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第1章 概述1

1.1 MATLAB概述1

1.2 MATLAB主要功能1

1.2.1 数值分析1

1.2.2 数据分析和可视化1

1.2.3 编程和算法开发2

1.2.4 应用程序开发和部署3

1.3 MATLAB操作界面3

1.3.1 主页/绘图/应用程序菜单4

1.3.2 命令行窗口5

1.3.3 当前文件夹5

1.3.4 工作区6

1.3.5 搜索路径设置6

1.4 MATLAB帮助系统6

第2章 语法8

2.1 基本概念8

2.1.1 数据类型8

2.1.2 变量9

2.1.3 基本语句10

2.2 数组的创建10

2.2.1 向量、矩阵与数组10

2.2.2 简单数组创建方式11

2.2.3 特殊数组创建方式11

2.2.4 用M文件创建和保存数组12

2.2.5 用MATLAB编辑器创建数组12

2.2.6 数组的合并13

2.3 数组的寻址与赋值14

2.3.1 数组的寻址14

2.3.2 数组的赋值15

2.4 数组的扩展与删除15

2.4.1 数组的扩展15

2.4.2 数组的删除16

2.5 数组运算和矩阵运算16

2.5.1 数组运算17

2.5.2 矩阵运算17

2.6 矩阵分解18

2.6.1 行列式、逆和秩18

2.6.2 Cholesky分解19

2.6.3 LU分解20

2.6.4 QR分解21

2.6.5 奇异值分解21

2.6.6 特征值分解22

2.7 运算符22

2.7.1 数学运算符22

2.7.2 关系运算符22

2.7.3 逻辑运算符23

2.7.4 位运算符25

2.7.5 集合运算符25

2.7.6 运算符优先级26

2.8 字符与字符串27

2.8.1 字符串的创建、寻访及存储形式27

2.8.2 字符串数组的创建28

2.8.3 字符串的比较28

2.8.4 字符串的查找与替换29

2.8.5 字符串的类型转换30

2.8.6 其他字符串常用函数31

2.9 多项式计算31

2.9.1 多项式的创建31

2.9.2 多项式运算函数32

2.10 M文件33

2.10.1 M文件编辑器33

2.10.2 M脚本文件34

2.10.3 M函数文件35

2.11 流程控制37

2.11.1 顺序结构37

2.11.2 分支结构38

2.11.3 循环结构40

2.11.4 其他结构41

第3章 绘图43

3.1 绘制二维图形43

3.1.1 使用plot命令绘制二维曲线43

3.1.2 使用plotyy命令绘制双坐标轴曲线45

3.1.3 fplot命令和ezplot命令45

3.2 图形格式化和注释47

3.2.1 图线样式设置47

3.2.2 多子图输出48

3.2.3 合并输出49

3.2.4 图形标识50

3.2.5 坐标轴设置51

3.3 绘制三维图形53

3.3.1 使用plot3命令绘制三维曲线53

3.3.2 使用mesh命令绘制三维曲面54

3.3.3 mesh相关命令及等高线图绘制55

3.3.4 使用surf命令绘制三维曲面56

3.3.5 简易三维图形命令57

3.4 图形的可视化编辑58

3.4.1 创建图形窗口命令figure58

3.4.2 使用绘图工具绘制和编辑图形59

3.4.3 使用图形工具菜单进行图形数据分析61

第4章 数值计算64

4.1 线性方程组的数值解64

4.1.1 左除法直接求解64

4.1.2 利用逆矩阵求解65

4.1.3 采用矩阵的分解求解67

4.1.4 齐次线性方程组非零解68

4.2 非线性方程（组）的数值解69

4.2.1 使用fzero求解一元非线性方程69

4.2.2 使用solve命令求解非线性方程（组）70

4.2.3 使用roots命令求解多项式方程71

4.2.4 使用fsolve命令求解非线性方程（组）71

4.3 数值微积分72

4.3.1 使用diff命令实现数值微分72

4.3.2 一元函数数值积分73

4.3.3 梯形数值积分命令trapz74

4.3.4 矩形区域二重数值积分命令dblquad74

4.3.5 三重数值积分命令triplequad75

4.4 常微分方程的数值解75

4.4.1 常微分方程初值问题75

4.4.2 一阶常微分方程初值问题的求解76

4.4.3 高阶常微分方程初值问题的求解77

4.4.4 常微分方程边值问题及求解78

4.5 函数插值79

4.5.1 使用interp1命令进行一维插值79

