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MATLAB/Simulink系统仿真

作者:李献、骆志伟、于晋臣

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编辑推荐

(1) 资深作者编著,图书质量更有保证:一线资深工程师执笔,系统归纳和总结了智能算法的实战经验。(2) 提供配套源码,便于读者动手实践:理论必须联系实践,本书提供源代码下载,方便读者学习使用。(3) 内含丰富实例,利于读者二次开发:书中提供了十几个智能算法的典型实例,读者可以据此二次开发。(4) 提供配套课件,便于教师备课使用:配套提供了完整的教学课件资料,便于广大教师备课使用。配套学习资源下载地址为清华大学出版社网站本书页面。系列畅销图书如下:MATLAB 编程指南——计算、编程、仿真、算法及应用MATLAB/Simulink系统仿真MATLAB GUI程序设计MATLAB智能算法MATLAB数学建模MATLAB科学计算MATLAB信号处理MATLAB图像处理 

内容简介

本书在MATLAB 2016a的基础上由浅入深地讲解了MATLAB/Simulink软件的知识,内容涉及面广、涵盖了用户需要使用的各种功能。本书编排合理,自始至终采用实例描述; 内容完整且各章相对独立,是一本极具参考价值的MATLAB/Simulink参考书。
本书分为三大部分共16章。*部分主要介绍了MATLAB基础知识、Simulink仿真入门、Simulink模型建立与仿真以及Simulink常用命令库等; 第二部分主要介绍SFunction的应用、控制系统仿真和PID控制仿真等; 第三部分则涉及Simulink高级应用,包括模糊逻辑控制、电力系统仿真、通信系统仿真、神经网络控制仿真、滑模控制、车辆系统仿真、群智能算法仿真和图像处理仿真等。
本书以工程应用为目标,深入浅出,实例引导,讲解翔实,适合作为理工科高等院校本科生和研究生的教学用书,也可作为广大科研工程技术人员的参考用书。

作者简介

李献  毕业于中国科学院研究生院,博士学位,硕士毕业于华中科技大学。毕业后留在中科院电工研究所应用超导重点实验室工作。主要从事电磁推进、脉冲强磁场以及脉冲功率电源的相关研究工作。在国内外期刊发表论文多篇,出版多部畅销图书。

目  录

 

 

目录

 

 

 

第1章MATLAB基础知识

 

1.1MATLAB简介

 

1.2MATLAB的通用命令

 

1.2.1MATLAB菜单说明

 

1.2.2MATLAB路径设置

 

1.2.3MATLAB系统常量说明

 

1.2.4MATLAB程序注解符说明

 

1.3MATLAB的计算基础

 

1.3.1MATLAB的预定义变量

 

1.3.2常用运算和基本数学函数

 

1.3.3数值的输出格式

 

1.4MATLAB程序设计基础

 

1.4.1MATLAB基本程序设计

 

1.4.2MATLAB程序控制语句的运用

 

1.5MATLAB的绘图功能

 

1.5.1离散数据图形绘制

 

1.5.2函数图形绘制

 

1.5.3网格图绘制

 

1.5.4曲面图的绘制

 

1.5.5特殊图形绘制

 

1.6微积分问题的MATLAB求解

 

1.6.1符号微积分

 

1.6.2微分方程的数值解

 

1.6.3龙贝格积分法微积分运算

 

1.6.4有限差分方法求边值问题

 

1.6.5样条函数求积分

 

1.6.6常微分方程符号解

 

1.7非线性方程与线性规划问题求解

 

1.7.1非线性方程组求解

 

1.7.2无约束最优化问题求解

 

1.7.3线性规划问题

 

1.7.4二次型规划问题

 

1.8本章小结

 

 

第2章Simulink仿真入门

 

2.1Simulink基本操作

 

2.1.1运行Simulink

 

2.1.2Simulink模块库

 

2.1.3Simulink模块的操作

 

2.2运行仿真及参数设置简介

 

2.2.1模型的创建

 

2.2.2模块的连接与简单处理

 

2.2.3仿真参数设置简介

 

