MATLAB基础与应用教程

配套资源：电子教案、源代码

本书特色：

★ 将MATLAB语言与大学数学教学内容结合。

★ 以应用题为主，融合一些与数学联系密切的应用。

★ 规范性和技巧性相结合。对MATLAB在处理一些实际问题时可能出现的疑点和难点进行详细说明。

★ 本文加重了MATLAB软件的介绍，软件版本采用了目前主流的MATLAB R2014a，且可以使用于非信息类专业缺乏编程训练的学生，受众面更加广泛。

★ 本书适当减少了对MATLAB软件本身介绍地篇幅，适当增加了MATLAB在电力电子和数字信号处理等方面的介绍，使全书内容更加丰富和详实。

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本书深入浅出，以MATLABR2014a为平台，全面细致地讲述MATLAB软件的基础应用及其技术的应用，加入大量MATLAB在工程领域前沿的技术和科研工作实例的介绍，理论与实践并重，使读者能够很快入手掌握MATLAB图像处理应用方法。全书共10章，内容包括MATLAB的运行环境、矩阵与数值计算、MATLAB图形绘制、MATLAB程序设计、Simulink动态仿真环境，以及MATLAB在线性控制系统、智能控制系统、电路及电力电子系统、数字信号处理系统中的应用。本书系统性和应用性强，所有相关程序都经过上机验证通过，且每章都附有小结和习题，方便读者学习与总结。本书可以作为理工科学生MATLAB的本科生教材，也可供从事MATLAB领域研究的工程技术人员参考。

第1章MATLAB基础1
1.1MATLAB概述1
1.1.1MATLAB发展历程1
1.1.2MATLAB系统构成2
1.1.3MATLAB功能2
1.1.4MATLAB常用工具箱3
1.2MATLAB操作环境4
1.2.1MATLAB启动和退出4
1.2.2MATLAB主菜单和功能5
1.2.3命令窗口7
1.2.4命令历史窗口8
1.2.5工作空间窗口9
1.2.6当前工作目录窗口10
1.3MATLAB帮助使用11
1.3.1命令查询11
1.3.2演示帮助13
1.3.3联机帮助13
1.4习题14
第2章MATLAB矩阵计算15
2.1数据类型16
2.1.1基本数值类型16
2.1.2字符串18
2.1.3单元数组19
2.1.4结构体19
2.2矩阵基础21
2.2.1矩阵创建21
2.2.2矩阵操作23
2.3矩阵运算27
2.3.1基本运算27
2.3.2其他运算31
2.4矩阵分析33
2.4.1矩阵信息量33
2.4.2矩阵分解37
2.5稀疏矩阵40
2.5.1稀疏矩阵存储40
2.5.2创建稀疏矩阵40
2.5.3稀疏矩阵运算43
2.6习题44
第3章 MATLAB程序设计45
3.1M文件46
3.1.1脚本文件46
3.1.2函数文件47
3.1.3函数类型50
3.2变量和语句55
3.2.1变量类型55
3.2.2控制流56
3.3程序调试64
3.3.1直接调试法64
3.3.2工具调试法65
3.4函数设计和实现69
3.4.1建立数学模型69
3.4.2编写代码70
3.4.3运行程序70
3.5习题71
第4章Simulink仿真设计71
4.1Simulink概述72
4.1.1Simulink工作环境72
4.1.2Simulink模块库74
4.2Simulink模型的创建和仿真85
4.2.1模型建立86
4.2.2设置模型参数87
4.2.3运行仿真89
4.2.4仿真示例89
4.3仿真器参数配置92
4.3.1Solver面板92
4.3.2Data Import/Export面板94
4.3.3Optimization面板94
4.3.4Diagnotics面板95
4.3.5Hardware Implementation面板95
4.3.6Model Referencing面板96
4.4子系统创建和封装96
4.4.1创建子系统97
4.4.2封装子系统97
4.5S函数设计99
4.5.1S函数使用方法99
4.5.2S函数工作原理100
4.5.3S函数设计模板100
4.5.4S函数示例103
4.6习题107
第5章MATLAB绘图108
5.1MATLAB绘图基本流程109
5.2二维绘图110
5.2.1基本二维绘图110
5.2.2函数绘图114
5.2.3特殊二维绘图117
5.3二维绘图显示设置121
5.3.1曲线格式设置122
5.3.2图形区域控制124
5.3.3图形标注信息127
5.3.4图形编辑器132
5.4三维绘图134
5.4.1三维曲线134
5.4.2三维网格曲面135
5.4.3三维阴影曲面138
5.5三维图形显示控制141
5.5.1视角设置141
5.5.2光照设置142
5.5.3颜色设置144
5.6习题145
第6章GUI图形用户界面设计145
6.1图形用户界面实现146
6.1.1GUI设计原则146
6.1.2利用GUIDE工具实现图形界面设计146
6.2创建用户控件148
6.3编辑菜单149
6.3.1设计下拉菜单149
6.3.2设计右键弹出菜单152
6.4设计工具栏152
6.5生成对话框153
6.5.1文件打开和保存对话框153
6.5.2输入对话框154
6.5.3问题对话框154
6.5.4消息对话框155
6.5.5错误对话框155
6.5.6警告对话框156
6.5.7进程条156
6.5.8列表对话框157
6.5.9帮助对话框157
6.6其他设计工具158
6.6.1控件位置编辑器158
6.6.2Tab顺序编辑器158
6.6.3文件编辑器159
6.6.4属性编辑器159
6.6.5对象浏览器160
6.7回调函数设计160
6.7.1界面初始化设计161
6.7.2对象回调函数设计162
6.7.3回调函数的数据管理171
6.8 GUI生成MATLAB App172
6.9习题174
第7章 MATLAB在数据采集中的应用174
7.1数据采集概述175
7.1.1数据采集系统175
7.1.2数据采集工具箱176
7.2 数据采集过程176
7.2.1声卡的硬件属性和特性177
7.2.2声卡数据采集178
7.3串口通信185
7.3.1串口通信概念185
7.3.2串口通信标准186
7.4 MATLAB串口通信187
7.4.1MATLAB串口概述187
7.4.2 MATLAB串口通信过程188
7.5温度采集和通信系统的设计实现190
7.5.1创建GUI190
7.5.2系统界面设计190
7.5.3代码实现192
7.6习题196
第8章 MATLAB在导航定位中的应用196
8.1惯性导航系统197
8.1.1算法初始化198
8.1.2姿态算法198
8.1.3速度算法201
8.1.4位置算法202
8.1.5误差模型202
8.1.6惯性导航的MATLAB实现204
8.2卫星导航系统209
8.2.1 GPS系统组成209
8.2.2 GPS定位原理210
8.2.3 GPS导航特点211
8.3其他导航系统212
8.3.1视觉导航212
8.3.2声学导航212
8.3.3地球物理导航213
8.3.4多普勒测速导航214
8.4组合导航和信息融合215
8.4.1组合导航信息融合构架215
8.4.2卡尔曼滤波217
8.4.3组合导航系统建模219
8.4.4组合导航信息融合的MATLAB实现221
8.5习题224
第9章 MATLAB在语音信号处理中的应用225
9.1语音信号概述226
9.2语音信号的采集226
9.3语音信号的加窗处理227
9.4短时时域分析229
9.4.1短时能量分析229
9.4.2短时过零分析231
9.4.3短时相关分析233
9.5短时频域分析234
9.5.1短时傅里叶变换234
9.5.2短时频域特征235
9.5.3频域分析的应用238
9.6语音滤波处理239
9.6.1语音的加噪合成239
9.6.2语音的滤波处理241
9.7MATLAB语音处理综合实例246
9.8习题258
第10章 MATLAB在自动控制中的应用259
10.1控制系统数学模型260
10.1.1传递函数模型260
10.1.2零极点模型261
10.1.3状态空间模型262
10.1.4控制模型的转换26

