MATLAB实用教程（第5版）（含视频教学）（有笔记）

MATLAB是广受欢迎的科学与工程计算软件之一，版本升级很快，本书修订时的**版本是 R2019b，但是MATLAB R2015b产品族仍然是MathWorks公司应用较多的版本。根据广大读者的需求，本书仍以MATLAB R2015b为平台，比较系统地介绍MATLAB R2015b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、MATLAB高级应用等。本书内容主要分为实用教程、习题、实验及附录四个部分，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；实验部分先引导操作，后展开思考练习；附录部分包含习题参考答案、模拟测试题及其参考答案、例题索引和程序的调试介绍。同时，本书配备教学课件和实例文件，方便老师授课和学生自学。本书配套对应的教学视频，通过扫描二维码播放。同时，将PPT、习题、实验、实例和微课视频等形成在线平台资源，进行系统展示。本书可作为大学本科和专科有关课程的教材或教学参考书，也适于MATLAB用户学习和参考。

郑阿奇，南京师范大学计算机科学与技术学院，副教授，东南大学本科，曾任计算机软件系主任，获选南京师范大学教学名师培养人选。主编5套计算机系列教材，获教育部优秀教材二等奖、电子部优秀教材二等奖、两次获江苏省优秀教学成果二等奖、江苏省畅销图书编辑二等奖、全国高校出版社优秀畅销书二等奖、两次获南京师范大学优秀教学成果一等奖、南京师范大学精品教材一等奖。参加主持国家八六三计划子项目、江苏省科技开发项目，主持南京市科技开发项目、泰州市科委项目、金陵石化公司项目，获江苏省优秀软件奖，江苏省科技进步奖、南京市创新成果奖。获国家发明专利和实用新型专利20多个。

