MATLAB-语言及其应用电子教案
(完整版)matlab电子教案(1)
第二章Matlab 初步（12课时）一、初等运算和初等函数（0.5课时）１、简单指令：（P5/6）例1．算术运算 a=2^2+(12+2*(7-4))/3^2-2^(1/2) %注意算术运算的运算符例2. 简单矩阵⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=987654321A 的 输入。
A = [1,2,3; 4,5,6; 7,8,9]A = [1 2 3; 4 5 6; 7 8 9]A=[1,2,34,5,67,8,9] %分行输入例3．指令的续行输入S=1–1/2+1/3–1/4+1/5–1/6+1/7 …-1/8２、数值、变量和表达式（１）数值的记述MATLAB 的数值采用习惯的十进制（或科学计数法）表示，可以带小数点或负号。
（２）变量命名规则变量名、函数名是对字母大小写敏感的。
变量名的第一个字符必须是英文字母，最多可包含63个字符（英文、数字和下连符）。
（３）MATLAB 默认的预定义变量：（P7/8）３、有关复数的函数：(P8/9)real(a) %给出复数a 的实部imag(a) %给出复数a 的虚部abs(a) %给出复数a 的模angle(a) %以弧度为单位给出复数a 的相位角例4．复数的运算——表达复数ie z i z i z 63212,21,43π=+=+=，及计算321z z z z =。
z1=3+4i %经典教科书的直角坐标表示法z2=1+2*i %运算符构成的直角坐标表示法z3=2*exp(i*pi/6) %运算符构成的极坐标表示法z=z1*z2/z3例5．复数矩阵的生成与计算(P15/10)A=[1,3;2,4]-[5,8;6,9]*iB=[1+5i,2+6i;3+8*i,4+9*i]C=A*B例6．求复数矩阵的实部、虚部、模和相角（接例5）C_real=real(C)C_imag=imag(C)C_magnitude=abs(C)C_phase=angle(C)*180/pi例7．复数的运算 ——计算-8的3次方根 (P10/11)(1) 直接计算时，得到的是处于第一象限的方根a=-8;r=a^(1/3)(2) 全部方根的计算% 先构造一个多项式a r r p -=3)(p=[1,0,0,-a]; %p 是多项式)(r p 的系数向量%指令末尾的“英文状态分号”使该指令运行后，不显示结果。
MATLAB语言及应用综合课程设计
MATLAB语言及应用综合课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握MATLAB编程基础，能够运用MATLAB解决简单的数学和工程问题。
具体目标如下：1.理解MATLAB的基本语法和结构。
2.掌握MATLAB的基本数据类型和运算符。
3.学会编写MATLAB脚本程序和函数程序。
4.熟悉MATLAB的数据可视化功能。
5.能够使用MATLAB进行简单的数学计算和矩阵操作。
6.能够利用MATLAB解决线性方程组、微分方程等问题。
7.能够使用MATLAB进行数据分析和图像处理。
8.能够编写MATLAB程序解决实际的工程问题。
情感态度价值观目标：1.培养学生的计算思维和问题解决能力。
2.培养学生对科学计算和工程技术的兴趣和热情。
3.培养学生的团队合作和交流能力。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几个方面：1.MATLAB基本语法和结构：变量、数据类型、运算符、流程控制等。
2.MATLAB编程技巧：脚本程序、函数程序、字符串处理、文件操作等。
3.MATLAB数学计算：矩阵运算、线性方程组求解、微分方程求解等。
4.MATLAB数据可视化：二维和三维图形、图像处理、动画制作等。
5.MATLAB工程应用：信号处理、控制系统、优化问题等。
教学大纲将按照以上内容进行安排和进度控制，每个部分都会有相应的练习和案例分析，以确保学生能够扎实掌握MATLAB的基本知识和应用能力。
为了激发学生的学习兴趣和主动性，将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：通过讲解MATLAB的基本概念和语法，使学生掌握MATLAB的基本知识。
2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解MATLAB在工程中的应用和解决问题的能力。
3.实验法：通过上机实验，使学生亲自动手编写MATLAB程序，培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
4.小组讨论法：通过小组讨论和合作，培养学生的团队合作和交流能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，将选择和准备以下教学资源：1.教材：《MATLAB入门与提高》2.参考书：《MATLAB编程与应用》3.多媒体资料：MATLAB软件及其教程、案例分析视频等。