　　MATLAB是美国Mathworks公司开发推出的一款集科学计算、可视化功能、帮助提示功能于一体的开放交互式大型软件。目前，MATLAB已成为图像处理、信号处理、自动控制等专业的基础核心课程首选实验平台，而对于学生最有效的学习途径是结合相关专业课程的学习来掌握MATLAB软件的使用和编程。

　　相比于其他同类书籍，本书是在充分体现MATLAB高级语言编程的特点，提高用户分析问题及解决问题能力的基础上编写的，有以下特点。

　　（1）基础知识与最新功能并重。全书在介绍MATLAB软件基本功能和应用的基础上，对其新增功能进行了介绍和讲解。

　　（2）结合实例和详细注解。本书精选了一百多个例子，对实例附有详细的注释和解析，以及运行结果。

　　（3）面向实际应用。本书列举了语音信号处理、温度数据采集和通信、导航信息解算和自动控制理论等实例

　　全书共10章。第1-6章为基础篇，介绍入门基础、数值计算、程序设计、Simulink仿真、图形绘制、GUI图形用户界面等基础知识；第7-10章为应用篇，介绍MATLAB在语音处理、导航控制、数据采集通信、自动控制等方面的应用。各章内容简单介绍如下。

　　第1章介绍MATLAB软件的工作环境和帮助系统，尤其是与旧版本不同的地方。第2章介绍了MATLAB的数据类型、数组和矩阵运算和稀疏矩阵的处理。第3章介绍了程序设计，包括变量与语句、程序控制、M文件编程和程序调试等。第4章介绍了Simulink仿真工具的使用，包括相关概念、工作环境、系统模型、子系统封装和S函数等内容。第5章介绍了二维绘图和三维绘图的基本方法和图形控制，以及特殊图形的绘制。第6章介绍了GUI图形用户界面的设计，包括创建GUI控件、菜单、工具栏和对话框，以及创建GUI组件的回调函数设计方法。第7章介绍了数据采集和串口通信应用，第8章介绍了导航控制应用，第9章介绍了语音信号处理应用，第10章介绍了自动控制应用。

　　本书的编写得到了华北水利水电大学和机械工业出版社的大力支持。本书是张涛和齐永奇共同完成的，其中齐永奇负责第3、4、7、9章的编写，其余部分和全书的通稿由张涛完成。机械工业出版社的编缉为本书的出版付出了辛勤的劳动。对于书中引用的论文和资料的作者，在此表示深深的感谢。

　　由于时间仓促，书中难免存在不妥之处，请读者原谅，并提出宝贵意见。