2.3子系统及其封装

 

2.3.1创建子系统

 

2.3.2使能子系统

 

2.3.3触发子系统

 

2.3.4使能触发子系统

 

2.3.5封装子系统

 

2.4用MATLAB命令创建和运行Simulink模型

 

2.4.1创建Simulink模型与文件

 

2.4.2添加模块和信号线

 

2.4.3设置模型和模块属性

 

2.4.4仿真

 

2.5本章小结

 

 

第3章Simulink模型的建立与仿真

 

3.1Simulink模块库简介

 

3.2信号源模块组

 

3.2.1Clock模块

 

3.2.2Digital Clock模块

 

3.2.3Constant模块

 

3.2.4BandLimited White Noise模块

 

3.2.5Chirp Signal模块

 

3.2.6Sine Wave模块

 

3.2.7Pulse Generator模块

 

3.2.8Random Number模块

 

3.2.9Step模块

 

3.2.10Uniform Random Number模块

 

3.3连续模块组

 

3.3.1Derivative模块

 

3.3.2Integrator模块

 

3.3.3Transfer Fcn模块

 

3.3.4Transport Delay模块

 

3.3.5ZeroPole模块

 

3.3.6StateSpace模块

 

3.4离散模块组

 

3.4.1Discrete Transfer Fcn模块

 

3.4.2Discrete Filter模块

 

3.4.3Unit Delay模块

 

3.4.4Memory模块

 

3.4.5Discrete ZeroPole模块

 

3.4.6Discrete StateSpace模块

 

3.4.7ZeroOrder Hold模块

 

3.5查表模块组

 

3.5.11D Lookup Table模块

 

3.5.22D Lookup Table模块

 

3.6用户自定义函数模块组

 

3.6.1Fcn模块

 

3.6.2MATLAB Fcn模块

 

3.6.3SFunction模块

 

3.7数学运算模块组

 

3.7.1Abs模块

 

3.7.2Add模块

 

3.7.3Divide模块

 

3.7.4Dot Product模块

 

3.7.5Gain模块

 

3.7.6Complex to MagnitudeAngle模块

 

3.7.7MagnitudeAngle to Complex模块

 

3.8非线性模块组

 

3.8.1Backlash模块

 

3.8.2Coulomb & Viscous Friction模块

 

3.8.3Dead Zone模块

 

3.8.4Quantizer模块

 

3.8.5Rate Limiter模块

 

3.8.6Saturation模块

 

3.9信号与系统模块组

 

3.9.1Bus Selector模块

 

3.9.2Bus Creator模块

 

3.9.3Mux模块

 

3.9.4Demux模块

 

3.9.5Data Store Memory模块

 

3.9.6Data Store Read模块

 

3.9.7Data Store Write模块

 

3.9.8Enable模块

 

3.9.9Ground模块

 

3.10本章小结

 

 

第4章Simulink常用命令库分析

 

4.1Simulink中常用的模块库

 

4.2Simulink命令代码

 

4.2.1Simulink系统路径

 

4.2.2获取Simulink模型参数值

 

4.3Simulink系统创建命令

 

4.3.1simulink命令

 

4.3.2simulink3命令

 

4.3.3find_system命令

 

4.3.4new_system命令

 

4.3.5open_system命令

 

4.3.6save_system命令

 

4.3.7bdclose命令

 

4.4Simulink模型模块操作命令

 

4.4.1add_block命令

 

4.4.2delete_block命令

 

4.4.3add_line命令

 

4.4.4delete_line命令

 

4.4.5replace_block命令

 

4.5获取Simulink文件路径

 

4.5.1gcb命令

 

4.5.2gcbh命令

 

4.5.3gcs命令

 

4.5.4bdroot命令

 

4.6获取Simulink模型参数命令

 

4.6.1get_param命令

 

4.6.2set_param命令

 

4.7Simulink代码建模

 

4.8本章小结

 

 

第5章基于Simulink的S函数建模

 

5.1Simulink S函数仿真应用

 

5.1.1Simulink S函数仿真过程

 