MATLAB实用教程-电子教案
功
能
创建一个所有元素都为1的矩阵
创建一个所有元素都为0的矩阵
创建对角线元素为1，其他元素为0的矩阵
将输入矩阵的元素分配到输出矩阵中的指定位置
根据矢量创建对角矩阵
创建一个方形矩阵，其中行、列和对角线上元素的和相等
创建一个矩阵或数组，其中的元素为服从均匀分布的随机数 创建一个矩阵或数组，其中的元素为服从正态分布的随机数
（主要是基于数值式计算）
2.MathCAD 软件
MathCAD是美国Mathsoft公司推出的一个交互式的数学系统软件. 从早期的DOS下的1.0和Windows下的4.0版本,到今日的8.0版本,功能也从简单的数值计算,直至引 用Maple强大的符号计算能力、使得它发生了一个质的飞跃. MathCAD是集文本编辑,数学计 算,程序编辑和仿真于一体的软件.
创建一个二维字符串时，确定每行具有相同的长度，例如，下面两个字符串都有5个字符，用 它们组合起来的二维字符串是合法的。
name = ['Li Yi' ; 'Hu Xu '] name =
Li Yi Hu Xu
根据不同长度的字符串创建字符串时，将短的那些字符串后面用空格补齐，使所有字符串的 长度相同。
SAS意为统计分析系统,是由美国SAS研究所于1976年推出的用于决策支持的大型信息集成系 统.是当前最重要的专业统计软件之一.
SAS系统是一个由三十多个专用模块组成的大型集成式软件包.其功能包括客户机服务器计算, 数据访问,数据存储及管理,应用开发,图形处理,数据分析,报告编制,质量控制,项目管理,运筹学 方法,计量经济学与预测等.
5. SPSS软件
SPSS是软件英文名称的首字母缩写,原意为Statistical Package for the Social Sciences,即社会科学 统计软件包.
MATLAB语言及应用课程教学大纲
《MATLAB语言及应用》课程教学大纲课程编号：21311105总学时数：32总学分数：2课程性质：专业必修课适用专业：电气工程及其自动化一、课程的任务和基本要求：控制算法是集中现代控制系统CAD 技术的本质反映，对于控制算法系统深入地学习，在扩展计算机技术在控制理论中的应用和发展，同时培养学生运用计算机技术进行思维和开发的能力。
控制系统理论、计算方法与计算机技术的结合是当代控制理论发展的标志，因此在以MATLAB 为代表的软件平台上，对控制系统进行分析、设计与仿真将成为控制工程领域工程师必须熟练掌握的重要知识和技能。
因此，深入透彻地分析和理解控制算法的思想和构造就必须系统学习典型控制系统应用软件的基本原理和控制算法，将成为本课程的目的和任务。
通过本课程的学习，要求学生掌握对于控制系统的分析和综合设计的方法和基本技巧，而控制算法在控制系统CAD 技术中占有相当大的比重，本课程要求较熟练掌握控制算法的基本思想；MATLAB 是一种解释性编程语言，因此，要求熟练掌握MATLAB 的基本编程手段和模块化编程方法，消化和理解控制语言描述的图形界面的设计过程。
二、基本内容和要求：1.自动控制系统与仿真基础知识（1）自动控制系统基本概念（2）自动控制系统分类（3）控制系统仿真基本概念（4）MA TLAB与控制系统仿真（5）MA TLAB 7中控制相关的工具箱要求：了解自动控制系统与仿真的基础知识，包括自动控制系统的基本概念、分类，以及控制系统仿真的基本概念和Matlab工具。
2.MA TLAB计算及仿真基础（1）MA TLAB概述（2）MA TLAB桌面操作环境（3）MA TLAB数值计算（4）关系运算和逻辑运算（5）符号运算（6）复数和复变函数运算（7）MA TLAB常用绘图命令（8）MA TLAB程序设计要求：了解MA TLAB计算及仿真基础，包括MATLAB的安装、界面及其数值计算、函数运算、程序设计及其绘图命令。
《matlab语言及应用》教学大纲
课程编号X1602005《Matlab语言及应用》教学大纲Matlab language and application一、课程基本信息二、课程教学目标MATLAB语言与应用（Matlab language and application）是为信息工程专业开设的一门专业课，旨在向本专业学生介绍一种解决专业问题的快速有效且具有强大功能的科学与工程计算软件。
通过本课程的学习，希望学生获得一种从专业问题中抽象出数学模型进而运用MATLAB语言去求解的思维方法，训练综合运用语言和专业知识去解决问题的能力。
三、实验指导的基本要求1.掌握Matlab软件的基本使用。
2.掌握基本波形的产生的方法。
3.了解信号的各种运算和变换方法。
4.了解数据分析的相关函数。
5.掌握数字信号的变换技术。
6.掌握二维曲线和三维曲线绘制的步骤和方法。
7.掌握MATLAB程序设计的典型程序结构。
