《Matlab程序设计》教学大纲 课程编号： 302003020-01 课程性质： 选修 课程名称： Matlab程序设计 学时/学分： 40/2 英文名称： Programming in Matlab 考核方式： 闭卷笔试 《Matalb教程》张志涌、杨祖樱等 选用教材： 大纲执笔人： 编著，北京航空航天大学出版社 万正军 《高等数学》、《线性代数》等 专业教学指导 先修课程： 大纲审核人： 适用专业： 测控技术与仪器 一、 课程目标 《Matlab程序设计》是测控技术与仪器专业的选修课。它是一门综合的应 用技术课程，它充分体现了现代工程分析对工程问题求解的特点。MATLAB特别 适合于科学计算、数值分析、系统仿真等任务。本门课程的具体学习目标如下： 1.熟知Matlab程序的关于符号计算、数值计算基本函数调用方法，能够将 计算结果用图形进行显示，并且将上述程序语句用M文件的形式展现出来。 2.能够利用Matlab的基本函数和工具箱进行数据分析与处理。 3.能利用Matb对自动控制等问题进行仿真分析。 4.能够分析符号计算和数值计算的差异性，在此基础上理解仿真的局限性。 5.能够结合实际存在的问题，能进行自主学习、拓展知识，具有终身学习 的意识和能力。 二、教学内容 第一章基础准备及入门（支捧课程目标1） 本章主要介绍Matlab软件的发展历史、MATLAB的基本情况及学习Matlab 的意义。并熟悉Matlab的基本功能、运行环境。通过本章学习，要求学生：了 解Matlab功能和特点，对Matlab软件有基本的认识；熟悉Matlab的菜单、工 具栏和通用操作界面，掌握Matlab帮助文件的使用；掌握Matlab的环境设置及 Matlab中常用标点符号的功能。 第二章Matlab的符号计算（支撑课程目标1、2、4）
《Matlab 程序设计》教学大纲 课程编号： 302003020‐01 课程性质： 选修 课程名称： Matlab 程序设计 学时/学分： 40/2 英文名称： Programming in Matlab 考核方式： 闭卷笔试 选用教材： 《Matalb 教程》张志涌、杨祖樱等 编著，北京航空航天大学出版社 大纲执笔人： 万正军 先修课程： 《高等数学》、《线性代数》等 大纲审核人： 专业教学指导 组 适用专业： 测控技术与仪器 一、 课程目标 《Matlab 程序设计》是测控技术与仪器专业的选修课。它是一门综合的应 用技术课程，它充分体现了现代工程分析对工程问题求解的特点。MATLAB 特别 适合于科学计算、数值分析、系统仿真等任务。本门课程的具体学习目标如下： 1. 熟知 Matlab 程序的关于符号计算、数值计算基本函数调用方法，能够将 计算结果用图形进行显示，并且将上述程序语句用 M 文件的形式展现出来。 2. 能够利用 Matlab 的基本函数和工具箱进行数据分析与处理。 3. 能利用 Matlab 对自动控制等问题进行仿真分析。 4. 能够分析符号计算和数值计算的差异性，在此基础上理解仿真的局限性。 5. 能够结合实际存在的问题，能进行自主学习、拓展知识，具有终身学习 的意识和能力。 二、 教学内容 第一章 基础准备及入门（支撑课程目标 1） 本章主要介绍 Matlab 软件的发展历史、MATLAB 的基本情况及学习 Matlab 的意义。并熟悉 Matlab 的基本功能、运行环境。通过本章学习，要求学生：了 解 Matlab 功能和特点，对 Matlab 软件有基本的认识；熟悉 Matlab 的菜单、工 具栏和通用操作界面，掌握 Matlab 帮助文件的使用；掌握 Matlab 的环境设置及 Matlab 中常用标点符号的功能。 第二章 Matlab 的符号计算（支撑课程目标 1、2、4）
