《工程計算軟件（matlab）》課程教學(xué)大綱

工程計算軟件（Matlab）課程教學(xué)大綱（Engineeringcalculationsoftware（Matlab））學(xué)時數(shù)：32其中：實訓(xùn)學(xué)時：16課外學(xué)時：0學(xué)分?jǐn)?shù)：2適用專業(yè)：光源與照明一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)《工程計算軟件（Matlab）》是光源與照明專業(yè)的一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程，它是目前國際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)與工程計算軟件，它廣泛應(yīng)用于自動控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號分析、計算機(jī)技術(shù)、圖像處理、財務(wù)分析、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理和雷達(dá)工程等各行各業(yè)，是國內(nèi)外高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。理論與實踐相結(jié)合是學(xué)好本課程的主要途徑。要求學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時，積極上機(jī)實踐，以達(dá)到對理論知識的熟練簡明應(yīng)用。本課程設(shè)置的主要任務(wù)是通過對MATLAB7.3概述、MATLAB基本運(yùn)算、數(shù)據(jù)的可視化、符號運(yùn)算、程序設(shè)計和M文件、MATLAB高級圖形設(shè)計、Simulink仿真環(huán)境、線性控制系統(tǒng)的分析等的學(xué)習(xí)，掌握應(yīng)用MATLAB進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算的能力；進(jìn)行簡單程序設(shè)計的技能；了解MATLAB在Simulink仿真環(huán)境中的應(yīng)用；了解MATLAB與其它應(yīng)用程序的接口；掌握在Notebook中使用MATLAB的方法。培養(yǎng)學(xué)生利用MATLAB軟件處理問題的思維方式和程序設(shè)計的基本方法，啟發(fā)學(xué)生主動將MATLAB引入到其它基礎(chǔ)課和專業(yè)課。為其它專業(yè)課的學(xué)習(xí)，為進(jìn)行各種實用程序的開發(fā)，畢業(yè)設(shè)計的實施以及將來走上工作崗位的實際應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)的基本要求（一）能正確理解和闡述MATLAB科學(xué)運(yùn)算與工程應(yīng)用相關(guān)的術(shù)語、概念和定義。例如：熟悉MATLAB軟件環(huán)境，熟悉軟件庫函數(shù)。（二）在正確理解基本概念的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深入各概念之間的區(qū)別和聯(lián)系，正確的使用規(guī)則等。要求掌握MATLAB軟件基本編程方法。（三）能靈活運(yùn)用學(xué)到的MATLAB知識和方法，解決實際問題并在計算機(jī)上編程，調(diào)試并得出正確的結(jié)果。要求比較熟練對常用MATLAB工具箱函數(shù)的運(yùn)用，能夠綜合數(shù)學(xué)知識與MATLAB編程知識實現(xiàn)綜合性實際問題的編程。達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的能力、培養(yǎng)學(xué)生用MATLAB解決實際問題的能力的目的。三、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)第一章MATLAB7.3概述一、教學(xué)目的和要求了解MATLAB的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工具箱；熟練掌握MATLAB7.3的環(huán)境設(shè)置和MATLAB的啟動和退出、菜單和工具欄、通用窗口；掌握MATLAB的文件格式和設(shè)置搜索路徑；掌握Notobook的安裝和啟動和Notobook的使用；使用MATLAB7.3幫助瀏覽器窗口和幫助命令等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）MATLAB7.3簡介（二）MATLAB7.3的開發(fā)環(huán)境（三）MATLAB7.3的其他管理（四）MATLAB的文字處理工具Notebook（五）MATLAB7.3的幫助系統(tǒng)重點(diǎn)：MATLAB的開發(fā)環(huán)境和通用窗口的操作難點(diǎn)：MATLAB其他管理和幫助系統(tǒng)的使用第二章MATLAB基本運(yùn)算一、教學(xué)目的和要求掌握常數(shù)和變量、整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)、復(fù)數(shù)；熟練掌握數(shù)組的創(chuàng)建、數(shù)組的操作、矩陣和數(shù)組函數(shù)、矩陣和數(shù)組的算術(shù)運(yùn)算、稀疏矩陣；掌握創(chuàng)建字符串、字符串函數(shù)；掌握日期和時間的表示格式、日期時間函數(shù)；了解元胞數(shù)組和結(jié)構(gòu)體；了解多維數(shù)組；掌握MATLAB的邏輯變量、關(guān)系運(yùn)算、邏輯運(yùn)算和運(yùn)算符優(yōu)先級；了解多項式的求根和求值、多項式的算術(shù)運(yùn)算。多項式的擬合和插值。二、教學(xué)內(nèi)容（一）數(shù)據(jù)類型（二）矩陣和數(shù)組的算術(shù)運(yùn)算（三）字符串（四）日期和時間（五）結(jié)構(gòu)體和元胞數(shù)組（六）多維數(shù)組（七）關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算（八）數(shù)組的信息獲?。ň牛┒囗検街攸c(diǎn)：MATLAB數(shù)組和矩陣在運(yùn)算過程中區(qū)別難點(diǎn)：結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與元胞數(shù)組的使用第三章數(shù)據(jù)的可視化一、教學(xué)目的和要求掌握MATLAB的繪圖的一般步驟、基本繪圖函數(shù)、多個圖像的繪制、設(shè)置曲線繪制方式；掌握特殊圖形繪制、特殊坐標(biāo)軸圖形繪制；掌握圖形窗口界面、圖形的打印和輸出；掌握三維曲線圖、三維曲面圖、設(shè)置視角和色彩等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）二維繪圖（二）特殊圖像和坐標(biāo)的繪制（三）MATLAB的圖形窗口（四）基本三維繪圖命令重點(diǎn)：繪圖的一般步驟、多個圖形的繪制難點(diǎn)：特殊圖形繪制、基本三維繪圖命令第四章符號運(yùn)算一、教學(xué)目的和要求掌握符號常量和符號變量、符號表達(dá)式、符號矩陣；掌握符號對象的基本運(yùn)算、任意精度的算術(shù)運(yùn)算；掌握符號表達(dá)式中的自由符號變量、符號表達(dá)式的化簡和替換、計算反函數(shù)和復(fù)合函數(shù)、多項式符號表達(dá)式；了解符號表達(dá)式的微積分、極限和級數(shù)等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）符號對象的創(chuàng)建和使用（二）符號對象的運(yùn)算（三）符號表達(dá)式的變換（四）符號微積分、極限和級數(shù)重點(diǎn)：符號對象的創(chuàng)建和符號對象的基本運(yùn)算難點(diǎn)：符號表達(dá)式的變換和應(yīng)用第五章程序設(shè)計和M文件一、教學(xué)目的和要求掌握分支控制、循環(huán)控制、錯誤控制語句；掌握M文件的一般結(jié)構(gòu)、M腳本文件和M函數(shù)文件；掌握主函數(shù)和子函數(shù)、函數(shù)的輸入輸出參數(shù)、嵌套函數(shù)、私有函數(shù)和重載函數(shù)；掌握M文件編輯、調(diào)試窗器口；掌握全局變量、局部變量和靜態(tài)變量的使用。了解匿名函數(shù)、inline對象和函數(shù)句柄的使用；了解fplot命令、ezplot命令；掌握求最小值和過零點(diǎn)、數(shù)值積分、微分方程組數(shù)值求解；了解M-Lint分析、Profiler分析工具的使用。二、教學(xué)內(nèi)容（一）程序控制（二）M文件結(jié)構(gòu)（三）函數(shù)的使用（四）程序的調(diào)試（五）匿名函數(shù)和函數(shù)句柄（六）函數(shù)繪圖（七）數(shù)值分析（八）M文件剖析重點(diǎn)：M文件的結(jié)構(gòu)和函數(shù)文件的使用難點(diǎn)：程序的控制與程序的調(diào)試※第六章MATLAB高級圖形設(shè)計一、教學(xué)目的和要求掌握句柄圖形對象的體系和操作；能夠使用圖形用戶界面、回調(diào)函數(shù)和GUI程序文件；掌握圖形用戶界面的輸入框、輸出框和文件管理框；了解圖像和聲音的處理；了解視頻和動畫設(shè)計等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）句柄圖形對象（二）圖形用戶界面（GUI）（三）對話框（四）圖像和聲音（五）視頻和動畫設(shè)計重點(diǎn)：句柄圖形對象、圖形用戶界面、對話框難點(diǎn)：圖像和聲音、視頻和動畫設(shè)計※第七章Simulink仿真環(huán)境一、教學(xué)目的和要求了解Simulink的模型窗口、工作原理