MATLAB是MathWorks公司推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，其强大的计算和图形功能使其在科学计算和工程领域赢得了众多的用户。经过许多专家、工程师在自己相关领域的扩充，MATLAB成为了一个多领域、多学科、多功能的优秀科技应用软件，从而被广泛地应用于各领域和学科的研究与仿真。MATLAB具有几十个工具箱，涉及信号处理、自动控制、图像处理、最优化方法、小波分析等许多学科，国内外许多大专院校对各理工科专业都开设了“MATLAB应用”课程。该课程是电气、自动化和电子等电子信息类、机械类本科专业的专业基础课，它的任务主要是使学生掌握并利用MATLAB这一先进工具进行系统的设计、分析、仿真和计算，从而解决工程、科学计算和自动化、数字信号处理、通信、数学等学科中的许多问题。

       全书共分9章，第1章介绍MATLAB的系统环境和软件的使用，使读者对MATLAB有一个感性认识；第2章介绍MATLAB数据的表示和基本运算，以及M函数的编写和程序控制流，使读者能够迅速地入门并能进行基本的编程运算；第3章介绍MATLAB的绘图功能；第4章介绍MATLAB强大的数值计算功能和符号计算功能，这是MATLAB重要的科学计算功能；第5章介绍Simulink仿真工具箱，使读者对MATLAB强大的仿真功能有一个基本了解，并能进行基本系统的仿真；第6～9章分别介绍控制系统工具箱、信号处理工具箱、通信工具箱和SimPowerSystems工具箱，将MATLAB和相关专业知识结合起来，使读者能够运用MATLAB进行系统的建模、分析、仿真、计算等。

       软件的更新日新月异，本书第1版以MATLAB 7.5版为蓝本，第2版在第1版的基础上更新到MATLAB7.11版，重点扩充了第3章和第8章的内容，增加了绘图工具绘制图形和图形用户界面设计的内容，以及通信工具箱和Simulink仿真工具箱链接的各模块库和模块子集的介绍。本次修订中，第1章增加了专门介绍MATLAB 8.5(R2015a)版操作界面的一节，第9章增加了三个关于异步电动机、直流电动机、变压器系统仿真的实验，并提供了参考仿真框图。因为MATLAB 7.11版已经具备了满足广大用户学习的功能，因此本次修订中每章内容都可以在MATLAB 7.11版和MATLAB 8.5(R2015a)版下运行。

      本书每章后面都配有实验指导，紧扣教学内容，使读者能够及时有效地上机操作掌握该章的主要内容。为了便于教师教学和读者自学，每章结尾还给出了相应的实验参考程序，这些程序都已经过上机仿真验证。

      本书第1章、第2章、第6章、第9章由贺超英编写，第3章、第8章由王少喻编写，第4章由唐杰编写，第5章由沈细群编写，第7章由刘亮编写。全书由贺超英负责统稿，由贺超英、王少喻、唐杰、沈细群、刘亮统一修订。本书在编写及修订过程中，得到了唐勇奇教授和朱俊杰教授的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢。

      为了方便教师教学，本书配有电子教学课件、例题源程序等丰富的教学资源，读者可以登录华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)注册下载。

