碩士課程MATLAB語言工程應(yīng)用課程簡介

1、MATLAB語言工程應(yīng)用課程簡介課程代碼：課程名稱（中文）：MATLAB語言工程應(yīng)用課程名稱（英文）：MATLAB Applications in Engineering學(xué)時(shí)/學(xué)分：20/1一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)本課程重點(diǎn)講述MATLAB在系統(tǒng)仿真建模和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用,內(nèi)容主要包括：MATLAB基本矩陣運(yùn)算指令、微積分指令、基本繪圖指令、Simulink工具箱基本仿真指令、動(dòng)態(tài)測試數(shù)據(jù)處理簡介，MATLAB系統(tǒng)仿真應(yīng)用實(shí)例和MATLAB試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用實(shí)例等。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生掌握運(yùn)用MATLAB工具解決工程中常見的系統(tǒng)建模仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的能力，為后續(xù)專業(yè)課程及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

2、奠定理論基礎(chǔ)。二、先修課程高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)等（一）課堂教學(xué)20學(xué)時(shí)（二）、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)四、推薦教材及參考資料主要參考書：董霖主編MATLAB使用詳解基礎(chǔ)、開發(fā)及工程應(yīng)用，電子出版社，2009隋思漣，王巖主編MATLAB語言與工程數(shù)據(jù)分析，清華大學(xué)出版社，2009原思聰主編MATLAB語言與機(jī)械工程，機(jī)械工業(yè)出版社，2008郭仁生主編機(jī)械工程設(shè)計(jì)分析和MATLAB應(yīng)用（第2版），機(jī)械工業(yè)出版社，2008宋志安主編機(jī)械工程控制基礎(chǔ)MATLAB工程應(yīng)用，國防工業(yè)出版社，2008薛定宇，陳陽泉著高等應(yīng)用數(shù)學(xué)問題的MATLAB求解（第2版），清華大學(xué)出版社，20081. MATLAB語言

3、與機(jī)械工程第1章MATLAB的基礎(chǔ)知識(shí)1.1MATLAB簡介1.2MATLAB的集成工作環(huán)境1.3MATLAB的基本特性1.4MATLAB的M文件第2章MATLAB的基本運(yùn)算2.1矩陣及其運(yùn)算2.2矩陣的創(chuàng)建及尋訪2.3MATLAB的函數(shù)及基本運(yùn)算第3章數(shù)據(jù)可視化技術(shù)3.1圖形窗口及坐標(biāo)系3.2二維繪圖功能3.3三維繪圖功能3.4特殊圖形3.5動(dòng)態(tài)圖形3.6MATLAB的圖形窗及圖形打印第4章輔助數(shù)值分析與處理4.1多項(xiàng)式4.2線性方程組求解4.3曲線擬合4.4曲線插值4.5極值與零點(diǎn)4.6數(shù)值微商4.7數(shù)值積分第5章輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)與機(jī)械工程應(yīng)用5.1MATLAB求解最優(yōu)化問題的方法及常用函數(shù)5

4、.2無約束最優(yōu)化問題5.3有約束最優(yōu)化問題5.4二次規(guī)劃問題5.5多目標(biāo)規(guī)劃問題5.6最大最小化問題第6章應(yīng)用接口編程與機(jī)械工程應(yīng)用6.1MATLAB的程序設(shè)計(jì)及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用6.2MATLAB的數(shù)據(jù)接口6.3文件IO操作6.4MEX文件與動(dòng)態(tài)鏈接6.5MATLAB計(jì)算引擎第7章動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)與機(jī)械工程應(yīng)用7.1仿真技術(shù)概論7.2機(jī)電系統(tǒng)建模7.3SIMULINK概述7.4SIMULINK的功能模塊及建模7.5子系統(tǒng)及其封裝和應(yīng)用7.6S-Function設(shè)計(jì)7.7機(jī)構(gòu)系統(tǒng)建模與仿真分析SimMechanics第8章模糊系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)與機(jī)械工程應(yīng)用8.1模糊系統(tǒng)概述8.2模糊邏輯工具箱命令函

5、數(shù)及應(yīng)用8.3模糊推理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8.4應(yīng)用模糊邏輯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8.5模糊系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)示例第9章智能算法及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用9.1模擬退火算法9.2遺傳算法9.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法9.4智能混合系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法9.5蟻群算法9.6粒子群算法第10章用戶界面程序設(shè)計(jì)10.1界面設(shè)計(jì)基本原則及方法10.2圖形對(duì)象句柄及GUI設(shè)計(jì)工具簡介10.3菜單設(shè)計(jì)10.4控件設(shè)計(jì)10.5用戶界面設(shè)計(jì)示例附錄附錄A MATLAB的命令及函數(shù)簡介附錄B MATLAB的庫函數(shù)總匯附錄C MATLAB的常用工具箱函數(shù)總匯2. 機(jī)械工程設(shè)計(jì)分析和MATLAB應(yīng)用 第2版第1篇 MATLAB工程應(yīng)用基礎(chǔ) 1一、MATLAB的

