MATLAB在电类专业课程中的应用 教程及实训

在电气工程专业，MATLAB是很多基础课和专业课程的软件工具。本书是基于MATLAB在各课程中的应用，以教程和实训紧密结合的形式，介绍了MATLAB在各门课程中的专用函数、设计和分析方法。教程部分章先系统地介绍了MATLAB的运行环境、命令语法等基本应用，然后在后面的第二章到第八章都是介绍MATLAB在电气工程专业的各门课程中的应用，包括高等数学、电路原理、电子电路、电机拖动、自控原理、电力系统和信号与系统等课程，以先讲解原理后实例的方式，突出了专业应用。实训部分与教程内容相互配合，先提出知识要点，然后按部就班指导操作，在操作中提出修改，方便学生循序渐进地上机操作，并对学生的掌握程度进行检验。本书的特点是教程与实训结合，有理论介绍、实例说明和实训操作几部分，循序渐进的加深学生的理解。具有实用性强，容易掌握的特点。本书可作为大学本科和专科电气工程相关专业课程的教材或教学参考书，也可作为MATLAB用户学习和参考书，在目前的MATLAB教材市场上具有明显特色。

目录前言第1篇教程1第1章MATLAB开发环境及编程111MATLAB概述1111MATLAB集成开发环境2112MATLAB的各个窗口312MATLAB基本运算9121MATLAB的数据类型9122MATLAB的数据11123MATLAB的数值运算17124符号运算2113MATLAB的绘图22131二维绘图23132特殊绘图25133三维绘图2814MATLAB程序设计30141流程控制语句30142分支结构31143循环结构33144错误结构3515MATLAB的文件36151MATLAB的文件类型36152M脚本文件（Script）37153M函数文件37154设置搜索路径4016Simulink仿真工具41161Simulink模型库介绍41162Simulink模型的建立42163Simulink子系统45习题46第2章MATLAB在数学运算中的应用4821MATLAB在高等数学中的应用48211微分和积分48212极限50213级数51214解方程和微分方程53215函数5722MATLAB在线性代数中的应用60221行列式60222正交性63223向量空间6523MATLAB在积分变换中的应用66231Fourier变换66232Laplace变换67233Z变换6824MATLAB在复变函数中的应用69241复数69242复变函数70243留数7125多项式运算72251多项式的算术运算73252多项式的拟合与插值75习题79第3章MATLAB在电路原理中的应用8131线性电路分析81311网孔法81312节点法83313戴维南定理8532动态电路分析87321通过解微分方程求响应87322使用拉普拉斯逆变换求系统响应8833正弦稳态电路90331绘制相量图91332计算电路动态响应9134Simulink的电路仿真94341电路仿真的主要模块94342网孔电流法电路95343带受控源电路96344动态电路99345正弦稳态电路9935二端口电路101习题105第4章MATLAB在电机与拖动中的应用10841变压器108411变压器负载运行108412变压器模型仿真11042直流电动机的运行112421直流电动机的机械特性112422直流电动机的串电阻起动114423直流电动机的反接制动117424直流电动机改变电枢电压调速11943异步电动机的运行121431异步电动机的机械特性121432异步电动机转子串电阻起动122433异步电动机能耗制动125434异步电动机变频调速126习题129第5章MATLAB在电力电子技术中的应用13051电力电子元器件130511常用电力电子元件模型130512常用电力电子元件特性测试13252单相整流和逆变电路133521单相半波整流电路133522单相桥式全控整流和逆变电路13553三相整流和逆变电路139531三相半波整流电路139532三相桥式全控整流及有源逆变电路14254直流斩波电路145541升压斩波电路（BoostChopper）146542升降压斩波电路（BoostBuckChopper）14755交流交流变换电路150551调压电路150552调功电路15356PWM整流逆变电路155561调制法生成SPWM波形155562电压型单相全桥SPWM逆变158563三相SPWM逆变电路160习题162第6章MATLAB在自动控制原理中的应用16361控制系统的数学模型163611创建系统的模型163612系统的模型参数168613系统模型的连接和简化16962时域分析的MATLAB实现173621使用拉普拉斯变换和逆变换计算时域响应173622线性系统的时域分析174623线性系统的结构参数与时域性能指标17663频域分析的MATLAB实现179631线性系统的频域分析179632频域分析性能指标18164根轨迹分析的MATLAB实现183641线性系统的根轨迹分析183642根轨迹设计工具18565稳定性分析和稳态误差186651根据闭环特征方程判定系统稳定性186652用频率特性法判定系统稳定性186653用根轨迹法判定系统稳定性188654稳态误差分析18966线性定常系统分析与设计的图形工具189661线性定常系统仿真图形工具LTIViewer189662SISO设计工具sisotool19067使用Simulink仿真自动控制系统193习题195第7章MATLAB在电力拖动自动控制系统中的应用19771单闭环调速系统197711单闭环有静差调速系统197712单闭环无静差调速系统20172双闭环直流调速系统20473PWM可逆直流调速系统209731可逆PWM变换器209732单闭环PWM可逆直流调速系统211733双闭环PWM可逆直流调速系统21274交流调压系统216741交流调压调速系统原理216742交流调压调速仿真模型21775变频调速系统22076异步电动机的交流变频调速系统222761转速恒压频比交流变频调速系统的原理222762转速恒压频比交流变频调速系统的仿真模型22477绕线转子异步电动机串级调速系统227771串级调速系统的工作原理228772绕线转子异步电动机串级调速系统仿真229习题231第8章MATLAB在信号与系统中的应用23381信号233811各种信号的MATLAB实现233812信号的基本运算23682线性系统的时域分析238821线性时不变系统的零输入响应238822线性时不变系统的全响应240823线性时不变系统的冲激响应242824用卷积计算线性时不变系统的时域响应24383傅里叶分析245831信号的合成245832信号的傅里叶变换247833周期信号的傅里叶级数24884离散系统的响应251习题254第2篇实训256实训1MATLAB开发环境及编程256实验11MATLAB集成开发环境256实验12MATLAB算术运算和绘图259实验13符号运算和文件263实验14Simulink仿真模型264实训2MATLAB在数学运算中的应用268实验21微积分、极限和级数运算268实验22解方程和微分方程271实验23解线性代数问题273实验24复变函数和积分变换275实验25多项式的拟合与插值276实训3MATLAB在电路原理中的应用279实验31线性电路的分析279实验32动态电路283实验33二端口网络电路286实训4MATLAB在电机与拖动中的应用289实验41电动机的参数计算289实验42直流电动机的起动和制动模型292实验43三相异步电动机正反转控制297实训5MATLAB在电力电子技术中的应用299实验51IGBT的测试299实验52单相桥式半控整流电路302实验53三相半波电路305实训6MATLAB在自动控制原理中的应用309实验61创建控制系统的数学模型309实验62简化系统的数学模型312实验63控制系统性能分析314实验64使用线性系统的图形工具分析318实训7MATLAB在电力拖动自动控制系统中的应用322实验71单闭环电压负反馈调速系统322实验72双闭环直流调速系统326实验73转速开环恒压频比的交流调速系统仿真330实训8MATLAB在信号与系统中的应用334实验81信号的运算334实验82线性系统的时域分析335实验83傅里叶分析339实验84离散系统的响应342习题答案344第1章MATLAB开发环境及编程344第2章MATLAB在数学运算中的应用346第3章MATLAB在电路原理中的应用347第4章MATLAB在电机与拖动中的应用350第5章MATLAB在电力电子技术中的应用353第6章MATLAB在自动控制原理中的应用356第7章MATLAB在电力拖动自动控制系统中的应用358第8章MATLAB在信号与系统中的应用362参考文献366

