0碩士課程(MATLAB語言工程應(yīng)用)課程簡介

1、MATLA語言工程應(yīng)用課程簡介課程代碼：課程名稱（中文）：MATLA語言工程應(yīng)用課程名稱（英文）：MATLABApplicationsinEngineering學(xué)時/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MATLA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：MATLA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、動態(tài)測試數(shù)據(jù)處理簡介，MATLA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MATLA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)奠定理論基礎(chǔ)。二、

2、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（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MATLA使用詳解一一基礎(chǔ)、開發(fā)及工程應(yīng)用，電子出版社，2009隋思漣，王巖主編MATLA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MATLA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MATLA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)MATLA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MATLA求解（第2版），清華大學(xué)出版社，20081.MATLAB語言與機(jī)械工程第1章MATLAB

3、的基礎(chǔ)知識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)式第7章動態(tài)仿真設(shè)計(jì)與機(jī)械工程應(yīng)用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AtVl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

4、及常用函數(shù)5.2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文件與動態(tài)鏈接6.5MATLAB計(jì)算引擎7.1 仿真技術(shù)概論7.2 機(jī)電系統(tǒng)建模7.3 SIMULINK概述7.4 SIMULINK的功能模塊及建模7.5 子系統(tǒng)及其封裝和應(yīng)用7.6 S-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數(shù)

5、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附錄用戶界面設(shè)計(jì)示例附錄AMATLAB的命令及函數(shù)簡介附錄BMATLAB的庫函數(shù)總匯附錄CMATLAB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的主

6、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)動設(shè)計(jì)7171一、給定連桿機(jī)構(gòu)極限位置和最小傳動角的設(shè)計(jì)問題二、給定連桿機(jī)構(gòu)連架桿對應(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)動分析78一、機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的數(shù)學(xué)模型和求解方法78二、運(yùn)動誤差分析80三、計(jì)算實(shí)例的M文

7、件和運(yùn)算結(jié)果80實(shí)例3連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度綜合84一、滑塊的運(yùn)動參數(shù)及其均值84二、滑塊運(yùn)動參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)離差85三、滑塊運(yùn)動參數(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)動分析92一、槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方程92二、槽輪的運(yùn)動參數(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對心直動凸輪機(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、

8、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)的傳動系統(tǒng)131二、內(nèi)外嚙合圓錐齒輪行星傳動的運(yùn)動分析132三、運(yùn)動模擬分析的M文件和運(yùn)算結(jié)果133實(shí)例9V帶傳動多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)137一、V帶傳動多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型138二、M文件和運(yùn)算結(jié)果140142142三、使用最大最小化函數(shù)fminimax求解多目標(biāo)優(yōu)化問題的討論實(shí)例10齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算143一、齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)

9、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齒輪傳動參數(shù)測定和公法線公差計(jì)算151一、變位齒輪傳動參數(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)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

10、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)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2

11、12一、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225226226實(shí)例20曲線擬合和多項(xiàng)式擬合一、直線擬合226二、曲線擬合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MTALAB的歷史的特點(diǎn)的安裝的卸載的啟動的退出1.2MATLAB的桌面命令窗口工作空間窗口命令歷史

12、窗口當(dāng)前目錄窗口1.3MATLAB的幫助幫助命令查詢命令聯(lián)機(jī)幫助演示幫助1.4工作環(huán)境的管理1.5窗口的設(shè)置路徑管理常用的命令、函數(shù)和常數(shù)工作環(huán)境命令關(guān)于數(shù)組的函數(shù)特殊變量與常數(shù)習(xí)題第2章數(shù)組的創(chuàng)建2.1矢量的創(chuàng)建直接輸入2.22.32.4用冒號生成矢量用函數(shù)生成矢量矢量的連接矩陣的生成簡單矩陣的生成矩陣的連接多維數(shù)組的生成矩陣和多維數(shù)組的生成函數(shù)函數(shù)eye函數(shù)ones函數(shù)zeros函數(shù)rand2.52.62.7矩陣元素的提取與替換下標(biāo)與索引元素的提取或替換矩陣中行或列的提取或替換矩陣中行或列的刪除end的使用矩陣元素的重排與復(fù)制排列矩陣的重排函數(shù)reshape矩陣的復(fù)制函數(shù)repmat矩陣的

