MATLAB R2015b产品族是MathWorks公司目前*新开发科学与工程计算软件。本书以目前*新的MATLAB为平台，比较系统地介绍了MATLAB环境、MATLAB数值计算、MATLAB符号计算、MATLAB计算可视化和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的高级应用等。 本书内容主要分实用教程、习题和实验等几个部分。各部分深入浅出，相互配合，层次清楚。先讲解后实例；习题部分系统练习基本内容；实验先引导操作后思考练习。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，本书配备了教学课件和实例文件，方便老师授课和学生自学。需要者可在电子工业出版社的http：//www.hxedu.com.cn平台免费下载。 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。

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。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。自推出MATLAB R2006版之后，在每年的上半年和下半年都会推出新版本，MathWorks公司在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。推出后，得到了高校教师、学生和广大读者的广泛认同，重印7次。

2007年和2012年，我们分别在第1版和第2版的基础上对版本进行了升级，对内容进行了调整和完善，又重印17次。目前仍在热销中，在此我们对大家的信任表示由衷的感谢！

MATLAB实用教程（第4版）以目前最先进的MATLAB R2015b作为平台，在继承第3版基本框架的前提下，根据最新平台的功能和发展趋势，删除旧的，扩展新的，完善基本内容，使本书更实用。

本书分实用教程部分、习题部分和实验等部分。各部分深入浅出，相互配合，层次清楚。先讲解后实例，先引导操作后思考练习。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。本书配备了教学课件和实例文件，方便老师授课和学生自学。需要者可在电子工业出版社的http://www.hxedu.com.cn平台免费下载。

实际上，本书不仅适合于教学，也适合于MATLAB的各类培训和用MATLAB编程开发的用户学习和参考。只要阅读本书，结合上机操作指导进行练习和实习，就能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。参加本系列书编写的还有徐文胜、丁有和、殷红先、陈瀚、陈冬霞、邓拼搏、高茜、刘博宇、彭作民、钱晓军、孙德荣、陶卫冬、吴明祥、王志瑞、徐斌、俞琰、严大牛、郑进、张为民、周何骏、于金彬、马骏、周怡明、姜乃松、梁敬东等。