本章主要介绍符号表达式的建立，符号表达式的代数运算、符号表达式的化 简、符号表达式的替换、符号极限、微积分和级数求和、符号方程求解和符号积 分变换等内容。通过本章学习，要求学生：掌握符号变量和符号表达式的创建： 掌握符号表达式的代数运算、符号对象与数值对象的转换、符号表达式的化简和 替换：掌握符号极限、符号微分和级数求和：了解拉普拉斯变换及反变换的 Matlab方法、Z变换及反变换的Matlab方法：掌握符号方程的求解及符号函数 的可视化。 第三章数组运算及数组化编程（支撑课程目标1、2、4） 本章主要介绍Matlab的数组、结构和创建，讨论矩阵的建立、矩阵元素的 输入与提取：多项式的求值、求根和部分分式展开及多项式的乘除法和微积分等 内容。通过本章学习，要求学生：掌握一维数组的创建及其子数组的寻访和赋值： 掌握二维数组的创建方法（直接输入法和利用M文件创建和保存数组）：掌握 维数组元素的标识（全下标、单下标和逻辑1标识）：掌握二维数组子数组的寻 访和赋值。 第四章数值计算（支撑课程目标1、2、4） 本章主要介绍数值计算中的线性代数的各种分解计算、函数分析、数据拟合 插值和样条和常微分方程的数值解。通过本章学习，要求学生：了解线性方程 组的几种解法：了解数值微积分的计算方法：了解多项式基本运算及多项式拟 和和多项式的插值运算。 第五章数据和函数的可视化（支撑课程目标1、2、3） 本章主要介绍Matlab二维曲线的绘制，三维图形的绘制，特殊图形的绘制。 通过本章学习，要求学生：掌握Matlab的基本绘图命令及绘制曲线的一般方法： 理解交互式图形命令，立体图形与图轴的控制，图形对象属性的获取和设置；掌 握用户图形界面设计的一般方法：了解特殊图形的绘制及图形窗口的功能 第六章M文件和函数句柄（支撑课程目标1、5） 本章主要介绍Matlab程序流程控制、M函数文件的设计及意义、函数调用和 参数传递等内容。通过本章学习，要求学生：学握M文本编辑器的使用、流程控 制语句的功能与使用：掌握M函数的设计、函数调用与参数传递。 第七章Simulink仿真环境（支撑课程目标3、4、5） 本章主要介绍Simulink模型建立、复杂系统仿真与分析、子系统与封装等
本章主要介绍符号表达式的建立，符号表达式的代数运算、符号表达式的化 简、符号表达式的替换、符号极限、微积分和级数求和、符号方程求解和符号积 分变换等内容。通过本章学习，要求学生：掌握符号变量和符号表达式的创建； 掌握符号表达式的代数运算、符号对象与数值对象的转换、符号表达式的化简和 替换；掌握符号极限、符号微分和级数求和；了解拉普拉斯变换及反变换的 Matlab 方法、Z 变换及反变换的 Matlab 方法；掌握符号方程的求解及符号函数 的可视化。 第三章 数组运算及数组化编程（支撑课程目标 1、2、4） 本章主要介绍 Matlab 的数组、结构和创建，讨论矩阵的建立、矩阵元素的 输入与提取；多项式的求值、求根和部分分式展开及多项式的乘除法和微积分等 内容。通过本章学习，要求学生：掌握一维数组的创建及其子数组的寻访和赋值； 掌握二维数组的创建方法（直接输入法和利用 M 文件创建和保存数组）；掌握二 维数组元素的标识（全下标、单下标和逻辑 1 标识）；掌握二维数组子数组的寻 访和赋值。 第四章 数值计算（支撑课程目标 1、2、4） 本章主要介绍数值计算中的线性代数的各种分解计算、函数分析、数据拟合、 插值和样条和常微分方程的数值解。通过本章学习，要求学生：了解线性方程 组的几种解法；了解数值微积分的计算方法；了解多项式基本运算及多项式拟 和和多项式的插值运算。 第五章 数据和函数的可视化（支撑课程目标 1、2、3） 本章主要介绍 Matlab 二维曲线的绘制，三维图形的绘制，特殊图形的绘制。 通过本章学习，要求学生：掌握 Matlab 的基本绘图命令及绘制曲线的一般方法； 理解交互式图形命令，立体图形与图轴的控制，图形对象属性的获取和设置；掌 握用户图形界面设计的一般方法；了解特殊图形的绘制及图形窗口的功能 第六章 M 文件和函数句柄（支撑课程目标 1、5） 本章主要介绍 Matlab 程序流程控制、M 函数文件的设计及意义、函数调用和 参数传递等内容。通过本章学习，要求学生：掌握 M 文本编辑器的使用、流程控 制语句的功能与使用；掌握 M 函数的设计、函数调用与参数传递。 第七章 Simulink 仿真环境（支撑课程目标 3、4、5） 本章主要介绍 Simulink 模型建立、复杂系统仿真与分析、子系统与封装等
