MATLAB Simulink系统仿真PDF电子书下载

第1章 MATLAB基础知识 1

1.1 MATLAB简介 1

1.2 MATLAB的通用命令 3

1.2.1 MATLAB菜单说明 3

1.2.2 MATLAB路径设置 4

1.2.3 MATLAB系统常量说明 5

1.2.4 MATLAB程序注解符说明 6

1.3 MATLAB的计算基础 7

1.3.1 MATLAB的预定义变量 7

1.3.2 常用运算和基本数学函数 9

1.3.3 数值的输出格式 14

1.4 MATLAB程序设计基础 18

1.4.1 MATLAB基本程序设计 19

1.4.2 MATLAB程序控制语句的运用 25

1.5 MATLAB的绘图功能 27

1.5.1 离散数据图形绘制 27

1.5.2 函数图形绘制 28

1.5.3 网格图绘制 29

1.5.4 曲面图的绘制 31

1.5.5 特殊图形绘制 32

1.6 微积分问题的MATLAB求解 33

1.6.1 符号微积分 33

1.6.2 微分方程的数值解 36

1.6.3 龙贝格积分法微积分运算 37

1.6.4 有限差分方法求边值问题 39

1.6.5 样条函数求积分 43

1.6.6 常微分方程符号解 43

1.7 非线性方程与线性规划问题求解 44

1.7.1 非线性方程组求解 44

1.7.2 无约束最优化问题求解 46

1.7.3 线性规划问题 47

1.7.4 二次型规划问题 48

1.8 本章小结 50

第2章 Simulink仿真入门 51

2.1 Simulink基本操作 51

2.1.1 运行Simulink 52

2.1.2 Simulink模块库 53

2.1.3 Simulink模块的操作 59

2.2 运行仿真及参数设置简介 62

2.2.1 模型的创建 62

2.2.2 模块的连接与简单处理 65

2.2.3 仿真参数设置简介 66

2.3 子系统及其封装 68

2.3.1 创建子系统 68

2.3.2 使能子系统 69

2.3.3 触发子系统 71

2.3.4 使能触发子系统 72

2.3.5 封装子系统 74

2.4 用MATLAB命令创建和运行Simulink模型 80

2.4.1 创建Simulink模型与文件 80

2.4.2 添加模块和信号线 81

2.4.3 设置模型和模块属性 82

2.4.4 仿真 84

2.5 本章小结 85

第3章 Simulink模型的建立与仿真 86

3.1 Simulink模块库简介 86

3.2 信号源模块组 86

3.2.1 Clock模块 86

3.2.2 Digital Clock模块 87

3.2.3 Constant模块 88

3.2.4 Band-Limited White Noise模块 89

3.2.5 Chirp Signal模块 90

3.2.6 Sine Wave模块 92

3.2.7 Pulse Generator模块 93

3.2.8 Random Number模块 94

3.2.9 Step模块 95

3.2.10 Uniform Random Number模块 96

3.3 连续模块组 97

3.3.1 Derivative模块 97

3.3.2 Integrator模块 98

3.3.3 Transfer Fcn模块 99

3.3.4 Transport Delay模块 101

3.3.5 Zero-Pole模块 102

3.3.6 State-Space模块 103

3.4 离散模块组 105

3.4.1 Discrete Transfer Fcn模块 105

3.4.2 Discrete Filter模块 106

3.4.3 Unit Delay模块 107

3.4.4 Memory模块 108

3.4.5 Discrete Zero-Pole模块 109

3.4.6 Discrete State-Space模块 110

3.4.7 Zero-Order Hold模块 111

3.5 查表模块组 113

3.5.1 1-D Lookup Table模块 113

3.5.2 2-D Lookup Table模块 114

3.6 用户自定义函数模块组 115

3.6.1 Fcn模块 115

3.6.2 MATLAB Fcn模块 116

3.6.3 S-Function模块 117

3.7 数学运算模块组 120

3.7.1 Abs模块 120

3.7.2 Add模块 121

3.7.3 Divide模块 122

3.7.4 Dot Product模块 123

3.7.5 Gain模块 124

3.7.6 Complex to Magnitude-Angle模块 125

3.7.7 Magnitude-Argle to Complex模块 126

3.8 非线性模块组 127

3.8.1 Backlash模块 127

3.8.2 Coulomb＆Viscous Friction模块 128

3.8.3 Dead Zone模块 129

3.8.4 Quantizer模块 131

3.8.5 Rate Limiter模块 132

3.8.6 Saturation模块 133

3.9 信号与系统模块组 134

3.9.1 Bus Selector模块 134

3.9.2 Bus Creator模块 135

3.9.3 Mux模块 136

3.9.4 Demux模块 137

3.9.5 Data Store Memory模块 138

