MATLAB车辆工程应用实战PDF电子书下载

第1篇 MATLAB常见技巧应用及控制系统分析基础 2

第1章 MATLAB基础知识 2

1.1 本章导读 2

1.2 MATLAB界面功能简介 2

1.3 MATLAB矩阵基本运算 7

1.4 MATLAB图形点线样式的设置 9

1.5 MATLAB绘图函数的使用 11

1.5.1 平面绘图 11

1.5.2 三维绘图 13

1.5.3 图形动画的显示 16

1.5.4 数据趋势逼近 17

1.5.5 基本图像处理 19

1.6 MATLAB代码转可执行软件 20

1.7 MATLAB代码执行时间的计算 21

1.8 使用Notebook 22

1.9 读取十六进制数并转换成十进制数 22

1.10 解决Simulink模型打不开的问题 23

1.11 结果保存至文本文件 24

第2章 图形显示及GUI设计 26

2.1 本章导读 26

2.2 Annoation图形标注 26

2.3 图形局部放大 27

2.4 给图像加上缩放滚动条 28

2.5 GUI应用分析 29

2.5.1 图像加载和存储 29

2.5.2 GUI图形显示 31

2.5.3 可变GUI窗体设置 32

2.6 随机变量分布图 34

2.7 符号变量应用求解 36

2.8 对数函数图绘制 38

2.9 在界面上显示特殊字符 40

第3章 简单工程应用分析 44

3.1 本章导读 44

3.2 反射定理证明求解 44

3.3 椭圆面积积分求解 46

3.4 天然气井的开采量求解 47

3.5 烟草摄入量求解 52

3.6 阻力大小与下落速度求解 55

第4章 滤波器设计及控制系统仿真建模 58

4.1 本章导读 58

4.2 傅立叶变换的性质 58

4.3 Fourier变换 59

4.3.1 MATLAB Fourier工具箱实例 59

4.3.2 快速傅立叶变换与仿真 60

4.3.3 低通滤波器设计 62

4.4 Z变换的应用 73

4.5 系统传递函数模型 75

4.5.1 传递函数定义 75

4.5.2 传递函数的特性 76

4.6 动力学系统基本元件 76

4.6.1 惯性元件 76

4.6.2 弹性元件 76

4.6.3 阻尼元件 77

4.7 机械手臂控制系统仿真 78

第5章 弹簧阻尼系统建模 90

5.1 本章导读 90

5.2 弹簧振子简谐振动动画 90

5.3 一阶延迟环节 91

5.4 单自由度弹簧阻尼系统 93

5.4.1 机械系统 95

5.4.2 力-电系统 98

5.5 多自由度振动系统 100

5.5.1 二自由度系统 101

5.5.2 半正定三自由度系统 109

第2篇 MATLAB PID控制及车辆控制仿真应用 114

第6章 基于PID的控制算法 114

6.1 本章导读 114

6.2 PID控制原理 114

6.3 专家PID控制 115

6.4 增量式PID控制算法及仿真 119

6.5 积分分离PID控制算法及其仿真 121

6.6 PID恒温控制 127

6.7 PID直流电机速度控制 129

6.8 基于卡尔曼滤波器的PID控制 132

6.8.1 卡尔曼滤波 133

6.8.2 卡尔曼温度跟踪 136

6.8.3 卡尔曼的PID控制 138

6.9 基于PID的智能小车循迹控制仿真 141

第7章 基于人群搜索算法的PID参数整定 145

7.1 SOA算法在PID控制中的运用 145

7.1.1 PID控制原理 145

7.1.2 PID的离散化处理 146

7.1.3 基于SOA的PID参数整定的基本原理 146

7.2 基于SOA的PID参数整定的设计方案 147

7.2.1 参数的编码 147

7.2.2 适应度函数的选取 147

7.2.3 搜索步长的确定 147

7.2.4 搜索方向的确定 148

7.2.5 个体位置的更新 148

7.2.6 算法流程 149

7.2.7 算法实例 149

