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MATLAB是广受欢迎的科学与工程计算软件之一，版本升级很快，本书修订时的最新版本是 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。

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

前    言
MATLAB（Matrix Laboratory）是MathWorks公司开发的，目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件之一。Simulink 基于 MATLAB的框图设计环境，可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真。自MATLAB R2006版推出以来，在每年的上半年和下半年都会推出新版本，MathWorks公司于2015年下半年推出了MATLAB R2015b产品族。
2004年，我们结合MATLAB教学和应用开发的经验，编写了《MATLAB实用教程》。该书推出后，得到了高校教师、学生和广大读者的广泛认同，在市场持续热销。
2007年和2012年，我们对改版图书中的软件版本进行了两次升级，同时对内容进行了调整和完善，继续受到读者推崇！
2016年，《MATLAB实用教程（第4版）》以当时新版的MATLAB R2015b作为平台，在继承第3版基本框架的前提下，根据当时平台的最新功能和发展趋势，删除旧的内容，扩展新的内容，完善基本内容，使本书更为实用。
2017年下半年，我们以《MATLAB实用教程（第4版）》为基础，全面配套了教学视频，继续引领MATLAB教材市场。截至2020年1月底，《MATLAB实用教程》各版本已经累计印刷36次，共计13万多册。
《MATLAB实用教程（第5版）》在第4版的基础上，根据广大读者的需求，仍然以MATLAB R2015b作为平台，在第2章中增加了表格型和分类型数据介绍，新增了PID Tuner、Curve Fitting以及Publish发布等功能，完善基本内容，修改了部分实例，使本书更为实用。
本书主要内容分为实用教程、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，需要者可从华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费下载。
本书配套对应的教学视频，通过扫描书中二维码可在线播放（建议在WiFi环境下操作）。另外，本书提供授课PPT和实例文件，需要者可从华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费下载。
实际上，本书不仅适合于教学，也适合于MATLAB的各类培训以及用MATLAB编程开发的用户进行学习和参考。通过阅读本书，结合上机操作指导进行练习和实习，相信读者能够在较短的时间内基本掌握MATLAB及其应用技术。
本书由南京师范大学曹弋编写，南京师范大学郑阿奇统编、定稿。参加本系列图书编写的还有周何骏、孙德荣、刘美芳等。
由于作者水平有限，疏漏和不足之处在所难免，敬请广大师生、读者批评指正。
意见建议邮箱：easybooks@163.com

编  者  
2020年6月

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MATLAB实用教程（第5版）（含视频教学）