第一章、MATLAB及其应用概述

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江苏大学机械工程学院测控技术与仪器系 潘海彬

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参考教材及文献 《MATLAB在电子信息课程中的应用》, 陈怀琛, 吴大正,

高西全编著，电子工业出版社，2003年版。 出版社， 2003年3月第1版。 2004年5月第1版

《精通MATLAB6.5版》,张志涌著，北京航空航天大学

《MATLAB实用教程》,郑阿奇主编，电子工业出版社，

《MATLAB与科学计算》,王沫然编著，电子工业出版

社，2003年9月第2版

《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》,薛

定宇，陈阳泉编著，清华大学出版社，2002年4月第1版。

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课程内容章节目录 计划学时

第1章 MATLAB概述及MATLAB的开发环境第2章 MATLAB的数值计算与符号计算 第3章 MATLAB绘图及基本程序设计 第4章 MATLAB在电路和信号与系统中的应用 第5章 MATLAB在自动控制理论中的应用

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第6章 系统仿真(Simulink)工具箱与仿真技术

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教学课时安排

讲 课 上 机 共 计

20 10 30

考核方式：平时上课情况+上机作业情况 +考查或论文情况

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本课程的互联网资源 The MathWorks公司官方网站

MATLAB大观园

一些高校的bbs

清华大学、哈工大、上海交大、西安交大等

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课程目标 熟练MATLAB环境，并能借助于MATLAB的强大科学计

算及数据处理能力来解决一些基本科学及工程计算问题和 数学学科中许多问题。 掌握MATLAB的数值计算与符号计算。

掌握一些基本的函数库，掌握基本的绘图方法和程序设计

方法。 应用MATLAB/Simulink解决电路、信号与系统、自动控

制以及系统仿真等实际问题。

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第一章 MATLAB仿真技术概述及

MATLAB的开发环境

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MATLAB概述MATLAB是由美国MathWorks公司推出的专门用于科学、

工程计算和系统仿真的应用软件。它集成了计算、可视化和程序编制功能，作为一种强大的科学计算平台，它几乎满足 所有的计算需求。 MATLAB是Matrix Laboratory (矩阵实验室)的缩写， 它是一种以矩阵运算为基础的程序语言，与其它计算机语言

相比，其特点是简洁和智能化。

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MATLAB的产生70年代后期，身为美国New Mexico大学计算机系系主任的 Cleve Moler,在给学生讲授线性代数课程时，发现学生用 FORTRAN解决特征值求解、解线性方程组等与矩阵有关的数 学问题时的很费时间，于是利用业余时间为学生编写了专用于 矩阵的处理、运算的程序。Cleve Moler给这个程序取名为

MATLAB (MATrix LABoratory),即Matrix和Laboratory的组合。在以后的数年里，MATLAB在多所大学里作为教学辅助软 件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。

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1983年春天，Cleve Moler到Standford大学讲学，MATLAB深深地吸

引了工程师John Little。John Little敏锐 地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景。于是，他和 Cleve Moler、Steve Bangert一起，并改用C语言开发了第二 代MATLAB专业版，也是MATLAB第一个商用版，同时赋

予了它数值计算和数据图示化的功能。自从第一版发行以来，已有众多的科技工作者加入到MATLAB的开发队伍中，并为 形成今天约MATLAB系统做出了巨大的贡献。 1984年，Cleve Moler和John Little成立了MathWorks公 司，发行了MATLAB第1版(DoS版本1.0)。

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此后， MathWorks公司并继续进行MATLAB的研究和开

发，逐步将其发展成为一个集数值处理、图形处理、图像处理、符号计 算、文字处理、数学建模、实时控制、动态仿真、信号 处理为一体的数学应用软件。 MATLAB以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的 开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包

(如英国的UMIST,瑞典的LUND和SIMNON,德国的KEDDC)纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建。

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1)20世纪70年代后期，Cleve Moler构思并开发；