7.2.8 PID参数整定结果 149

7.3 进给伺服系统传递函数模型 154

7.4 基于SOA算法的进给伺服系统PID整定 155

7.4.1 参数的编码 155

7.4.2 适应度函数的选取 156

7.4.3 搜索步长的确定 156

7.4.4 搜索方向的确定 157

7.4.5 个体位置的更新 157

7.4.6 SOA算法流程 157

7.4.7 PID参数整定结果 157

第8章 基于LQR和PID的倒立摆小车控制 164

8.1 本章导读 164

8.2 问题背景 164

8.3 线性系统 165

8.3.1 状态空间表达式 165

8.3.2 系统状态线性变换 166

8.3.3 线性系统的能控性 166

8.4 最优控制 167

8.4.1 线性二次型控制 167

8.4.2 LQR状态反馈矩阵求解 168

8.4.3 PID状态反馈矩阵求解 169

8.5 单摆运动系统仿真动画 170

8.6 倒立摆系统 173

8.6.1 一级倒立摆系统分析 174

8.6.2 利用LQR法设计控制器 175

8.6.3 利用PID法设计控制器 179

8.7 倒立摆系统平衡控制系统设计 180

8.7.1 线性二次型倒立摆控制 181

8.7.2 PID倒立摆控制 183

第9章 结构静力学设计仿真计算 186

9.1 本章导读 186

9.2 桁架的静力分析 186

9.3 梁的静力分析 188

9.4 桁架模态分析动画设计 194

9.5 基于单元刚度矩阵的结构受力分析 199

9.5.1 平面桁架单元刚度矩阵 199

9.5.2 平面梁单元的刚度方程 204

9.5.3 平面钢架单元的刚度方程 207

第10章 悬臂梁振动主动控制 212

10.1 本章导读 212

10.2 振动主动控制原理分析 212

10.3 悬臂梁振动动力学模型 213

10.3.1 悬臂梁振动力学分析 213

10.3.2 悬臂梁振动微分方程 213

10.3.3 固有频率和主振型 214

10.4 悬臂梁的PID控制仿真 220

10.4.1 PID控制理论 220

10.4.2 PID控制器设计与算法仿真 221

第11章 机构学运动仿真 226

11.1 本章导读 226

11.2 曲柄摇杆机构点迹的动态仿真 226

11.2.1 曲柄摇杆机构模型的分析 226

11.2.2 Simulink仿真程序设计 227

11.3 曲柄摇杆机构运动仿真 229

11.4 双曲柄机构 232

11.5 双曲柄机构运动仿真 235

11.6 曲柄滑块机构运动学仿真建模 241

11.7 复向量坐标系下的曲柄滑块机构仿真 243

11.8 曲柄滑块机构运动仿真 248

第12章 敞篷汽车优化设计及模态分析 250

12.1 本章导读 250

12.2 汽车敞篷机构设计分析 250

12.3 敞篷汽车三段式折叠软顶设计 251

12.4 汽车敞篷机构运动仿真 260

12.5 模态分析法 266

12.5.1 二自由度系统传递函数 267

12.5.2 二自由度系统模态分析 268

第13章 列车系统控制仿真 271

13.1 本章导读 271

13.2 伺服电机正反转仿真 271

13.3 二自由度系统动力消振器模型 275

13.4 无源隔振器的频率特性分析 277

13.5 二自由度车辆悬架系统优化控制 279

13.6 电磁悬浮模糊控制 282

13.6.1 电磁悬浮过程控制 282

13.6.2 电流放大器控制系统 285

13.6.3 位置控制系统的连续和离散模型 286

13.6.4 模糊调节器控制 288

13.7 空调自动控制系统 295

13.8 列车制动停车过程控制 298

13.8.1 空气制动力计算 298

13.8.2 闸瓦压力计算 299

13.8.3 车辆阻力计算 300

13.8.4 列车制动停车过程分析 300

13.8.5 轨面粘着系数 301

13.8.6 仿真计算 302

