MATLAB和LabVIEW仿真技术及应用实例（第2版）

前言

MATLAB/Simulink和LabVIEW是目前工程界流行的仿真软件，具有很强的分析功能。本书将几种仿真软件结合起来，使读者能够在短时间内了解这些软件的主要特点和功能，感受不同软件的特点和优势。MATLAB/Simulink和LabVIEW已经得到了很大程度的普及，尤其在大学校园里被广泛应用，成为本科生和研究生进行数值计算、绘制图形和数据分析的必用仿真软件，同时也成为工程技术人员的常用软件。

MATLAB将矩阵运算、数值分析、图形处理以及编程技术等功能有机结合在一起，为用户提供了一个强有力的工程问题分析、计算及程序设计工具。

Simulink是MATLAB的一个分支产品，主要用于对动态系统进行模型化和仿真。它充分体现了模块化设计和系统级仿真思想，使建模仿真如同搭积木一样简单，目前广泛应用于控制系统、电子系统、生物医学、航空航天及金融等领域。

LabVIEW是一种近年来迅速兴起的图形化编程的测试仪器仿真软件，已经成为国内外测试技术的通用编程语言。它打破了传统的计算机编程方式，使用数据驱动方式，用图形代码和连线代替文本的形式编写程序，具有良好的可视化界面。

本书是在《MATLAB与LabVIEW仿真技术及应用实例》(聂春燕等编著，2008年清华大学出版社出版)一书的基础上，总结了作者多年的使用经验，根据相关专业课程的实际需求，重新修订而成。再版时删除了各章节中实用性不强的内容，扩充了与工程应用关联更加紧密的仿真实例，主要体现在新增加了符号运算及绘图、数据分析和控制系统等章节。本书保持了上一版的体系、特色不变，在内容层次上更加突出重点，强化理论联系实际，更符合本科生、研究生培养的需求，也是工程师很好的自学教材。

本书具有以下特点：

(1) 内容结构合理，紧扣专业。根据专业课程的要求，以工程为背景，将专业知识和实际应用紧密结合。对如何使用MATLAB、Simulink和LabVIEW进行建模与仿真做了详细的介绍。

(2) 图文并茂，由浅入深。通过难易适宜的仿真实例，循序渐进地进行讲解，层次清晰，使原本枯燥、抽象的内容变得直观形象、通俗易懂。

(3) 仿真实例丰富，涵盖面广。本书给出大量仿真实例，内容涉及多门本科课程，如信号与系统、数字信号处理、模拟电路、数字电路、滤波器设计、自控原理等，特别是再版时增加的符号运算和数值分析等内容，更加适合实际工程的需要。

通过本书的学习，读者可快速了解并掌握MATLAB/Simulink和LabVIEW仿真软件的应用，学会系统建模仿真的基本方法和技巧，从而解决学习、科研和实际工程中的问题。

全书分为4篇，第1篇是MATLAB基础知识篇，包括第1~5章，主要介绍MATLAB的基本操作命令、基本绘图功能、M文件程序设计基础以及符号运算；第2篇是Simulink动态系统仿真技术篇，包括第6~8章，主要讲解Simulink建立系统仿真模型以及子系统封装技术；第3篇是应用实例仿真篇，包括第9~13章，主要讲解MATLAB在模拟电路、数字电路、信号与系统、数字信号处理、滤波器设计以及数据分析等方面的大量应用仿真实例；第4篇是LabVIEW应用篇，包括第14~15章，主要讲解LabVIEW图形化编程功能、虚拟仪器(VI)建模及在实际应用中的仿真实例。为了配合教学需要，每章都配有练习题。

本书由长春大学电子信息工程学院聂春燕、王桔、张万里和张猛编写。其中，第4章、第6~8章、第12章、第14~15章由聂春燕编写；第13章由王桔编写；第1~3章、第5章由张猛、聂春燕编写；第9~11章由张万里、聂春燕编写。全书由聂春燕担任主编并负责修改、审定。

