴杆图 216

9.5 MATLAB在热学中的应用 218

9.5.1 固体热容量随温度变化曲线 218

9.5.2 熵与内能 220

9.5.3 受热金属块的热传导过程 221

9.5.4 虫口问题 224

9.6 MATLAB在流体中的应用 225

9.6.1 流线 225

9.6.2 对液压消音器里流体特性的分析 227

参考文献 233