13.8.7 CRH动车临界速度分析 305

第14章 汽车振动控制仿真 308

14.1 本章导读 308

14.2 汽车振动分析 308

14.3 汽车振动响应 312

14.3.1 汽车振动系统的简化 312

14.3.2 四自由度系统模型 314

14.3.3 频响函数求解 315

14.4 PID于汽车行驶速度控制 320

14.4.1 汽车行驶控制模型 320

14.4.2 汽车行驶控制系统动力学模型 320

14.5 振动信号频谱分析 323

第15章 汽车车灯光源优化分析 333

15.1 本章导读 333

15.2 问题分析 333

15.2.1 模型假设 333

15.2.2 模型符号说明 334

15.3 点光源直射光形成的锥面方程确定 334

15.3.1 点光源传播中的能量传递规律 335

15.3.2 光照度公式推导 335

15.3.3 点光源直射光锥面方程的确定 336

15.3.4 直射功率有效值计算 337

15.4 直射光总功率计算 341

15.5 测试屏上直射光的亮区模型建立 343

15.5.1 区域D1中的任一点处的光照强度确定 345

15.5.2 区域D2中的任一点处的光照强度确定 346

15.5.3 区域D21中的任一点处的光照强度确定 346

15.5.4 区域D22中的任一点处的光照强度确定 348

15.5.5 区域D23、D24中的任一点处的光照强度确定 348

15.5.6 直射光区域内任一点处的光照强度确定 350

15.6 建立测试屏幕上反射光的亮区模型 354

15.7 测试屏亮区及光照度计算 356

第3篇 MATLAB算法设计提高 362

第16章 椭圆拟合和微分方程计算 362

16.1 本章导读 362

16.2 由离散点拟合圆方程 362

16.3 由离散点拟合椭圆方程 364

16.4 拱形圆顶及椭圆顶分析 365

16.5 椭圆形偏微分方程 369

第17章 隐式逐步积分法 372

17.1 本章导读 372

17.2 常用积分表达式 372

17.3 欧拉方法 376

17.3.1 向前欧拉方法 376

17.3.2 向后欧拉方法 377

17.4 高阶微分方程（组）的数值计算 379

17.5 四阶龙格库塔法及亚当斯法 382

17.6 隐式逐步积分法 386

17.6.1 线性加速度法 386

17.6.2 威尔逊θ法 389

第18章 基于PSO的优化设计 392

18.1 本章导读 392

18.2 基本粒子群算法 392

18.3 粒子群算法的收敛性 394

18.4 粒子群算法函数极值求解 395

18.4.1 经典测试函数 396

18.4.2 一维函数全局最优 401

18.4.3 无约束函数极值寻优 405

18.4.4 有约束函数极值寻优 410

18.4.5 有约束函数极值寻优 413

第19章 基于GA的优化分析 418

19.1 本章导读 418

19.2 遗传算法特点 418

19.3 遗传算法的寻优计算 419

19.4 基于GA的曲面极大值寻优 427

19.5 基于GA_PSO算法极小值寻优 431

第20章 基于PSO的机构优化 434

20.1 本章导读 434

20.2 微粒群优化算法研究现状 434

20.2.1 微粒群优化算法的改进研究 434

20.2.2 微粒群优化算法的应用研究 435

20.3 机构优化设计理论分析 435

20.4 平面连杆机构的模型建立 435

20.5 利用复合形法进行设计 438

20.5.1 复合形法的算法流程 438

20.5.2 模型计算结果 438

20.6 利用约束随机方向法进行设计 441

20.6.1 初始点的选择 442

20.6.2 随机方向法的算法流程 442

20.6.3 模型计算结果 442

20.7 利用优化工具箱法进行设计 445

20.8 利用微粒群优化算法进行设计 448

参考文献 453