3.9.6 Data Store Read模块 139

3.9.7 Data Store Write模块 141

3.9.8 Enable模块 142

3.9.9 Ground模块 143

3.10 本章小结 144

第4章 Simulink常用命令库分析 145

4.1 Simulink中常用的模块库 145

4.2 Simulink命令代码 146

4.2.1 Simulink系统路径 147

4.2.2 获取Simulink模型参数值 147

4.3 Simulink系统创建命令 150

4.3.1 simulink命令 150

4.3.2 simulink3命令 150

4.3.3 find_system命令 151

4.3.4 new_system命令 153

4.3.5 open_system命令 154

4.3.6 save_system命令 154

4.3.7 bdclose命令 155

4.4 Simulink模型模块操作命令 156

4.4.1 add＿block命令 156

4.4.2 delete＿block命令 157

4.4.3 add_line命令 157

4.4.4 delete_line命令 158

4.4.5 replace_block命令 159

4.5 获取Simulink文件路径 161

4.5.1 gcb命令 161

4.5.2 gcbh命令 161

4.5.3 gcs命令 162

4.5.4 bdroot命令 162

4.6 获取Simulink模型参数命令 163

4.6.1 get_param命令 163

4.6.2 set_param命令 165

4.7 Simulink代码建模 166

4.8 本章小结 169

第5章 基于Simulink的S函数建模 170

5.1 Simulink S函数仿真应用 170

5.1.1 Simulink S函数仿真过程 170

5.1.2 S函数的回调方法 171

5.2 M-file S函数应用 171

5.3 M-file S函数模板 178

5.3.1 S函数工作方式 182

5.3.2 S函数仿真过程 183

5.3.3 S函数的编写 184

5.3.4 M文件S函数的模块化 185

5.4 M-file S函数实现 186

5.5 本章小结 191

第6章 控制系统Simulink仿真 192

6.1 控制系统频域分析 192

6.1.1 频率特性的定义 193

6.1.2 频率特性和传递函数的关系 194

6.1.3 频率特性的图形表示方法 195

6.2 幅相频率特性 198

6.2.1 比例环节 199

6.2.2 微分环节 200

6.2.3 积分环节 200

6.2.4 惯性环节 203

6.2.5 一阶复合微分环节 206

6.2.6 二阶振荡环节 207

6.2.7 二阶复合微分环节 213

6.2.8 延迟环节 215

6.2.9 开环系统的幅相特性曲线 216

6.3 对数频率特性 220

6.3.1 比例环节 220

6.3.2 微分环节 220

6.3.3 积分环节 221

6.3.4 惯性环节 221

6.3.5 一阶复合微分环节 222

6.3.6 二阶振荡环节 222

6.3.7 二阶复合微分环节 224

6.3.8 延迟环节 225

6.4 开环系统的Bode图 225

6.5 最小相角系统和非最小相角系统 228

6.6 奈奎斯特频域稳定判据 229

6.7 频域对数稳定判据 234

6.8 稳定裕度 236

6.8.1 稳定裕度的定义 236

6.8.2 稳定裕度的计算 237

6.9 本章小结 239

第7章 基于PID的Simulink控制系统仿真 240

7.1 PID控制原理 240

7.2 基于PID的控制仿真 242

7.3 基于S函数的PID控制系统仿真 246

7.4 基于PID的倒立摆小车控制仿真 252

7.5 本章小结 255

第8章 模糊逻辑控制仿真 256

8.1 模糊逻辑概述 256

8.1.1 高斯型隶属函数 257

8.1.2 三角形隶属函数 258

8.2 模糊逻辑控制箱图形界面 260

8.2.1 基本FIS编辑器 260

8.2.2 隶属函数编辑器 262

8.2.3 绘制FIS 263

8.2.4 设置模糊系统属性 264

8.2.5 规则编辑器和语法编辑器 265

8.2.6 规则观察器和模糊推理框图 266

8.3 模糊聚类分析 267

8.3.1 FIS曲面 267

8.3.2 FIS结构 268

8.3.3 模糊均值聚类 269

8.3.4 模糊聚类工具箱 270

8.4 模糊与PID控制器仿真设计 273

8.4.1 模糊逻辑工具箱 273

8.4.2 PID控制 275

8.4.3 模糊控制器设计 277

8.4.4 模糊与PID控制仿真 280

8.5 本章小结 283

第9章 Simulink在电力系统中的应用 284

9.1 同步发电机原理分析 284

9.2 简化同步电机模块使用 285

9.3 同步电机模块使用 289

9.4 负荷模型 297

9.4.1 静态负荷模块 298

9.4.2 三相动态负荷模块 298

9.5 异步电动机模块 299

9.6 直流电机模块 304

9.7 本章小结 308

第10章 电力系统稳定性分析 309

10.1 Powergui模块 309

10.1.1 仿真类型 310

10.1.2 分析工具 311