6、主要特點(diǎn) 1二、MATLAB的系統(tǒng)界面和菜單功能 2三、運(yùn)算符、標(biāo)點(diǎn)符和數(shù)據(jù)類型 5四、基本數(shù)學(xué)函數(shù) 10五、矩陣及其運(yùn)算 11六、數(shù)組的運(yùn)算 17七、數(shù)據(jù)的輸入與輸出 19八、M文件 20九、流程控制結(jié)構(gòu) 23十、圖形功能 27十一、多項(xiàng)式運(yùn)算 36十二、數(shù)據(jù)插值 38十三、函數(shù)的導(dǎo)數(shù)和積分 41十四、求解方程和方程組 52十五、最優(yōu)化方法 57第2篇 MATLAB工程應(yīng)用實(shí)例 71實(shí)例1 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 71一、給定連桿機(jī)構(gòu)極限位置和最小傳動(dòng)角的設(shè)計(jì)問題 71二、給定連桿機(jī)構(gòu)連架桿對(duì)應(yīng)位置的設(shè)計(jì)問題 73三、優(yōu)化設(shè)計(jì)問題 75實(shí)例2 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 78一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型和

7、求解方法 78二、運(yùn)動(dòng)誤差分析 80三、計(jì)算實(shí)例的M文件和運(yùn)算結(jié)果 80實(shí)例3 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度綜合 84一、滑塊的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及其均值 84二、滑塊運(yùn)動(dòng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)離差 85三、滑塊運(yùn)動(dòng)參數(shù)的偏差及其最大值和最小值 85四、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等影響法精度綜合 86五、計(jì)算實(shí)例 87六、M文件和運(yùn)算結(jié)果 88實(shí)例4 槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 92一、槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程 92二、槽輪的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 93三、計(jì)算實(shí)例 93四、M文件和運(yùn)算結(jié)果 93實(shí)例5 對(duì)心直動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的計(jì)算 100一、凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的圖解 101二、凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的計(jì)算 102三、計(jì)算實(shí)例 103四、M文件和運(yùn)算結(jié)果 104實(shí)例6 凸輪輪廓

8、的設(shè)計(jì)計(jì)算與繪圖 105一、基本流程和數(shù)學(xué)模型 106二、編制M文件使用主要函數(shù)和命令的說明 107三、M文件和運(yùn)行結(jié)果 107實(shí)例7 共軛平面分度凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 112一、機(jī)構(gòu)主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析 113二、凸輪機(jī)構(gòu)主要幾何尺寸計(jì)算 116三、凸輪輪廓直角坐標(biāo)值計(jì)算 118四、凸輪機(jī)構(gòu)工作情況分析 120五、設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例、M文件和運(yùn)算結(jié)果 121實(shí)例8 攪拌機(jī)工作頭旋輪軌跡分析和仿真 131一、攪拌機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng) 131二、內(nèi)外嚙合圓錐齒輪行星傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分析 132三、運(yùn)動(dòng)模擬分析的M文件和運(yùn)算結(jié)果 133實(shí)例9 V帶傳動(dòng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì) 137一、V帶傳動(dòng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型 138二、M文件和運(yùn)

9、算結(jié)果 140三、使用最大最小化函數(shù)fminimax求解多目標(biāo)優(yōu)化問題的討論 142實(shí)例10 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 143一、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算的簡化方法 143二、M文件基本流程和主要處理方法 144三、M文件和運(yùn)算結(jié)果 145實(shí)例11 齒輪傳動(dòng)參數(shù)測定和公法線公差計(jì)算 151一、變位齒輪傳動(dòng)參數(shù)的測定和計(jì)算 151二、斜齒圓柱齒輪公法線長度及其偏差的計(jì)算 156實(shí)例12 軸系設(shè)計(jì)計(jì)算 157一、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 158二、轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 160三、圓錐滾子軸承的壽命計(jì)算 162四、角接觸球軸承的壽命計(jì)算 164五、深溝球軸承的壽命計(jì)算 165六、M文件和運(yùn)算結(jié)果 165實(shí)例13 主軸支承靜不定結(jié)構(gòu)