      由于作者水平有限，书中难免出现错误或不妥之处，欢迎广大读者批评指正。

目 录

第1章 MATLAB系统环境 1

1．1 什么是MATLAB 1

1．2 MATLAB 7．11操作界面 3

1．3 MATLAB 8．5(R2015a)操作界面 6

1．4 MATLAB帮助系统 9

1．4．1 MATLAB的帮助命令 9

1．4．2 帮助窗口 11

第2章 MATLAB应用基础 13

2．1 变量及其操作 13

2．2 MATLAB数组与矩阵运算 18

2．2．1 冒号表达式 18

2．2．2 矩阵的建立 19

2．2．3 矩阵的拆分 20

2．2．4 MATLAB数据的运算 21

2．2．5 特殊矩阵 25

2．3 数学函数 26

2．4 M文件 26

2．4．1 脚本文件 26

2．4．2 函数文件 27

2．5 程序控制结构 30

2．5．1 顺序结构 30

2．5．2 选择结构 31

2．5．3 循环结构 33

2．6 实验一 MATLAB运算基础 34

2．6．1 实验目的 34

2．6．2 实验内容 35

2．6．3 实验参考程序 35

2．7 实验二 M函数与M文件的编写与应用 36

2．7．1 实验目的 36

2．7．2 实验内容 37

2．7．3 实验参考程序 37

2．8 实验三 选择与循环结构程序设计 38

2．8．1 实验目的 38

2．8．2 实验内容 38

2．8．3 实验参考程序 39

第3章 MATLAB绘图 42

3．1 二维图形 42

3．1．1 基本的绘图命令 42

3．1．2 轴的形式与刻度设置 43

3．1．3 图形的标注、网格及图例说明 45

3．1．4 绘制二维图形的其他函数 49

3．2 三维图形 52

3．2．1 绘制三维曲线的基本函数 52

3．2．2 三维曲面 53

3．3 使用绘图工具绘制图形 55

3．4 使用向导创建图形用户界面 56

3．5 实验四 绘图函数的应用 64

3．5．1 实验目的 64

3．5．2 实验内容 64

3．5．3 实验参考程序 65

第4章 MATLAB数值计算与符号计算 67

4．1 曲线拟合与插值运算 67

4．2 数值微积分 71

4．2．1 数值微分 71

4．2．2 数值积分 72

4．3 线性方程组求解 74

4．3．1 直接解法 74

4．3．2 迭代解法 76

4．4 常微分方程的数值求解 78

4．5 MATLAB符号计算 80

4．5．1 符号计算基础 80

4．5．2 符号导数及其应用 87

4．5．3 符号积分 89

4．5．4 符号方程求解 90

4．6 级数 92

4．7 实验五 数值工具箱与符号工具箱的应用 93

4．7．1 实验目的 93

4．7．2 实验内容 93

4．7．3 实验参考程序 94

第5章 Simulink仿真工具箱 97

5．1 Simulink建模的基本知识 97

5．1．1 Simulink简介 97

5．1．2 Simulink下常用模块库简介 98

5．1．3 Simulink下其他工具箱模块库 102

5．2 Simulink建模与仿真 103

5．2．1 建立Simulink模型 103

5．2．2 建模实例 107

5．3 使用命令操作对系统进行仿真 110

5．4 Simulink仿真的应用实例演示 112

5．5 子系统及其封装技术 117

5．5．1 子系统的建立 118

5．5．2 模块封装方法 118

5．6 S函数的设计与应用 121

5．6．1 用MATLAB语言编写S函数 121

5．6．2 S函数的应用 123

5．7 实验六 Simulink仿真应用 127

5．7．1 实验目的 127

5．7．2 实验内容 127

5．7．3 实验参考程序 128

第6章 控制系统工具箱 132

6．1 线性系统模型 132

6．1．1 连续系统的传递函数模型(tf对象) 132

6．1．2 连续系统的零极点增益模型(zpk对象) 133

6．1．3 连续系统的状态空间模型(ss对象) 134

6．1．4 线性离散时间系统的数学模型 135

6．1．5 模型的转换 136

6．1．6 部分分式展开 138

6．1．7 模型的连接 138

6．1．8 模型的属性 141

6．2 控制系统的时域分析 145

6．2．1 阶跃响应和冲激响应 145

6．2．2 控制系统的根轨迹分析方法 150

6．3 控制系统的频域分析 155

6．3．1 函数bode 156

6．3．2 函数nyquist 156

6．3．3 其他常用频域分析函数 158

6．4 控制系统仿真实例分析 161

6．5 实验七 线性系统分析与设计 179

6．5．1 实验目的 179

6．5．2 实验内容 179

6．5．3 实验参考程序 179

第7章 信号处理工具箱 183

7．1 信号及其表示 183

7．1．1 工具箱中的信号产生函数 183

7．1．2 离散时间信号的表示 189

7．1．3 几种常用离散时间信号的表示 189

7．2 信号的基本运算 190

7．2．1 信号的相加与相乘 190

7．2．2 序列移位与周期延拓运算 191

7．2．3 序列翻转与序列累加运算 192

7．2．4 两序列的卷积运算 192

7．2．5 两序列的相关运算 193

7．2．6 信号的能量和功率 193

7．3 线性时不变系统 193

7．3．1 二次分式模型的系统描述及转换函数 194

7．3．2 线性时不变系统的响应 194

7．4 傅里叶变换 197

7．4．1 傅里叶变换形式 197

7．4．2 MATLAB中的傅里叶变换函数 198

7．5 IIR数字滤波器的设计方法 200

7．5．1 冲激响应不变法 200

7．5．2 双线性变换法 201

7．5．3 IIR数字滤波器的频率变换设计法 201

7．6 FIR数字滤波器设计 205

7．6．1 窗函数设计法 205

7．6．2 频率抽样法 208

7．6．3 MATLAB的其他相关函数 209

7．7 信号处理的图形用户界面工具 213

7．7．1 主窗口 213

7．7．2 SPTool菜单功能介绍 214

7．7．3 信号浏览器 218

7．7．4 滤波器浏览器 220

7．7．5 频谱浏览器 220

7．7．6 滤波器设计器 221

7．8 实验八 数字信号处理实验 221

7．8．1 实验目的 221

7．8．2 实验内容 222

7．8．3 实验参考程序 222

第8章 通信工具箱 227

8．1 MATLAB信源编/解码方法 229

8．1．1 标量量化 229

8．1．2 预测量化 231

8．2 差错控制编/解码方法 233

8．3 调制与解调 237

8．4 误码率分析界面 242

8．5 通信模块集 246

8．5．1 随机数据源 250

8．5．2 噪声发生器 253

8．5．3 序列发生器 255

8．5．4 压缩和扩展 257

8．5．5 编码和解码 259

8．5．6 差错参数设置编/解码 261

8．5．7 具体实例 263

8．6 实验九 通信系统仿真实验 267

8．6．1 实验目的 267

8．6．2 实验内容 267

8．6．3 实验参考程序 268

第9章 SimPowerSystems工具箱 274

9．1 SimPowerSystems工具箱模块库简介 274

9．2 仿真应用实例 278

9．3 实验十 SimPowerSystems工具箱应用 291

9．3．1 实验目的 291

9．3．2 实验内容 291

9．3．3 实验参考仿真框图 291

参考文献 297