8.掌握数字滤波器的基本原理，掌握用Matlab设计实现IIR数字滤波器和FIR数字滤波器。
四、本课程的先导课程《高等数学》《概率论与数理统计》《数字信号处理》五、教学方法与手段教师讲授和学生上机相结合，讲练结合，采用多媒体教学手段为主，重点难点辅以板书。
六、考核方式与成绩评定办法考核形式为上机操作、提交Matlab程序文档及实验报告综合评定。
1、上机操作占总成绩的50%，主要由出勤率和上机表现构成。
2、提交Matlab程序文档占总成绩的30%，主要由程序文档内容达到当次实验要求的程度决定。
3、实验报告成绩占总成绩的20%，由各次实验报告撰写完成情况决定。
七、使用教材及参考书目【使用教材】薛年喜编. MATLAB在数字信号处理中的应用. 清华大学出版社，2008年1月出版。
【参考书目】1、刘卫国等编著. MATLAB程序设计与应用(第二版). 高等教育出版社，2006年2、张志涌等编著. 精通MATLAB6.5版. 北京航空航天大学出版社，2003年3、陈亚勇等编著. MA TLAB 信号处理详解. 人民邮电出版社，2001年八、课程结构和学时分配九、教学内容第一章 MATLAB R2006a基础（4学时）【教学目标】1. 了解Matlab语言的背景知识。
MATLAB语言及其应用教案
MATLAB语言及其应用教案第一章：MATLAB简介1.1 课程目标让学生了解MATLAB的发展历程及其在工程领域的应用让学生熟悉MATLAB的工作环境让学生掌握MATLAB的基本命令和操作1.2 教学内容MATLAB的发展历程MATLAB的工作环境MATLAB的基本命令和操作1.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习1.4 课后作业熟悉MATLAB的工作环境掌握MATLAB的基本命令和操作第二章：MATLAB基本语法2.1 课程目标让学生了解MATLAB的基本语法规则让学生掌握MATLAB的数据类型和变量让学生熟悉MATLAB的数学运算2.2 教学内容MATLAB的基本语法规则MATLAB的数据类型和变量MATLAB的数学运算2.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习2.4 课后作业熟悉MATLAB的基本语法规则掌握MATLAB的数据类型和变量熟练运用MATLAB的数学运算第三章：MATLAB编程技巧3.1 课程目标让学生了解MATLAB的编程技巧让学生掌握MATLAB的循环和条件语句让学生熟悉MATLAB的函数编程3.2 教学内容MATLAB的编程技巧MATLAB的循环和条件语句MATLAB的函数编程3.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习3.4 课后作业熟悉MATLAB的编程技巧掌握MATLAB的循环和条件语句熟练运用MATLAB的函数编程第四章：MATLAB绘图功能4.1 课程目标让学生了解MATLAB的绘图功能让学生掌握MATLAB的基本绘图命令让学生熟悉MATLAB的绘图技巧4.2 教学内容MATLAB的绘图功能MATLAB的基本绘图命令MATLAB的绘图技巧4.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习4.4 课后作业熟悉MATLAB的绘图功能掌握MATLAB的基本绘图命令熟练运用MATLAB的绘图技巧第五章：MATLAB在信号处理中的应用5.1 课程目标让学生了解MATLAB在信号处理领域的应用让学生掌握MATLAB信号处理的基本方法让学生熟悉MATLAB信号处理的实例5.2 教学内容MATLAB在信号处理领域的应用MATLAB信号处理的基本方法MATLAB信号处理的实例5.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习5.4 课后作业熟悉MATLAB在信号处理领域的应用掌握MATLAB信号处理的基本方法熟练运用MATLAB信号处理的实例第六章：MATLAB在控制系统设计中的应用6.1 课程目标让学生了解MATLAB在控制系统设计领域的应用让学生掌握MATLAB控制系统设计的基本方法让学生熟悉MATLAB控制系统设计的实例6.2 教学内容MATLAB在控制系统设计领域的应用MATLAB控制系统设计的基本方法MATLAB控制系统设计的实例6.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习6.4 课后作业熟悉MATLAB在控制系统设计领域的应用掌握MATLAB控制系统设计的基本方法熟练运用MATLAB控制系统设计的实例第七章：MATLAB在图像处理中的应用7.1 课程目标让学生了解MATLAB在图像处理领域的应用让学生掌握MATLAB图像处理的基本方法让学生熟悉MATLAB图像处理的实例7.2 教学内容MATLAB在图像处理领域的应用MATLAB图像处理的基本方法MATLAB图像处理的实例7.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习7.4 课后作业熟悉MATLAB在图像处理领域的应用掌握MATLAB图像处理的基本方法熟练运用MATLAB图像处理的实例第八章：MATLAB在仿真建模中的应用8.1 课程目标让学生了解MATLAB在仿真建模领域的应用让学生掌握MATLAB仿真建模的基本方法让学生熟悉MATLAB仿真建模的实例8.2 教学内容MATLAB在仿真建模领域的应用MATLAB仿真建模的基本方法MATLAB仿真建模的实例8.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习8.4 课后作业熟悉MATLAB在仿真建模领域的应用掌握MATLAB仿真建模的基本方法熟练运用MATLAB仿真建模的实例第九章：MATLAB在优化计算中的应用9.1 课程目标让学生了解MATLAB在优化计算领域的应用让学生掌握MATLAB优化计算的基本方法让学生熟悉MATLAB优化计算的实例9.2 教学内容MATLAB在优化计算领域的应用MATLAB优化计算的基本方法MATLAB优化计算的实例9.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习9.4 课后作业熟悉MATLAB在优化计算领域的应用掌握MATLAB优化计算的基本方法熟练运用MATLAB优化计算的实例第十章：MATLAB在工程实践中的应用10.1 课程目标让学生了解MATLAB在工程实践领域的应用让学生掌握MATLAB工程实践的基本方法让学生熟悉MATLAB工程实践的实例10.2 教学内容MATLAB在工程实践领域的应用MATLAB工程实践的基本方法MATLAB工程实践的实例10.3 教学方法讲授结合实例演示学生上机操作练习10.4 课后作业熟悉MATLAB在工程实践领域的应用掌握MATLAB工程实践的基本方法熟练运用MATLAB工程实践的实例重点解析本文教案主要介绍了MATLAB语言及其在各个领域的应用。
Matlab语言及应用实验指导书
《Matlab语言及应用》上机实验指导书吉林大学地球探测科学与技术学院地球化学系2010年实验一MATLAB应用开发环境目的与要求（1）熟悉MATLAB桌面。
（2）掌握命令窗口的使用方法。
（3）了解MATLAB的帮助系统。
（4）基本掌握在MATLAB命令窗口中进行语言要素的基本操作。
实验准备（1）了解MATLAB的安装的软硬件要求。
（2）了解MATLAB的基本特征和基本语法。
（3）主要窗口的基本功能。
实验内容1．使用命令窗口启动MATLAB。
从“Desktop”菜单中选择Desktop layout->default,恢复MATLAB窗口的缺省设置。
Command Windows窗口中练习如下操作:（1）变量与基本运算（2）向量与矩阵的处理（3）常用数学函数（4）程序流程控制提示：在输入过程中注意符号的中文和西文的不同，Matlab语言使用的均为西文的符号。
(5) M文件首先，建立自己的工作目录mywork，然后利用File菜单中的Set Path将mywork目录添加到Matlab的搜索路径中。
利用MATLAB的M文件编制器,建立如下命令行文件:％This ls my first test M—file．％Roger Jang，March 3，1997fprintf('Start Of test.m!\n')；for i=1:3，fprintf('i=%d-->i^3=%\n’,i,i^3)；endfprintf('End of test.m!\n')；以test1.m为文件名，保存在mywork目录中。
在命令窗口中键入test1 后执行,结果如下: Start of test.m!i=l ---> i^3=1i=2 ---> i^3=8i=3 ---> i^3=27End of test．m!按上述方法建立函数文件如下：function output=fact2(n)%FACT2 Calculate factorial of a given positive integer(recursive Version)if n==1 %Terminating conditionoutput=l;return;endoutput=n*fact2(n-1);以fact2.m为文件名，保存在mywork目录中。
应用matlab课课程设计
应用matlab课课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握 MATLAB 的基本操作和编程方法，能够利用MATLAB 进行简单的数学计算、数据分析、图像处理等操作。
通过本课程的学习，学生应达到以下具体目标：1.理解 MATLAB 的基本概念，如矩阵、数组、字符串等。
2.掌握 MATLAB 的基本语法和编程技巧，如变量定义、运算符、控制结构等。