和模塊庫；掌握創(chuàng)建模型、仿真參數(shù)的設(shè)置、常用模塊的設(shè)置、仿真結(jié)構(gòu)參數(shù)化；能夠使用命令創(chuàng)建和運(yùn)行Simulink模型；掌握在Simulink調(diào)試器窗口中調(diào)試模型；了解S函數(shù)的工作原理和M文件S函數(shù)的模板格式；掌握創(chuàng)建子系統(tǒng)、封裝子系統(tǒng)、定義自己的模塊庫等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）Simulink的概述（二）Simulink的工作環(huán)境（三）建立模型（四）Simulink的應(yīng)用實例（五）模型的調(diào)試（六）子系統(tǒng)與封裝（七）S函數(shù)的設(shè)計與應(yīng)用重點(diǎn)：Simulink的工作環(huán)境、建立模型、模型的調(diào)試難點(diǎn)：S函數(shù)的設(shè)計與應(yīng)用、子系統(tǒng)與封裝※第八章線性控制系統(tǒng)的分析一、教學(xué)目的和要求了解系統(tǒng)的模型參數(shù)、系統(tǒng)模型的連接和簡化；掌握創(chuàng)建系統(tǒng)的模型并相互轉(zhuǎn)換；使用拉普拉斯變換和逆變換計算時域響應(yīng)；了解線性系統(tǒng)的時域分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)與時域性能指標(biāo)；了解線性系統(tǒng)的頻域分析、頻域分析性能指標(biāo)；了解線性系統(tǒng)的根軌跡分析、根軌跡設(shè)計工具；根據(jù)閉環(huán)特征方程判定系統(tǒng)穩(wěn)定性；掌握用頻率特性法判定系統(tǒng)穩(wěn)定性、用根軌跡法判定系統(tǒng)穩(wěn)定性；掌握穩(wěn)態(tài)誤差分析的MATLAB實現(xiàn)；了解線性定常系統(tǒng)仿真圖形工具LTIViewer和SISO設(shè)計工具sisotool等。二、教學(xué)內(nèi)容（一）控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（二）時域分析的MATLAB實現(xiàn)（三）頻域分析的MATLAB實現(xiàn)（四）根軌跡分析的MATLAB實現(xiàn)（五）穩(wěn)定性分析的MATLAB實現(xiàn)（六）穩(wěn)態(tài)誤差分析的MATLAB實現(xiàn)（七）線性定常系統(tǒng)分析與設(shè)計的圖形工具重點(diǎn)：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時域分析、頻域分析、根軌跡分析、穩(wěn)定性分析、穩(wěn)態(tài)誤差分析的MATLAB實現(xiàn)難點(diǎn)：線性定常系統(tǒng)分析與設(shè)計的圖形工具四、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)要求（一）本課程包括課堂教學(xué)和上機(jī)實驗兩部分，課堂講授16課時，上機(jī)實驗16學(xué)時。（二）在教學(xué)中以教材為主，及時補(bǔ)充新內(nèi)容，并要求學(xué)生多看科技刊物，擴(kuò)充知識面，了解科技動態(tài)，活躍思維能力。五、學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配作業(yè)題量備注章節(jié)主要內(nèi)容講授實驗討論習(xí)題課外其它小計1MATLAB7.3概述24622MATLAB基本運(yùn)算42633數(shù)據(jù)的可視化22434符號運(yùn)算44835程序設(shè)計和M文件4483合計16163214六、課程與其它課程的聯(lián)系1、本課程的先修課程為《計算機(jī)基礎(chǔ)》、《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》。2、本課程的后續(xù)課程是《半導(dǎo)體物理與器件》、《照明配光設(shè)計與CAD》、《虛擬儀器技術(shù)（LabView）》。七、教材與教學(xué)參考書（一）教材曹弋主編．MATLAB教程及實訓(xùn)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010年．（二）教學(xué)參考書[1]劉保柱等編著，《MATLAB7.0從入門到精通》(修訂版)．北京：人民郵電出版社．2010年．[2]劉會燈等編著，《MATLAB編程基礎(chǔ)與典型應(yīng)用》．北京：人民郵電出版社，2008年．[3]周建興等編著，《MATLAB從入門到精通》．北京：人民郵電出版社，2008年．[4]蘇金明等編著，《MATLAB高級編程》（第2版）．北京：電子工業(yè)出版社，2008年．[5]劉勍著．MATLAB基礎(chǔ)及應(yīng)用．南京：東南大學(xué)出版社，2011年．[6]王正林著．精