内容。通过本章学习，要求学生：掌握Simulink文件操作和模型窗口界面的操 作和系统的仿真与分析：了解建立子系统的方法、条件执行子系统的使用和子系 统的封装：了解以Simulink为基础的模块工具箱。 三、 实验内容 序实验名称 主要内容 支撑课程是否必做 学时 目标 熟悉Matlab的安装和编程环 Matlab编程环境 境：掌握数值、变量和表边 1 的熟悉及其基本 式的表达方式：了解计算结 课程目标1 必做 知识 果的图形化表示步骤：掌握 命令窗的操作要旨。 掌握符号对象和符号表达式 的创建和操作：掌握符号表 课程目标 符号计算 达式的极限、导数，序列/级 必做 1、2、4 数的求和和符号积分：了解 符号方程的解法： 掌握m文件的用法：掌握数 值数组的创建和运算方法： 掌握逻辑数组、关系数组 数值数组及向量 下标访问和“全下标”“单下 课程目标 3 必做 化云算 标”的相互转换：了解数组 2、4、5 运算和矩阵运算的不同点： 掌握分段函数的表示一般方 法 了解数值计算方法：掌握离 散数据和离散函数的可视化 数据和函数的可 课程目标 (方法及其指令)：掌挥连续 必做 3 视化 函数的可视化：掌握二维曲 4、5 线和图形绘制的一般步骤。 备注：自动控制原理课程设计需使用Matlab仿真实验（课程目标3），该课 程与Matlab同步，而Matlab课时较少，这里就没有单独安排Matlab的仿真实 四、 参考文献
内容。通过本章学习，要求学生：掌握 Simulink 文件操作和模型窗口界面的操 作和系统的仿真与分析；了解建立子系统的方法、条件执行子系统的使用和子系 统的封装；了解以 Simulink 为基础的模块工具箱。 三、 实验内容 序 号 实验名称 主要内容 支撑课程 目标 是否必做 学时 1 Matlab 编程环境 的熟悉及其基本 知识 熟悉 Matlab 的安装和编程环 境；掌握数值、变量和表达 式的表达方式；了解计算结 果的图形化表示步骤；掌握 命令窗的操作要旨。 课程目标 1 必做 2 2 符号计算 掌握符号对象和符号表达式 的创建和操作；掌握符号表 达式的极限、导数，序列/级 数的求和和符号积分；了解 符号方程的解法； 课程目标 1、2、4 必做 2 3 数值数组及向量 化运算 掌握 m 文件的用法；掌握数 值数组的创建和运算方法； 掌握逻辑数组、关系数组、 下标访问和“全下标”“单下 标”的相互转换；了解数组 运算和矩阵运算的不同点； 掌握分段函数的表示一般方 法。 课程目标 2、4、5 必做 3 4 数据和函数的可 视化 了解数值计算方法；掌握离 散数据和离散函数的可视化 （方法及其指令）；掌握连续 函数的可视化；掌握二维曲 线和图形绘制的一般步骤。 课程目标 4、5 必做 3 备注：自动控制原理课程设计需使用 Matlab 仿真实验（课程目标 3），该课 程与 Matlab 同步，而 Matlab 课时较少，这里就没有单独安排 Matlab 的仿真实 验 四、 参考文献
[1]尚涛.MATLAB基础及其应用教程.北京：电子工业出版社，2014. [2]魏鑫.MATLAB R2014a从入门到精通.北京：电子工业出版社，2015 [3]薛山.MATLAB基础教程.北京：清华大学出版社，2011. 五、达成课程目标的途径与措施 达成目标的途径和措施主要有： L.引导学生掌握Matlab相关概念、基本理论及方法，利用具体的案例（如 完整的小游戏程序，科研上Matlab的使用)帮助学生建立对Matlab的 2.精讲多练。课堂讲授以提出实际问题、分析问题、解决问题为主，辅之 习题练习，课后小作业和课后大作业：促使学生能利用基本原理和方法。 3.多环节训练、督促检查，巩周学习成果。 1)作业：课后习题和小作业 2)实验 3)期末考试：主要涉及各部分的基本原理、基本方法和测试系统。 4)上课考勤 六、 教学方式与考核 1.教学方式 本课程完整的教学过程包括：理论教学、实验教学和上机练习三部分： 上机练习的内容紧密配合理论教学内容： 2.考核方法 平时（含上课出勤、上机练习等），实验，考试 3.成绩评定方法 平时成绩（点名+课堂表现+实验）40%+期末考试60%。 七、 课程目标对毕业要求的支撑 毕业要求 指标点 课程目标 毕业要求2：能够将专业相关 的基础理论知识，用于测控2.3能运用基本原理和文献研究，分析 对象和任务的分析和模型建影响测控装置性能的因素，证实问题分 课程目标1 立，并通过文献研究对结果析的合理性。 进行评价