目 录

第1部分 实 用 教 程

第1章 MATLAB R2015b环境 1

1．1 MATLAB简介 1

1．1．1 MATLAB工具箱 2

1．1．2 MATLAB的功能和特点 2

1．2 MATLAB R2015b的环境设置 3

1．2．1 MATLAB的集成开发环境 3

1．2．2 工具栏 4

1．3 常用窗口 7

1．3．1 命令窗口

（Command Window） 8

1．3．2 当前目录浏览器窗口

（Current Folder） 12

1．3．3 工作空间窗口

（Workspace） 14

1．3．4 历史命令窗口

（Command History） 16

1．3．5 变量编辑器窗口

（Variable Editor） 17

1．3．6 M文件编辑/调试器窗口

（Editor/Debugger） 18

1．3．7 代码分析报告窗口

（Code Analyzer Report） 19

1．3．8 程序性能剖析窗口

（Profiler） 19

1．3．9 MATLAB R2015b帮助 20

1．4 MATLAB R2015b其他管理 22

1．4．1 MATLAB用户文件格式 22

1．4．2 设置搜索路径 23

1．5 1个实例 26

第2章 MATLAB数值计算 30

2．1 变量和数据 30

2．1．1 数据类型 30

2．1．2 常数 32

2．1．3 变量 33

2．2 矩阵和数组 34

2．2．1 矩阵输入 34

2．2．2 矩阵元素 37

2．2．3 字符串 41

2．2．4 矩阵和数组运算 44

2．2．5 多维数组 55

2．3 日期和时间 58

2．3．1 日期和时间的表示格式 58

2．3．2 日期和时间函数 59

2．4 稀疏矩阵 60

2．4．1 稀疏矩阵的建立 60

2．4．2 稀疏矩阵的存储空间 62

2．4．3 稀疏矩阵的运算 63

2．5 多项式 63

2．5．1 多项式的求值、求根和部分

分式展开 63

2．5．2 多项式的乘除法和微积分 65

2．5．3 多项式拟合和插值 66

2．6 元胞数组和结构数组 69

2．6．1 元胞数组 69

2．6．2 结构数组 72

2．7 表格型和分类型 75

2．7．1 表格型 75

2．7．2 分类型 76

2．8 数据分析 77

2．8．1 数据统计和相关分析 77

2．8．2 差分和积分 78

2．8．3 卷积和快速傅里叶变换 80

2．8．4 向量函数 82

第3章 MATLAB符号计算 84

3．1 符号表达式的建立 84

3．1．1 创建符号常量 84

3．1．2 创建符号变量和符号表达式 86

3．1．3 符号矩阵 87

3．2 符号表达式的代数运算 88

3．2．1 符号表达式的运算符和函数 88

3．2．2 符号数值任意精度控制和

运算 90

3．2．3 符号对象与数值对象的转换 91

3．3 符号表达式的操作和转换 92

3．3．1 符号表达式中自由变量的

确定 92

3．3．2 符号表达式的化简 93

3．3．3 符号表达式的替换 94

3．3．4 求反函数和复合函数 95

3．3．5 符号表达式的转换 97

3．4 符号极限、微积分和级数求和 98

3．4．1 符号极限 98

3．4．2 符号微分 99

3．4．3 符号积分 100

3．4．4 符号级数 101

3．5 符号积分变换 103

3．5．1 傅里叶变换及其反变换 103

3．5．2 拉普拉斯变换及其反变换 104

3．5．3 Z变换及其反变换 105

3．6 符号方程的求解 106

3．6．1 代数方程 106

3．6．2 符号常微分方程 107

3．7 符号函数的可视化 108

3．7．1 符号函数的绘图命令 108

3．7．2 图形化的符号函数计算器 110

第4章 MATLAB计算的可视化和GUI设计 112

4．1 二维曲线的绘制 112

4．1．1 基本绘图函数 112

4．1．2 绘制曲线的一般步骤 117

4．1．3 多个图形绘制的方法 118

4．1．4 曲线的线形、颜色和数据

点形 120

4．1．5 设置坐标轴和文字标注 121

4．1．6 交互式图形函数 125

4．2 图形对象 126

4．2．1 句柄图形体系 126

4．2．2 图形对象的操作 127

4．3 MATLAB的特殊图形绘制 132

4．3．1 条形图 132

4．3．2 面积图和实心图 133

4．3．3 直方图 134

4．3．4 饼形图 136

4．3．5 离散数据图 136

4．3．6 对数坐标和极坐标图 137

4．3．7 等高线图 138

4．3．8 复向量图 139

4．4 MATLAB的三维图形绘制 140

4．4．1 绘制三维线图函数 140

4．4．2 绘制三维网线图和曲面图 140

4．4．3 立体图形与图轴的控制 143

4．4．4 色彩的控制 144

4．5 图形绘制工具 147

4．5．1 图形窗口 147

4．5．2 图形文件转储 148

4．6 对话框 149

4．7 用户图形界面设计 152

4．7．1 可视化的界面环境 152

4．7．2 菜单 153

4．7．3 控件 155

4．7．4 对象对齐工具、属性编辑器

和对象浏览器 157