2)1984年成立MathWorks公司，推出了第一个MATLAB的商业版，它是DOS 1.0版；

3)1990年推出的MATLAB 3.5i版是第一个第一个可以运行于Microsoft Windows下的版本； 4)1993年推出MATLAB4.X版本。4.x版在继承和发展其原有 的数值计算和图形可视能力的同时，出现了以下几个重要变 化：a.推出了SIMULINK;b.推出了符号计算工具包

(Symbolic Math Toolbox 1.0 ) 。MathWorks公司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论， 促成了两种计算的互补发展新时代。

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5)其后MATLAB向着更丰富的数据类型和结构、更友善的面

向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具方向发展。 6)到2008年3月， MathWorks公司发布最新版本MATLAB R2008a版，其中的MATLAB 7.6 ,Simulink 7.1 。

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MATLAB 的典型应用

在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真 等课程的教科书都把MATLAB作为内容。这几乎成了九十年代 教科书与旧版书籍的区别性标志。 在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学

计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上，(尤其是信息科学刊物),都可以看到MATLAB的应用。 由于MATLAB采用了开放式的开发思想，不断吸收各学科 领域权威人士所编写的使用程序，如今的MATLAB已经全部用 C代码进行了全面改写，增添了丰富的图形图像和多媒体功能， 形成了一个规模庞大、覆盖面极广的工具箱(Toolbox)。

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如今MATLAB已应用于下列领域： 数值和符号计算 、工程与科学绘图 、数值

分析 、建模 和仿真、控制系统的设计与仿真 、数字图像处理 、数字信号

处理 、通讯系统设计与仿真 、财务与金融工程 。具体表现为：自动控制、航天工程、汽车工业、生物医学工程、语音处理、 图像处理、雷达工程、信号分析、计算机技术等各行各业中。 MATLAB具体应用领域详见恒润科技官方网站

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另外，在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进

行高效研究、开发的首选软件工具。如美国National Instruments(简称NI)公司的数据采集、 分析和控制软件LabVIEW,Cadence公司的信号和通信分析 设计软件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以 MATLAB为主要支撑。

又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP,Gage公司的各种硬件板卡、仪器等都接受MATLAB的支持。

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MATLAB特点(1)友好的工作平台和编程环境

Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译 就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错 原因分析。而且提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方 便了用户的使用。 (2) 以矩阵和数组为基础的运算 MATLAB 是以矩阵为基础的，不需要预先定义变量和矩 阵(包括数组)的维数，可以方便地进行矩阵的算术运算、关系 运算和逻辑运算等。提供了丰富的矩阵运算处理功能。

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(3)简单易学，使用方便灵活；语法限制不严，程序设计自

由度大MATLAB 中的函数名和表达式更接近我们书写计算公式 的思维表达方式，编写MATLAB程序犹如在草稿纸上排列公 式与求解问题，因此可以快速地验证工程技术人员的算法。 MATLAB包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出

和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M 文件)后再一起运行。 在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。有大 量事先定义的数学函数，并且有很强的用户自定义函数的能力。

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(4)强大的科学计算机数据处理能力 MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600 多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所 需的各种计算功能。在通常情况下，可以用它来代替底层编

程语言，如C和C++ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。 MATLAB的这些函数所能解决的问题其大致包括矩阵运 算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、 符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问 题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等 数学运算、多维数

组操作以及建模动态仿真等。

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(5)强大的符号运算功能 符号运算即用字符串进行数学分析

允许变量不赋值而参与运算 用于解代数方程、微积分、复合导数、积分、二重积分、有 理函数、微分方程、泰乐级数展开、寻优等等，可求得解析 符号解

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(6)丰富的库函数 丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用。

用户还可以根据需要方便地编写和扩充新的函数库。 特别是MATLAB中面向特殊领域的专门的库函数，可以高 效地求解诸如小波分析、模糊逻辑、信号处理、图像处理、控 制等问题。 利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一

切不必要的编程工作。