10.2 二极管模块 320

10.3 晶闸管模块 323

10.4 电力系统稳态仿真 326

10.4.1 连续系统仿真 327

10.4.2 离散系统仿真 328

10.5 电力系统电磁暂态仿真 330

10.5.1 断路器模块 331

10.5.2 三相断路器模块 333

10.5.3 三相故障模块 334

10.5.4 暂态仿真分析 336

10.6 本章小结 338

第11章 通信系统仿真设计 339

11.1 通信系统仿真概述 339

11.2 信源与信道模型 342

11.2.1 随机数产生器 342

11.2.2 泊松分布产生器 344

11.2.3 伯努利二进制信号产生器 346

11.2.4 加性噪声产生器 347

11.3 滤波器分析 349

11.4 调制与解调 360

11.4.1 基带模型与调制通带分析 360

11.4.2 解调与模拟调制模型分析 360

11.4.3 数字调制解调器模型分析 377

11.5 本章小结 388

第12章 神经网络控制 389

12.1 神经网络简介 389

12.2 人工神经元模型 390

12.3 神经网络的学习规则 391

12.4 MATLAB神经网络工具箱 392

12.5 基于BP神经网络的PID自适应控制 396

12.6 基于Simulink的神经网络模块仿真 403

12.6.1 模块的设置 403

12.6.2 模块的生成 405

12.7 基于Simulink的神经网络控制系统 406

12.8 反馈线性化控制 409

12.9 本章小结 412

第13章 滑模控制 413

13.1 基于名义模型的滑模控制 413

13.1.1 名义控制系统结构 413

13.1.2 基于名义模型的控制 414

13.1.3 基于名义模型的滑模控制器的设计 415

13.1.4 基于名义模型的滑模控制仿真 416

13.2 全局滑模控制 422

13.2.1 全局滑模控制系统 422

13.2.2 全局滑模控制器的设计 422

13.2.3 基于全局滑模控制的仿真 424

13.3 基于线性化反馈的滑模控制 429

13.3.1 二阶非线性确定系统的倒立摆仿真 429

13.3.2 二阶非线性不确定系统的倒立摆仿真 433

13.3.3 输入输出的反馈线性化控制 438

13.3.4 输入输出的反馈线性化滑模控制 442

13.4 基于模型参考的滑模控制 447

13.5 本章小结 452

第14章 车辆系统仿真 453

14.1 汽车制动系统仿真 453

14.2 汽车悬架系统仿真 457

14.2.1 汽车悬架系统运动方程建立 457

14.2.2 汽车悬架系统仿真 458

14.2.3 白噪声路面模拟输入仿真 467

14.3 汽车四轮转向控制系统仿真 469

14.3.1 低速四轮转向系统仿真 472

14.3.2 高速四轮转向系统仿真 474

14.4 本章小结 475

第15章 群智能算法控制系统仿真 476

15.1 PID控制 476

15.2 粒子群算法控制仿真 477

15.2.1 基本粒子群算法 477

15.2.2 粒子群算法流程 478

15.2.3 被控对象PID整定 479

15.2.4 阶跃响应性能检测 484

15.3 遗传算法控制仿真 485

15.3.1 选择算子 486

15.3.2 交叉算子 486

15.3.3 变异算子 487

15.3.4 适应度值评估 487

15.3.5 遗传算法流程 488

15.3.6 被控对象PID整定 488

15.3.7 阶跃响应性能检测 492

15.4 人群搜索算法控制仿真 494

15.4.1 搜索步长的确定 494

15.4.2 搜索方向的确定 495

15.4.3 搜寻者个体位置的更新 495

15.4.4 人群搜索算法流程 495

15.4.5 被控对象PID整定 496

15.4.6 阶跃响应性能检测 500

15.5 本章小结 502

第16章 图像处理仿真 503

16.1 图像处理模块库 503

16.1.1 分析和增强模块 504

16.1.2 转换模块库 505

16.1.3 滤波模块库 505

16.1.4 几何变换模块库 506

16.1.5 形态学操作模块库 507

16.1.6 接收器模块库 507

16.1.7 输入源模块库 508

16.1.8 统计模块库 509

16.1.9 文本和图形模块库 509

16.1.10 变换模块库 510

16.1.11 工具模块库 511

16.2 基Simulink的图像增强 511

16.2.1 图像灰度变换增强 511

16.2.2 图像的平滑增强 515

16.2.3 图像锐化增强 517

16.3 基于Simulink的图像转换处理 519

16.3.1 图像类型转换 519

16.3.2 颜色模型转换 520

16.4 基于Simulink的图像几何变换 522

16.4.1 图像的旋转 522

16.4.2 图像的缩放 524

16.5 基于Simulink的图像数学形态学操作 526

16.5.1 图像膨胀和腐蚀 526

16.5.2 图像的开运算与闭运算 528

16.6 基于Simulink的图像增强综合实例 531

16.6.1 图像进行旋转和增强 531

16.6.2 图像缩小旋转及边缘检测处理 532

16.7 本章小结 534

附录 Simulink常用命令库 535

参考文献 541