[1] 尚涛.MATLAB 基础及其应用教程.北京：电子工业出版社, 2014. [2] 魏鑫.MATLAB R2014a 从入门到精通. 北京：电子工业出版社,2015. [3] 薛山.MATLAB 基础教程. 北京：清华大学出版社,2011. 五、 达成课程目标的途径与措施 达成目标的途径和措施主要有： 1. 引导学生掌握 Matlab 相关概念、基本理论及方法，利用具体的案例（如 完整的小游戏程序，科研上 Matlab 的使用）帮助学生建立对 Matlab 的 兴趣。 2. 精讲多练。课堂讲授以提出实际问题、分析问题、解决问题为主，辅之 习题练习，课后小作业和课后大作业；促使学生能利用基本原理和方法。 3. 多环节训练、督促检查，巩固学习成果。 1）作业：课后习题和小作业 2）实验 3）期末考试：主要涉及各部分的基本原理、基本方法和测试系统。 4）上课考勤 六、 教学方式与考核 1.教学方式 本课程完整的教学过程包括：理论教学、实验教学和上机练习三部分； 上机练习的内容紧密配合理论教学内容； 2.考核方法 平时(含上课出勤、上机练习等)，实验，考试 3.成绩评定方法 平时成绩（点名+课堂表现+实验）40%+期末考试 60%。 七、 课程目标对毕业要求的支撑 毕业要求 指标点 课程目标 毕业要求 2：能够将专业相关 的基础理论知识，用于测控 对象和任务的分析和模型建 立，并通过文献研究对结果 进行评价。 2.3 能运用基本原理和文献研究，分析 影响测控装置性能的因素，证实问题分 析的合理性。 课程目标 1
毕业要求5：能够针对机械工5.2能够合理运用MatLab、SolidWorks 程中的复杂测试计量及控制等专业技术工具对测控复杂工程问题 课程目标2、3 问题，开发与选用恰当的技进行预测与模拟： 术、资源及现代工具对问题5.3能够分析并理解运用MatLab 进行预测与模拟，并能够理SolidWorks等专业技术工具对测控复课程目标4 解其局限性。 杂工程问题进行预测与模拟的局限性。 毕业要求12：具有终身学习 的意识，有自主和持续学习 12.2认识不断深索和学习的必要性， 的能力，能及时了解测控技 能进行自主学习、拓展知识，具有终身 术与仪器领域的最新理论、 课程目标5 技术及国际前沿动态，适应 学习的意识和能力。 社会环境的发展变化。 八、 教学进程 学时分配 周次 教学内容 讲课 习题 实验 课 11绪论 3 22符号计算 3 实验 Matlab编程环境的熟悉及其基本知识 42符号计算 5 3数值数组及向量化运算 3 6实验二符号计算 73数值数组及向量化运算 3 84数值计算 3 9实验三数值数组及向量化运算 3 10答疑 115数据和函数的可视化 12 实验四数据和函数的可视化 136M文件和函数句柄 147 Simulink交互式仿真集成环境
毕业要求 5：能够针对机械工 程中的复杂测试计量及控制 问题，开发与选用恰当的技 术、资源及现代工具对问题 进行预测与模拟，并能够理 解其局限性。 5.2 能够合理运用 MatLab、SolidWorks 等专业技术工具对测控复杂工程问题 进行预测与模拟； 课程目标 2、3 5.3 能够分析并理解运用 MatLab、 SolidWorks 等专业技术工具对测控复 杂工程问题进行预测与模拟的局限性。 课程目标 4 毕业要求 12：具有终身学习 的意识，有自主和持续学习 的能力，能及时了解测控技 术与仪器领域的最新理论、 技术及国际前沿动态，适应 社会环境的发展变化。 12.2 认识不断探索和学习的必要性， 能进行自主学习、拓展知识，具有终身 学习的意识和能力。 课程目标 5 八、 教学进程 周次 教学内容 学时分配 讲课 习题 课 实验 1 1 绪论 3 2 2 符号计算 3 3 实验一 Matlab 编程环境的熟悉及其基本知识 2 4 2 符号计算 3 5 3 数值数组及向量化运算 3 6 实验二符号计算 2 7 3 数值数组及向量化运算 3 8 4 数值计算 3 9 实验三数值数组及向量化运算 3 10 答疑 3 11 5 数据和函数的可视化 3 12 实验四数据和函数的可视化 3 13 6 M 文件和函数句柄 3 14 7 Simulink 交互式仿真集成环境 3