10、的計(jì)算 174一、軸承徑向反力位置載荷關(guān)系曲線的分段擬合 175二、建立主軸力矩平衡方程 176三、計(jì)算主軸前支承的徑向反力 177四、計(jì)算程序框圖 178五、計(jì)算實(shí)例 179六、M文件和運(yùn)算結(jié)果 180實(shí)例14 機(jī)械的可靠性分析與設(shè)計(jì) 183一、機(jī)械零件的可靠度計(jì)算實(shí)例 183二、機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)實(shí)例 184三、轉(zhuǎn)軸可靠性設(shè)計(jì)的M文件和運(yùn)算結(jié)果 188實(shí)例15 優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的幾何描述 192一、函數(shù)曲面、等值線和可行域的幾何描述 192二、應(yīng)用實(shí)例 192三、M文件和運(yùn)行結(jié)果 194實(shí)例16 人字架結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì) 200一、建立人字架結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型 201二、選擇優(yōu)化函數(shù)

11、 202三、M文件和運(yùn)算結(jié)果 203四、優(yōu)化問題的幾何描述 204實(shí)例17 優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析與計(jì)算 205一、求解無約束優(yōu)化問題 206二、求解約束優(yōu)化問題 207三、M文件和運(yùn)算結(jié)果 209實(shí)例18 多目標(biāo)優(yōu)化問題的理想有效解 212一、多目標(biāo)優(yōu)化的策略 212二、計(jì)算實(shí)例和數(shù)學(xué)模型 213三、M文件的主要特點(diǎn) 215四、M文件和運(yùn)算結(jié)果 215實(shí)例19 無心磨削工藝參數(shù)的優(yōu)化 218一、無心磨削工藝參數(shù)分析 219二、建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 219三、M文件的主要特點(diǎn) 221四、M文件和運(yùn)算結(jié)果 222五、湊整解處理 225實(shí)例20 曲線擬合和多項(xiàng)式擬合 226一、直線擬合 226二、曲線擬

12、合 227三、多項(xiàng)式擬合 228四、計(jì)算實(shí)例 229五、M文件和運(yùn)算結(jié)果 230參考文獻(xiàn)3. MATLAB語言與工程數(shù)據(jù)分析第1章MATLAB使用入門1.1 認(rèn)識(shí)MTALAB MATLAB的歷史1.1.2 MATLAB的特點(diǎn)1.1.3 MATLAB的安裝1.1.4 MATLAB的卸載1.1.5 MATLAB的啟動(dòng)1.1.6 MATLAB的退出1.2 MATLAB的桌面1.2.1命令窗口1.2.2工作空間窗口1.2.3命令歷史窗口1.2.4當(dāng)前目錄窗口1.3 MATLAB的幫助1.3.1幫助命令1.3.2查詢命令1.3.3聯(lián)機(jī)幫助1.3.4演示幫助1.4工作環(huán)境的管理1.4.1窗口的設(shè)置1.4.

13、2路徑管理1.5常用的命令、函數(shù)和常數(shù)1.5.1工作環(huán)境命令1.5.2關(guān)于數(shù)組的函數(shù)1.5.3特殊變量與常數(shù)習(xí)題第2章數(shù)組的創(chuàng)建2.1向量的創(chuàng)建2.1.1 直接輸入2.1.2用冒號(hào)生成向量2.1.3用函數(shù)生成向量2.1.4向量的連接2.2矩陣的生成2.2.1簡單矩陣的生成2.2.2矩陣的連接2.3多維數(shù)組的生成2.4矩陣和多維數(shù)組的生成函數(shù)2.4.1 函數(shù)eye2.4.2 函數(shù)ones2.4.3 函數(shù)zeros 2.4.4 函數(shù)rand2.5矩陣元素的提取與替換2.5.1下標(biāo)與索引2.5.2元素的提取或替換2.5.3矩陣中行或列的提取或替換2.5.4矩陣中行或列的刪除2.5.5end的使用2.

14、6矩陣元素的重排與復(fù)制排列2.6.1矩陣的重排函數(shù)reshape2.6.2矩陣的復(fù)制函數(shù)repmat 2.7矩陣的翻轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)2.7.1矩陣的翻轉(zhuǎn)2.7.2矩陣的旋轉(zhuǎn)函數(shù)rot902.8矩陣的生成與提取函數(shù)2.8.1矩陣的生成和提取函數(shù)diag2.8.2矩陣的提取函數(shù)tril和triu2.8.3用blkdiag生成分塊對(duì)角矩陣2.9調(diào)入外部數(shù)據(jù)2.9.1 調(diào)入mat文件2.9.2調(diào)入文本文檔2.9.3調(diào)入Excel文件2.9.4用M文件的方式輸入矩陣第3章矩陣的基本運(yùn)算第4章數(shù)據(jù)類型第5章基本編程第6章作圖第7章圖形用戶界面第8章方差分析第9章回歸分析第10章正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)4. 機(jī)械工程控