由于作者水平有限，错误在所难免，敬请广大师生、广大读者批评指正。

意见建议邮箱：easybooks@163.com

编 者

2016年3月

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 8
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 Reporter）
19
1．3．8　程序运行时间窗口
（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 66
2．5．3　多项式拟合和插值 67
2．6　元胞数组和结构数组 70
2．6．1　元胞数组 70
2．6．2　结构数组 73
2．7　数据分析 76
2．7．1　数据统计和相关分析 76
2．7．2　差分和积分 77
2．7．3　卷积和快速傅里叶变换 79
2．7．4　向量函数 81
第3章 MATLAB符号计算 83
3．1　符号表达式的建立 83
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 85
3．1．3　符号矩阵 86
3．2　符号表达式的代数运算 87
3．2．1　符号表达式的代数运算 87
3．2．2　符号数值任意精度控制
和运算 88
3．2．3　符号对象与数值对象
的转换 90
3．3　符号表达式的操作和转换 91
3．3．1　符号表达式中自由变量
的确定 91
3．3．2　符号表达式的化简 92
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 96
3．4　符号极限、微积分和级数
求和 97
3．4．1　符号极限 97
3．4．2　符号微分 98
3．4．3　符号积分 100
3．4．4　符号级数 101
3．5　符号积分变换 102
3．5．1　傅里叶变换及其反
变换 102
3．5．2　拉普拉斯变换及其反
变换 103
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　基本绘图命令 113
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　交互式图形命令 125
4．2　MATLAB的特殊图形绘制 126
4．2．1　条形图 127
4．2．2　面积图和实心图 128
4．2．3　直方图 129
4．2．4　饼形图 130
4．2．5　离散数据图 131
4．2．6　对数坐标和极坐标图 131
4．2．7　等高线图 133
4．2．8　复向量图 133
4．3　MATLAB的三维图形绘制 134
4．3．1　绘制三维线图命令 134
4．3．2　绘制三维网线图
和曲面图 135
4．3．3　立体图形与图轴
的控制 137
4．3．4　色彩的控制 139
4．4　图形绘制工具 142
4．5　对话框 143
4．6　句柄图形 146
4．6．1　句柄图形体系 146
4．6．2　图形对象的操作 147
4．7　用户图形界面设计 151
4．7．1　可视化的界面环境 151
4．7．2　菜单 152
4．7．3　控件 154
4．7．4　对象对齐工具、属性编辑器
和对象浏览器 156
4．7．5　回调函数 157
4．8　图形文件转储 159
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 162
5．1．4　switch…case开关结构 163
5．1．5　try…catch…end试探
结构 164
5．1．6　流程控制语句 165
5．1．7　循环结构与动画 167
5．2　M文件 169
5．2．1　M文件编辑器 169
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　函数的参数 175
5．3．4　程序举例 178
5．4　利用函数句柄执行函数 182
5．4．1　函数句柄的创建 182
5．4．2　用feval命令执行函数 183
5．5　利用泛函命令进行数值分析 184
5．5．1　求极小值 184
5．5．2　求过零点 185
5．5．3　数值积分 187
5．5．4　微分方程的数值解 187
5．6　内联函数 189
5．7　M文件性能的优化和加速 190
5．7．1　M文件性能优化 190
5．7．2　P码文件 191
第6章 线性控制系统分析与设计 193
6．1　线性系统的描述 193
6．1．1　状态空间描述法 193
6．1．2　传递函数描述法 195
6．1．3　零极点描述法 195
6．1．4　离散系统的数学描述 196
6．2　线性系统模型之间的转换 198
6．2．1　连续系统模型之间
的转换 198
6．2．2　连续系统与离散系统之间
的转换 201
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 209
6．4．2　脉冲响应分析 210
6．4．3　阶跃响应分析 212
6．4．4　任意输入的响应 213
6．4．5　系统的结构参数 215
6．5　线性系统的频域分析 218
6．5．1　频域特性 218
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 223
6．6　频率特性校正 225
6．6．1　超前校正 225
6．6．2　滞后校正 226
6．7　线性系统的根轨迹分析 227
6．7．1　绘制根轨迹 228
6．7．2　根轨迹的其他工具 229
6．8　线性系统的图形工具界面 232
6．8．1　LTI Viewer界面 232
6．8．2　SISO设计工具
sisotool 234
第7章 Simulink仿真环境 237
7．1　演示1个Simulink的简单
程序 237
7．2　Simulink文件操作和模型
窗口 240
7．2．1　Simulink文件操作 240
7．2．2　Simulink模型窗口 240
7．3　模型创建 241
7．3．1　模块操作 241
7．3．2　信号线操作 241
7．4　Simulink基本模块 243
7．5　复杂系统仿真与分析 248
7．5．1　仿真设置 248
7．5．2　系统仿真举例 251
7．5．3　仿真结构参数化 259
7．6　子系统与封装 260
7．6．1　建立子系统 260
7．6．2　条件执行子系统 262
7．6．3　子系统的封装 265
7．7　用MATLAB命令创建
和运行Simulink模型 268
7．8　S函数 270
7．8．1　S函数的介绍 270
7．8．2　S函数的编写 271
7．8．3　S函数模块的使用 273
第8章 MATLAB高级应用 276
8．1　Notebook 276
8．1．1　Notebook安装 276
8．1．2　Notebook启动 276
8．1．3　Notebook使用 278
8．1．4　Notebook中的MATLAB
使用 282
8．2　MuPAD notebook的使用 284
8．2．1　MuPAD Notebook 284
8．2．2　MuPAD 函数的使用 286
8．3　低级文件输入/输出 287
8．3．1　打开和关闭文件 287
8．3．2　读/写格式化文件 289
8．3．3　读/写二进制数据 290
8．3．4　文件定位 292

第2部分 习题
第1章 MATLAB R2015a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环境及命令
窗口 304
实验2 MATLAB数值计算 315
实验3 MATLAB的符号计算 324
实验4 MATLAB的计算可视化
和GUI设计 332
实验5 MATLAB程序设计 340
实验6 线性控制系统分析
与设计 347
实验7 Simulink仿真环境 357

第4部分 附录
附录A 习题答案 367
附录B 模拟测试题 388
附录C 模拟测试题答案 390
附录D 例题索引 393
附录E 程序的调试 399