3.熟悉 MATLAB 的函数库，并能运用相关函数进行数学计算、数据分析、图像处理等。
4.能够熟练使用 MATLAB 进行简单的数学计算和数据分析。
5.能够利用 MATLAB 绘制基本的图形和图像。
6.能够编写简单的 MATLAB 脚本程序，解决实际问题。
情感态度价值观目标：1.培养学生的创新意识和实践能力，提高他们运用科学工具解决实际问题的能力。
2.培养学生团队合作的精神，提高他们与人沟通和协作的能力。
二、教学内容根据课程目标，本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.MATLAB 基础知识：介绍 MATLAB 的基本概念、界面布局、命令窗口和脚本编程等。
2.MATLAB 数学计算：包括线性代数运算、数值计算、方程求解等。
3.MATLAB 数据分析：包括数据读取、处理、统计分析等。
4.MATLAB 图像处理：包括图像显示、转换、滤波等。
5.MATLAB 编程技巧：包括函数定义、面向对象编程、模块化编程等。
6.课程导入：介绍 MATLAB 的背景和发展历程，引导学生了解MATLAB 的应用领域。
7.MATLAB 基础知识：讲解 MATLAB 的基本概念和语法，让学生熟悉MATLAB 的操作界面。
8.MATLAB 数学计算：通过实例讲解MATLAB 在数学计算方面的应用，如线性方程组求解、微积分等。
9.MATLAB 数据分析：通过实例讲解MATLAB 在数据分析方面的应用，如数据读取、处理、统计分析等。
10.MATLAB 图像处理：通过实例讲解MATLAB 在图像处理方面的应用，如图像显示、转换、滤波等。
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7
8
【例6-1】
9
超前滞后校正器 超前校正器
10
11
12
▪ 基于模型匹配算法的设计方法
假设受控对象的传递函数为
，
期望闭环系统的频域响应为
，
超前滞后校正器的一般形式为
使得在频率段
内闭环模型对期望闭环模型
匹配指标
为最小
13
提出了下面的设计算法
其中
14
其中，gp 和 f 分别为受控对象和期望闭环 系统的传递函数模型，w1 和 w2 为需要拟 合的频率段上下限。
15
【例6-2】受控对象模型为
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6.1.3 控制系统工具箱中的设计界面
控制器设计界面
界面允许选择和修改控制器的结构，允许添 加零极点，调整增益，从而设计出控制器模型。
17
【例6-3】受控对象和控制器的传递函数模型分别为
47
▪ 离散增量式 PID 控制器
48
▪ 抗积分饱和 (anti-windup) PID 控制器
49
6.3.2 过程系统的一阶延迟模型近似
带有时间延迟一阶模型 (first-order lag plus delay， FOLPD) 一阶延迟模型 (FOLPD) 的数学表示为
50
由响应曲线识别一阶模型
55
【例6-10】
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57
改进的 Ziegler-Nichols 算法
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初始点 A 增益 期望点 A1 增益 PID 控制器
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PI 控制器
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PID 控制器
61
【例6-11】
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63
改进 PID 控制结构与算法
到任意地方。
20
6.2.2 线性二次型指标最优调节器
假设线性时不变系统的状态方程模型为
设计一个输入量 , 使得最优控制性能指标 最小
21
则控制信号应该为 由简化的 Riccati 微分方程
求出
假设
，其中
，则
可以得出在状态反馈下的闭环系统的状态方程为
依照给定加权矩阵设计的 LQ 最优控制器
22
离散系统二次型性能指标 离散 Riccati 代数方程 这时控制律为
35
36
带有观测器的状态反馈控制结构图
37
38
39
如果参考输入信号
，则控制结构
化简为
40
【例6-8】
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42
6.3 过程控制系统的 PID 控制器设计
6.3.1 PID 控制器概述
连续 PID 控制器
MATLAB-语言及其应用
6.1 超前滞后校正器 设计方法
6.1.1 串联超前滞后校正器
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▪ 超前校正器