4．7．5 回调函数 158

第5章 MATLAB程序设计 160

5．1 程序流程控制 160

5．1．1 for…end循环结构 160

5．1．2 while…end循环结构 161

5．1．3 if…else…end条件转移结构 161

5．1．4 switch…case开关结构 163

5．1．5 try…catch…end试探结构 163

5．1．6 流程控制语句 164

5．1．7 循环结构与动画 166

5．2 M文件 169

5．2．1 M文件编辑器 170

5．2．2 M脚本文件 170

5．2．3 M函数文件 171

5．3 函数调用和参数传递 173

5．3．1 子函数和私有函数 173

5．3．2 局部变量和全局变量 174

5．3．3 嵌套函数 175

5．3．4 函数的参数 176

5．3．5 程序举例 180

5．4 利用函数句柄执行函数 184

5．4．1 函数句柄的创建 184

5．4．2 用feval命令执行函数 184

5．5 利用泛函命令进行数值分析 185

5．5．1 求极小值 185

5．5．2 求过零点 187

5．5．3 数值积分 188

5．5．4 微分方程的数值解 188

5．6 内联函数 190

5．7 M文件性能的优化和加速 191

5．7．1 M文件性能优化 191

5．7．2 P码文件 192

第6章 线性控制系统分析与设计 194

6．1 线性系统的描述 194

6．1．1 状态空间描述法 194

6．1．2 传递函数描述法 195

6．1．3 零极点描述法 196

6．1．4 离散系统的数学描述 197

6．2 线性系统模型之间的转换 199

6．2．1 连续系统模型之间的转换 199

6．2．2 连续系统与离散系统之间的

转换 202

6．2．3 模型对象的属性 203

6．3 结构框图的模型表示 205

6．4 线性系统的时域分析 209

6．4．1 零输入响应分析 210

6．4．2 脉冲响应分析 211

6．4．3 阶跃响应分析 212

6．4．4 任意输入的响应 214

6．4．5 系统的结构参数 215

6．5 线性系统的频域分析 219

6．5．1 频域特性 219

6．5．2 连续系统频域特性 219

6．5．3 幅值裕度和相角裕度 223

6．5．4 闭环频率特性的性能指标 224

6．6 频率特性校正 225

6．6．1 超前校正 225

6．6．2 滞后校正 227

6．7 线性系统的根轨迹分析 228

6．7．1 绘制根轨迹 228

6．7．2 根轨迹的其他工具 230

6．8 线性系统的图形工具界面 233

6．8．1 LTI Viewer界面 233

6．8．2 SISO设计工具sisotool 235

6．8．3 PID Tuner 237

第7章 Simulink仿真环境 239

7．1 演示1个Simulink的简单程序 239

7．2 Simulink文件操作和模型窗口 242

7．2．1 Simulink文件操作 242

7．2．2 Simulink模型窗口 242

7．3 模型创建 242

7．3．1 模块操作 243

7．3．2 信号线操作 243

7．4 Simulink基本模块 245

7．5 复杂系统仿真与分析 250

7．5．1 仿真设置 250

7．5．2 系统仿真举例 253

7．5．3 仿真结构参数化 261

7．6 子系统与封装 262

7．6．1 建立子系统 262

7．6．2 条件执行子系统 264

7．6．3 子系统的封装 267

7．7 用MATLAB函数创建和运行

Simulink模型 270

7．8 S函数 272

7．8．1 S函数简介 272

7．8．2 S函数的编写 273

7．8．3 S函数模块的使用 275

第8章 MATLAB高级应用 278

8．1 Publish发布功能 278

8．2 曲线拟合与插值 282

8．3 MuPAD Notebook的使用 285

8．4 低级文件输入/输出 287

8．4．1 打开和关闭文件 287

8．4．2 读/写格式化文件 288

8．4．3 读/写二进制数据 290

8．4．4 文件定位 291

第2部分 习 题

第1章 MATLAB R2015b环境 294

第2章 MATLAB数值计算 294

第3章 MATLAB符号计算 296

第4章 MATLAB计算的可视化和GUI设计 297

第5章 MATLAB程序设计 299

第6章 线性控制系统分析与设计 300

第7章 Simulink仿真环境 302

第8章 MATLAB高级应用 303

第3部分 实 验

实验1 MATLAB R2015b环境及命令窗口 305

实验2 MATLAB数值计算 316

实验3 MATLAB符号计算 325

实验4 MATLAB计算的可视化和GUI设计 333

实验5 MATLAB程序设计 341

实验6 线性控制系统分析与设计 348

实验7 Simulink仿真环境 358

第4部分 附 录

附录A 习题参考答案 368

附录B 模拟测试题 389

附录C 模拟测试题参考答案 391

附录D 例题索引 394

附录E 程序的调试 400

E．1 错误类型 400

E．2 程序调试器 400