15、制基礎(chǔ)MATLAB工程應(yīng)用 第1章緒論1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般概念 系統(tǒng)的描述1.1.2控制和控制系統(tǒng)的概念1.2開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類1.3.1線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)1.3.2恒值控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)1.3.3連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)要求1.5自動(dòng)控制系統(tǒng)的常用研究方法1.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及MATLAB描述方法習(xí)題第2章MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)2.1引言2.1.1 MATLAB發(fā)展歷程2.1.2MATLAB系統(tǒng)構(gòu)成2.1.3MATLAB工具箱2.1.4MATLAB 7.0Simulink 6.0最新特點(diǎn)2.2MATLAB桌面操作

16、環(huán)境2.2.1MATLAB啟動(dòng)和退出2.2.2MATLAB主菜單及功能2.2.3MATLAB命令窗口2.2.4 MATLAB工作空間2.2.5MATLAB文件管理2.2.6MATLAB幫助使用2.3MATLAB數(shù)值計(jì)算2.3.1MATLAB數(shù)值類型2.3.2矩陣運(yùn)算2.4關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算2.5符號(hào)運(yùn)算2.5.1符號(hào)運(yùn)算基礎(chǔ)2.5.2常用符號(hào)運(yùn)算2.5.3控制系統(tǒng)中常用的符號(hào)運(yùn)算2.6MATLAB常用繪圖命令2.7MATLAB程序設(shè)計(jì)2.7.1MATLAB程序類型2.7.2MATIAB程序流程控制2.7.3MATLAB程序基本設(shè)計(jì)原則習(xí)題第3章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型3.1系統(tǒng)的微分方程3.1.1概

17、述3.1.2列寫微分方程的一般方法3.2數(shù)學(xué)模型建模實(shí)例3.3系統(tǒng)按數(shù)學(xué)模型的分類3.4控制系統(tǒng)的線性化數(shù)學(xué)模型3.5拉普拉斯變換3.6拉普拉斯反變換3.7系統(tǒng)的傳遞函數(shù)3.7.1傳遞函數(shù)的定義與性質(zhì)3.7.2傳遞函數(shù)的零點(diǎn)、極點(diǎn)和放大系數(shù)3.8典型環(huán)節(jié)及其傳遞函數(shù)3.8.1環(huán)節(jié)的概念3.8.2環(huán)節(jié)的分類3.9相似原理3.10MATLAB的仿真集成環(huán)境Simulink3.10.1傳遞函數(shù)方框圖3.10.2仿真工具Simulink3.11系統(tǒng)模型的連接3.11.1模型串聯(lián)3.11.2模型并聯(lián)3.11.3反饋連接3.11.4系統(tǒng)擴(kuò)展3.12狀態(tài)空問法建模3.13系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換習(xí)題第4章控制系統(tǒng)的時(shí)

18、域分析第5章系統(tǒng)的頻率響應(yīng)法第6章系統(tǒng)的穩(wěn)定性第7章系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正參考文獻(xiàn)5. 高等應(yīng)用數(shù)學(xué)問題的MATLAB求解（第2版）第1章計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言概述1.1數(shù)學(xué)問題計(jì)算機(jī)求解概述 為什么要學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言1.1.2 數(shù)學(xué)問題的解析解與數(shù)值解1.1.3 數(shù)學(xué)運(yùn)算問題軟件包發(fā)展概述1.1.4 常規(guī)計(jì)算機(jī)語言的局限性1.2計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言簡介1.2.1 計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言的出現(xiàn)1.2.2 三種有代表性的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言1.2.3 開放式免費(fèi)科學(xué)運(yùn)算語言簡介1.3關(guān)于本書及相關(guān)內(nèi)容1.3.1 本書框架設(shè)計(jì)及內(nèi)容安排1.3.2 MATLAB語言學(xué)習(xí)方法與資源1.3.3 本課程與其他相關(guān)課程的關(guān)系1.4習(xí)題參考文獻(xiàn)第2章MATLAB語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.1MATLAB程序設(shè)計(jì)語言基礎(chǔ)2.1.1 MATLAB語言的變量與常量2.1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.1.3 MATLAB的基本語句結(jié)構(gòu)2.1.4 冒號(hào)表達(dá)式與子矩陣提取2.2基本數(shù)學(xué)運(yùn)算2.2.1 矩陣的代數(shù)運(yùn)算2.2.2矩陣的邏輯運(yùn)算2.2.3矩陣的比較運(yùn)算2.2.4 解析結(jié)果的化簡與變換2.2.5基本數(shù)論運(yùn)算2.3MATLAB語言的流程結(jié)構(gòu)2.3.1循環(huán)結(jié)構(gòu)2.3.2 轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)2.3.3開關(guān)結(jié)構(gòu)2.3.4試探結(jié)構(gòu)2.4函數(shù)編寫與調(diào)試2.4