5.1.2S函数的回调方法

 

5.2Mfile S函数应用

 

5.3Mfile S函数模板

 

5.3.1S函数工作方式

 

5.3.2S函数仿真过程

 

5.3.3S函数的编写

 

5.3.4M文件S函数的模块化

 

5.4Mfile S函数实现

 

5.5本章小结

 

 

第6章控制系统Simulink仿真

 

6.1控制系统频域分析

 

6.1.1频率特性的定义

 

6.1.2频率特性和传递函数的关系

 

6.1.3频率特性的图形表示方法

 

6.2幅相频率特性

 

6.2.1比例环节

 

6.2.2微分环节

 

6.2.3积分环节

 

6.2.4惯性环节

 

6.2.5一阶复合微分环节

 

6.2.6二阶振荡环节

 

6.2.7二阶复合微分环节

 

6.2.8延迟环节

 

6.2.9开环系统的幅相特性曲线

 

6.3对数频率特性

 

6.3.1比例环节

 

6.3.2微分环节

 

6.3.3积分环节

 

6.3.4惯性环节

 

6.3.5一阶复合微分环节

 

6.3.6二阶振荡环节

 

6.3.7二阶复合微分环节

 

6.3.8延迟环节

 

6.4开环系统的Bode图

 

6.5最小相角系统和非最小相角系统

 

6.6奈奎斯特频域稳定判据

 

6.7频域对数稳定判据

 

6.8稳定裕度

 

6.8.1稳定裕度的定义

 

6.8.2稳定裕度的计算

 

6.9本章小结

 

 

第7章基于PID的Simulink控制系统仿真

 

7.1PID控制原理

 

7.2基于PID的控制仿真

 

7.3基于S函数的PID控制系统仿真

 

7.4基于PID的倒立摆小车控制仿真

 

7.5本章小结

 

 

第8章模糊逻辑控制仿真

 

8.1模糊逻辑概述

 

8.1.1高斯型隶属函数

 

8.1.2三角形隶属函数

 

8.2模糊逻辑控制箱图形界面

 

8.2.1基本FIS编辑器

 

8.2.2隶属函数编辑器

 

8.2.3绘制FIS

 

8.2.4设置模糊系统属性

 

8.2.5规则编辑器和语法编辑器

 

8.2.6规则观察器和模糊推理框图

 

8.3模糊聚类分析

 

8.3.1FIS曲面

 

8.3.2FIS结构

 

8.3.3模糊均值聚类

 

8.3.4模糊聚类工具箱

 

8.4模糊与PID控制器仿真设计

 

8.4.1模糊逻辑工具箱

 

8.4.2PID控制

 

8.4.3模糊控制器设计

 

8.4.4模糊与PID控制仿真

 

8.5本章小结

 

 

第9章Simulink在电力系统中的应用

 

9.1同步发电机原理分析

 

9.2简化同步电机模块使用

 

9.3同步电机模块使用

 

9.4负荷模型

 

9.4.1静态负荷模块

 

9.4.2三相动态负荷模块

 

9.5异步电动机模块

 

9.6直流电机模块

 

9.7本章小结

 

 

第10章电力系统稳定性分析

 

10.1Powergui模块

 

10.1.1仿真类型

 

10.1.2分析工具

 

10.2二极管模块

 

10.3晶闸管模块

 

10.4电力系统稳态仿真

 

10.4.1连续系统仿真

 

10.4.2离散系统仿真

 

10.5电力系统电磁暂态仿真

 

10.5.1断路器模块

 

10.5.2三相断路器模块

 

10.5.3三相故障模块

 

10.5.4暂态仿真分析

 

10.6本章小结

 

 

第11章通信系统仿真设计

 

11.1通信系统仿真概述

 

11.2信源与信道模型

 

11.2.1随机数产生器

 

11.2.2泊松分布产生器

 

11.2.3伯努利二进制信号产生器

 

11.2.4加性噪声产生器

 

11.3滤波器分析

 

11.4调制与解调

 

11.4.1基带模型与调制通带分析

 