前言MATLAB是目前国际上流行、应用广泛的工程计算软件之一。近年来，随着MATLAB在各个领域专用工具包的不断丰富，MATLAB的用户数量大大增加，在电类专业各门课程中的应用非常普遍。 MATLAB在高等院校中的应用已经全面普及，主要因为MATLAB能够集算术运算、仿真、数据分析和图形显示等功能于一体，语言简便，功能强大，非常适合非计算机专业的工程设计人员使用。为国内外高校师生和研究部门的科研人员进行科学运算和计算机仿真，提供了高效便捷的运算和分析工具，极大地缩短了开发研究的周期，尤其对于电类专业各门课程，MATLAB都是实用的应用软件之一，是科学研究的重要工具。 本书内容分教程和实训两部分，两部分的知识内容同步,并相辅相成，为学生学习和教师授课提供了便利。教程部分采用讲解和实例并行的方式，第1章介绍了MATLAB开发环境及编程，后面各章分别介绍了MATLAB在电类专业各门课程的应用，包括数学运算、电路原理、电机与拖动、电力电子技术、自动控制原理、电力拖动自动控制系统和信号与系统课程，采用相应专业课程中的典型实例进行图文并茂的详尽说明。实训部分与教程内容相互配合，先提出知识要点，从操作实用的角度出发，按部就班地指导，并在操作中提出修改练习，循序渐进地引导学生逐步掌握各章的知识应用。每章配有丰富的习题,并提供答案，方便学生进一步练习。本书在MATLAB教材市场中具有方便操作和实用性强的鲜明特色。 本书通过深入浅出的介绍，大量丰富的例题和详尽的操作指导，内容全面，涵盖了电类专业在大学中各门课程的MATLAB应用知识。不仅适合于本科、专科的教学，也适合作为各门专业课程的工具书和课程设计、毕业设计的指导书，并可以作为研究生课程学习和广大科研人员的参考书。通过阅读本书的教程，结合实训进行练习，电类相关专业的学生能够在较短的时间内掌握运用MATLAB解决专业问题的方法，为进入专业课程的学习提供了软件工具。 本书由南京师范大学曹弋主编，南京师范大学闵富红和叶彪明参编，并由南京师范大学王恩荣教授主审，在此表示感谢。 由于作者水平有限，不当之处在所难免，恳请读者批评指正。 主编Email:caoyi@njnueducn编者