13、翻轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)2.8矩陣的翻轉(zhuǎn)矩陣的旋轉(zhuǎn)函數(shù)rot90矩陣的生成與提取函數(shù)矩陣的生成和提取函數(shù)diag矩陣的提取函數(shù)tril和triu用blkdiag生成分塊對角矩陣2.9調(diào)入外部數(shù)據(jù)調(diào)入mat文件2.9.1 調(diào)入文本文檔調(diào)入Excel文件2.9.2 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)械工程控制基礎(chǔ)MATLAB工程應(yīng)用第1章緒論1.1自動控制系統(tǒng)的一般概念系統(tǒng)的描述控制和控制系統(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自動控制系統(tǒng)的分類線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)恒值控

14、制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)1.5 自動控制系統(tǒng)的常用研究方法自動控制系統(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2.1引言發(fā)展歷程MATLAB系統(tǒng)構(gòu)成MATLAB工具箱MATLAB7.0Simulink6.0最新特點(diǎn)2.2MATLAB桌面操作環(huán)境MATLAB啟動和退出MATLAB主菜單及功能MATLAB命令窗口工作空間符號運(yùn)算MATLAB文件管理MATLAB幫助使用2.3MATLAB數(shù)值計(jì)算MATLAB數(shù)值類型矩陣運(yùn)算2.5.1 符號運(yùn)算基礎(chǔ)常用符號運(yùn)算2.5.2 控制系統(tǒng)中常用的符號運(yùn)算MATLAB常用繪圖命令2.5 MATLAB程序設(shè)計(jì)MATLAB程序

15、類型2.7.1 MATIAB程序流程控制MATLAB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)模型系統(tǒng)的微分方程1.1.1 概述列寫微分方程的一般方法1.2 數(shù)學(xué)模型建模實(shí)例系統(tǒng)按數(shù)學(xué)模型的分類1.3 控制系統(tǒng)的線性化數(shù)學(xué)模型拉普拉斯變換1.4 拉普拉斯反變換3.7.1 傳遞函數(shù)的定義與性質(zhì)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)環(huán)節(jié)的概念3.8.1 環(huán)節(jié)的分類相似原理3.9 MATLAB的仿真集成環(huán)境Simulink傳遞函數(shù)方框圖3.10.1 仿真工具Simulink系統(tǒng)模型的連接3.11.1 模型串聯(lián)模型并聯(lián)3.11.2 反饋連接系統(tǒng)擴(kuò)展3.10 狀態(tài)空問法建模系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)

16、換習(xí)題第4章控制系統(tǒng)的時域分析第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1.1.1 數(shù)學(xué)問題的解析解與數(shù)值解數(shù)學(xué)運(yùn)算問題軟件包發(fā)展概述1.1.2 常規(guī)計(jì)算機(jī)語言的局限性計(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)三種有代表性的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)語言1.2.2 開放式免費(fèi)科學(xué)運(yùn)算語言簡介關(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)系習(xí)題參考文獻(xiàn)第2章MATLAB語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)語

17、言的變量與常量2.1.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本語句結(jié)構(gòu)2.1.4 冒號表達(dá)式與子矩陣提取基本數(shù)學(xué)運(yùn)算2.2.1 矩陣的代數(shù)運(yùn)算矩陣的邏輯運(yùn)算2.2.2 矩陣的比較運(yùn)算解析結(jié)果的化簡與變換2.2.3 基本數(shù)論運(yùn)算MATLAB語言的流程結(jié)構(gòu)2.3.1 循環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)2.3.2 開關(guān)結(jié)構(gòu)試探結(jié)構(gòu)2.2 函數(shù)編寫與調(diào)試語言函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)2.4.2 可變輸入輸出個數(shù)的處理函數(shù)與匿名函數(shù)2.5 二維圖形繪制二維圖形繪制基本語句2.5.1 其他二維圖形繪制語句隱函數(shù)繪制及應(yīng)用2.5.2 圖形修飾三維圖形表示2.5.3 三維曲線繪制三維曲面繪制2.5.4 三維圖形視角設(shè)置圖像處理簡介2.6 習(xí)題參考文獻(xiàn)第3章微積分問題的計(jì)算機(jī)求解極限問題的解析解3.1.1 單變量函數(shù)的極限多變量函數(shù)的極限3.1 函數(shù)導(dǎo)數(shù)的解析解函數(shù)的導(dǎo)數(shù)和高階導(dǎo)數(shù)3.2.1 多元函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)多元函數(shù)的Jacobian矩陣3.2.2 Hes