4.5.2 使用interp2命令进行二维插值81

4.5.3 使用spline命令进行样条插值83

4.6 曲线拟合84

4.6.1 使用ployfit命令进行多项式拟合84

4.6.2 非线性最小二乘拟合命令lsqcurvefit86

4.6.3 曲线拟合工具箱87

第5章 符号计算89

5.1 使用syms命令创建符号对象89

5.2 使用sym命令创建符号数字90

5.3 化简符号表达式90

5.4 符号表达式的变量替代91

5.5 符号表达式的微积分91

5.6 求解符号方程92

5.7 符号表达式绘图93

5.8 使用MuPAD记事本96

5.8.1 MuPAD语法基础96

5.8.2 MuPAD微积分运算98

5.8.3 MuPAD矩阵运算99

5.8.4 MuPAD符号表达式化简99

5.8.5 MuPAD解方程和解不等式100

5.8.6 MuPAD绘图100

第6章 优化工具箱及应用103

6.1 优化工具箱概述103

6.1.1 优化工具箱的功能103

6.1.2 优化工具箱的特色103

6.1.3 优化工具箱函数104

6.2 优化工具箱图形界面GUI106

6.2.1 启动优化工具箱GUI106

6.2.2 优化工具箱GUI介绍106

6.2.3 使用GUI解优化问题的步骤108

6.3 无约束极值问题110

6.3.1 无约束极小值命令fminunc110

6.3.2 无约束极小值命令fminsearch111

6.4 约束极值问题112

6.4.1 一元函数极小值命令fminbnd112

6.4.2 多变量约束极小值命令fmincon113

6.4.3 半无限约束极小值命令fseminf114

6.5 线性规划和混合整数规划116

6.5.1 线性规划命令linprog116

6.5.2 混合整数规划命令intlinprog117

6.6 二次规划118

6.7 最小二乘优化119

6.7.1 约束线性最小二乘优化命令lsqlin119

6.7.2 非线性最小二乘优化命令120

6.8 基于优化工具箱的曲柄摇杆机构设计121

第7章 Simulink及控制系统应用124

7.1 Simulink简介124

7.2 Simulink启动125

7.3 Simulink建模基础127

7.3.1 模块的基本操作127

7.3.2 模块的连接128

7.3.3 显示端口数据类型129

7.3.4 模型注释130

7.3.5 Simulink常用模块库130

7.4 Simulink仿真环境的设置132

7.4.1 求解器设置132

7.4.2 仿真数据的输入/输出设置133

7.4.3 诊断设置135

7.5 Simulink建模举例135

7.5.1 简单数学等式的模型建立135

7.5.2 连续系统的模型建立136

7.5.3 最优框图数学模型的建立138

7.6 Simulink的子系统140

7.6.1 子系统的建立140

7.6.2 子系统的封装141

7.6.3 条件子系统146

7.7 Simulink S-函数147

7.7.1 S-函数147

7.7.2 S-函数的工作机理148

7.7.3 S-函数的建立148

7.7.4 用M文件创建S-函数实例150

7.8 控制系统的仿真152

7.8.1 控制系统数学建模152

7.8.2 线性系统的时域分析157

7.8.3 线性系统的根轨迹158

7.8.4 线性系统的频域分析159

第8章 Simulink在机构学中的应用162

8.1 机构位置分析162

8.2 机构速度仿真163

8.3 机构加速度仿真165

8.4 机构动力学仿真171

8.5 机构速度控制仿真177

8.6 含电机模型的机构速度控制仿真180

第9章 SimMechanics机械系统仿真184

9.1 SimMechanics常用模块184

9.2 曲柄滑块机构SimMechanics仿真185

9.3 两自由度机器人SimMechanics仿真190

9.4 三自由度机器人点位控制与连续轨迹控制194

9.5 SimMechanics平台与CAD软件关联201

第10章 MATLAB在数字信号处理中的应用204

10.1 信号的生成和运算204

10.1.1 模拟信号的生成204

10.1.2 数字信号的生成205

10.1.3 信号的运算206

10.2 信号的频谱分析206

10.2.1 周期信号的分解206

10.2.2 信号的离散傅里叶变换208

10.3 数字音频信号处理209

10.4 数字图像信号处理211

参考文献213