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3
▪ 滞后校正器
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调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=3
53
最优降阶方法
调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=4
【例6-9】
54
6.3.3 Ziegler-Nichols 参数整定方法
Ziegler-Nichols 经验公式
编写 MATLAB 函数 ziegler( )
微分动作在反馈回路的 PID 控制器
64
精调的 Ziegler-Nichols 控制器及算法
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6.2 基于状态空间模型的 控制器设计方法
6.2.1 状态反馈控制
19
将
代入开环系统的状态方
程模型，则在状态反馈矩阵 下，系统的闭环状
态方程模型可以写成
如果系统
完全可控，则选择合适的 矩
阵，可以将闭环系统矩阵
的特征值配置
23
【例6-4】
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6.2.3 极点配置控制器设计
系统的状态方程为
则系统的闭环状态方程为
25
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Bass-Gura 算法
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基于此算法编写的 MATLAB 函数
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连续 PID 控制器 Laplace 变换形式
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离散 PID 控制器
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离散形式的 PID 控制器
Z 变换得到的离散 PID 控制器的传递函数
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PID 控制器的变形
▪ 积分分离式 PID 控制器 在启动过程中，如果静态误差很大时，可以关闭积 分部分的作用，稳态误差很小时再开启积分作用， 消除静态误差
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▪ 超前滞后校正器
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6.1.2 超前滞后校正器的设计方法
▪ 基于剪切频率和相位裕度的设计方法
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超前滞后校正器的设计规则：
▪ 阶跃响应近似
▪ Nyquist 图近似
▪ 编写 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=1
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基于频域响应的近似方法
调用编写的 MATLAB 函数 getfolpd( ) , key=2
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基于传递函数的辨识方法
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【例6-6】
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6.2.4 观测器设计及基于观测器的 调节器设计
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【例6-7】
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Ackermann 算法 其中 为将 代入 得出的矩阵多项式的值
鲁棒极点配置算法
place( ) 函数不适用于含有多重期望极点的问题 acker( ) 函数可以求解配置多重极点的问题
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【例6-5】
控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用