11.4.2解调与模拟调制模型分析

 

11.4.3数字调制解调器模型分析

 

11.5本章小结

 

 

第12章神经网络控制

 

12.1神经网络简介

 

12.2人工神经元模型

 

12.3神经网络的学习规则

 

12.4MATLAB神经网络工具箱

 

12.5基于BP神经网络的PID自适应控制

 

12.6基于Simulink的神经网络模块仿真

 

12.6.1模块的设置

 

12.6.2模块的生成

 

12.7基于Simulink的神经网络控制系统

 

12.8反馈线性化控制

 

12.9本章小结

 

 

第13章滑模控制

 

13.1基于名义模型的滑模控制

 

13.1.1名义控制系统结构

 

13.1.2基于名义模型的控制

 

13.1.3基于名义模型的滑模控制器的设计

 

13.1.4基于名义模型的滑模控制仿真

 

13.2全局滑模控制

 

13.2.1全局滑模控制系统

 

13.2.2全局滑模控制器的设计

 

13.2.3基于全局滑模控制的仿真

 

13.3基于线性化反馈的滑模控制

 

13.3.1二阶非线性确定系统的倒立摆仿真

 

13.3.2二阶非线性不确定系统的倒立摆仿真

 

13.3.3输入输出的反馈线性化控制

 

13.3.4输入输出的反馈线性化滑模控制

 

13.4基于模型参考的滑模控制

 

13.5本章小结

 

 

第14章车辆系统仿真

 

14.1汽车制动系统仿真

 

14.2汽车悬架系统仿真

 

14.2.1汽车悬架系统运动方程建立

 

14.2.2汽车悬架系统仿真

 

14.2.3白噪声路面模拟输入仿真

 

14.3汽车四轮转向控制系统仿真

 

14.3.1低速四轮转向系统仿真

 

14.3.2高速四轮转向系统仿真

 

14.4本章小结

 

 

第15章群智能算法控制系统仿真

 

15.1PID控制

 

15.2粒子群算法控制仿真

 

15.2.1基本粒子群算法

 

15.2.2粒子群算法流程

 

15.2.3被控对象PID整定

 

15.2.4阶跃响应性能检测

 

15.3遗传算法控制仿真

 

15.3.1选择算子

 

15.3.2交叉算子

 

15.3.3变异算子

 

15.3.4适应度值评估

 

15.3.5遗传算法流程

 

15.3.6被控对象PID整定

 

15.3.7阶跃响应性能检测

 

15.4人群搜索算法控制仿真

 

15.4.1搜索步长的确定

 

15.4.2搜索方向的确定

 

15.4.3搜寻者个体位置的更新

 

15.4.4人群搜索算法流程

 

15.4.5被控对象PID整定

 

15.4.6阶跃响应性能检测

 

15.5本章小结

 

 

第16章图像处理仿真

 

16.1图像处理模块库

 

16.1.1分析和增强模块

 

16.1.2转换模块库

 

16.1.3滤波模块库

 

16.1.4几何变换模块库

 

16.1.5形态学操作模块库

 

16.1.6接收器模块库

 

16.1.7输入源模块库

 

16.1.8统计模块库

 

16.1.9文本和图形模块库

 

16.1.10变换模块库

 

16.1.11工具模块库

 

16.2基于Simulink的图像增强

 

16.2.1图像灰度变换增强

 

16.2.2图像的平滑增强

 

16.2.3图像锐化增强

 

16.3基于Simulink的图像转换处理

 

16.3.1图像类型转换

 

16.3.2颜色模型转换

 

16.4基于Simulink的图像几何变换

 

16.4.1图像的旋转

 

16.4.2图像的缩放

 

16.5基于Simulink的图像数学形态学操作

 

16.5.1图像膨胀和腐蚀

 

16.5.2图像的开运算与闭运算

 

16.6基于Simulink的图像增强综合实例

 

16.6.1图像进行旋转和增强

 

16.6.2图像缩小旋转及边缘检测处理

 

16.7本章小结

 

 

附录Simulink常用命令库

 

 

参考文献

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