本书在写作过程中参考了大量文献，在此对这些文献的作者表示深深的感谢。感谢美国国家仪器(中国)公司提供LabVIEW软件的版权。

为了方便教师使用和学生自学，本书配有部分习题参考答案和电子课件等教学资源。本书建议学时为32~48学时。

限于编者水平，书中难免有疏漏和不足之处，敬请读者提出批评和建议，以便在教学和实践中予以更正，在此不胜感激！

聂春燕2017年5月

目录

第1篇MATLAB基础知识

第1章仿真基础

1.1MATLAB语言发展史

1.2MATLAB初步应用

1.2.1MATLAB桌面

1.2.2MATLAB工具条

1.2.3MATLAB的指令窗

1.2.4MATLAB的工作空间

习题1

第2章MATLAB基本操作命令

2.1变量及其赋值

2.1.1标识符号

2.1.2赋值

2.1.3复数

2.1.4MATLAB中的基本赋值矩阵

2.2矩阵和数组的基本运算

2.2.1矩阵和数组的四则运算

2.2.2矩阵和数组的乘方和幂次函数

2.2.3矩阵和数组的基本函数

2.3矩阵和数组的关系、逻辑运算

2.3.1关系运算

2.3.2逻辑运算

习题2

第3章MATLAB基本绘图功能

3.1二维图形

3.1.1基本二维绘图函数

3.1.2线型、点型、颜色

3.1.3窗口控制

3.1.4坐标轴控制命令

3.1.5图形标注

3.2三维图形

3.2.1三维plot3绘图函数

3.2.2三维曲面网线绘图

3.2.3切片图

习题3

第4章符号运算及绘图

4.1符号运算

4.2符号数学的简易绘图

4.2.1二维符号数学简易绘图

4.2.2三维符号简易绘图

习题4

第5章M文件程序设计

5.1M文件

5.1.1M文件的建立与编辑

5.1.2命令文件

5.1.3函数文件

5.2程序流程控制

5.2.1循环控制语句

5.2.2条件控制语句

习题5

第2篇Simulink动态系统仿真技术

第6章Simulink仿真基础

6.1Simulink的功能

6.2Simulink启动和退出

6.3Simulink模块库

6.4Simulink模块的基本操作

习题6

第7章Simulink系统建模及仿真应用

7.1创建仿真模型的步骤

7.2系统仿真时间参数的设置

7.3Simulink仿真应用实例

习题7

第8章Simulink子系统的创建及封装

8.1创建子系统

8.1.1通过已有模块建立子系统

8.1.2通过Subsystem模块建立子系统

8.2子系统的封装

8.3子系统创建及封装的应用实例

习题8

第3篇MATLAB应用实例仿真

第9章MATLAB/Simulink在电路中的仿真应用

9.1模拟电路的仿真应用

9.1.1电阻电路

9.1.2动态电路

9.1.3正弦稳态电路

9.1.4频率响应电路

9.2数字电路的仿真应用

9.2.1编码器的设计

9.2.2译码器的设计

9.2.3数据选择器的设计

9.2.4加法器的设计

习题9

第10章MATLAB在信号与系统中的仿真应用

10.1连续信号及仿真运算

10.2线性时不变系统的模型之间转换

习题10

第11章MATLAB在数字信号处理及滤波器中的应用

11.1离散信号的运算

11.2傅里叶变换与Z变换

11.3FIR数字滤波器的设计

11.4IIR数字滤波器的设计

11.5量化与调制

习题11

第12章MATLAB在数据分析中的应用

12.1数据插值

12.2多项式曲线拟合

12.3观测数据分析

12.3.1条形图数据分析

12.3.2饼图数据分析

习题12

第13章MATLAB在控制系统中的应用

13.1系统的传递函数

13.2线性系统的时域分析

13.3控制系统的根轨迹分析

13.4控制系统的时域稳定性分析

13.5控制系统的频域分析

习题13

第4篇LabVIEW基本功能及应用实例

第14章LabVIEW基本功能

14.1基本窗口功能

14.2工具栏

14.2.1前面板窗口工具栏

14.2.2框图程序窗口工具栏

14.3LabVIEW的浮动模板功能

14.3.1工具模板

14.3.2控制模板

14.3.3功能模板

14.3.4Express VIs模块功能

14.3.5Simulate Signal.vi应用举例

14.4LabVIEW文本数据表示

14.4.1文本数据表达

14.4.2指示元件数据表达

14.4.3二维波形显示

14.5LabVIEW图形显示

习题14

第15章LabVIEW创建VI的方法与实例

15.1LabVIEW创建VI的设计步骤

15.1.1前面板的设计

15.1.2框图程序(后面板)的设计

15.2VI程序的调试方法

15.3应用实例

15.4For循环和While循环的应用

15.4.1For循环

15.4.2While循环

习题15

参考文献