第一部分 MATLAB及Simulink基本应用 3
第1章 MATLAB基础知识 3
1.1 MATLAB简介 3
1.2 MATLAB的通用命令 5
1.2.1 MATLAB菜单说明 6
1.2.2 MATLAB路径设置 6
1.2.3 MATLAB系统常量说明 7
1.2.4 MATLAB程序注解符说明 8
1.3 MATLAB的计算基础 9
1.3.1 MATLAB的预定义变量 9
1.3.2 常用运算和基本数学函数 11
1.3.3 数值的输出格式 17
1.4 MATLAB程序设计基础 21
1.4.1 MATLAB基本程序设计 21
1.4.2 MATLAB程序控制语句运用 28
1.5 MATLAB的绘图功能 30
1.5.1 离散数据图形绘制 31
1.5.2 函数图形绘制 31
1.5.3 网格图形绘制 32
1.5.4 曲面图形绘制 35
1.5.5 特殊图形绘制 36
1.6 微积分问题的MATLAB求解 37
1.6.1 符号微积分 37
1.6.2 微分方程的数值解 39
1.6.3 龙贝格积分法微积分运算 41
1.6.4 有限差分方法求边值问题 43
1.6.5 样条函数求积分 46
1.6.6 常微分方程符号解 46
1.7 非线性方程与线性规划问题求解 47
1.7.1 非线性方程组求解 47
1.7.2 无约束最优化问题求解 49
1.7.3 线性规划问题 50
1.7.4 二次型规划问题 52
1.8 本章小结 54
第2章 Simulink仿真入门 55
2.1 Simulink基本操作 55
2.1.1 运行Simulink 56
2.1.2 Simulink模块库 56
2.1.3 Simulink模块的操作 63
2.2 运行仿真和参数设置简介 66
2.2.1 模型的创建 66
2.2.2 模块的连接与简单处理 69
2.2.3 仿真参数设置简介 70
2.3 子系统及其封装 72
2.3.1 创建子系统 72
2.3.2 使能子系统 74
2.3.3 触发子系统 76
2.3.4 使能触发子系统 77
2.3.5 封装子系统 78
2.4 用MATLAB命令创建和运行Simulink模型 85
2.4.1 创建Simulink模型与文件 85
2.4.2 添加模块和信号线 86
2.4.3 设置模型和模块属性 87
2.4.4 仿真 88
2.5 本章小结 89
第3章 Simulink模型的建立与仿真 90
3.1 Simulink模块库简介 90
3.2 信号源模块组 90
3.2.1 Clock模块 90
3.2.2 Digital Clock模块 91
3.2.3 Constant模块 92
3.2.4 Band-Limited White Noise模块 93
3.2.5 Chirp Signal模块 94
3.2.6 Sine Wave模块 95
3.2.7 Pulse Generator模块 97
3.2.8 Random Number模块 98
3.2.9 Step模块 99
3.2.10 Uniform Random Number模块 100
3.3 连续模块组 101
3.3.1 Derivative模块 101
3.3.2 Integrator模块 102
3.3.3 Transfer Fcn模块 104
3.3.4 Transport Delay模块 105
3.3.5 Zero-Pole模块 107
3.3.6 State-Space模块 108
3.4 离散模块组 110
3.4.1 Discrete Transfer Fcn模块 110
3.4.2 Discrete Filter模块 111
3.4.3 Unit Delay模块 112
3.4.4 Memory模块 113
3.4.5 Discrete Zero-Pole模块 114
3.4.6 Discrete State-Space模块 116
3.4.7 Zero-Order Hold模块 117
3.5 查表模块组 118
3.5.1 1-D Lookup Table模块 118
3.5.2 2-D Lookup Table模块 119
3.6 用户自定义函数模块组 120
3.6.1 Fcn模块 120
3.6.2 MATLAB Function模块 121
3.6.3 S-Function模块 123
3.7 数学运算模块组 125
3.7.1 Abs模块 126
3.7.2 Add模块 127
3.7.3 Divide模块 128
3.7.4 Dot Product模块 129
3.7.5 Gain模块 130
3.7.6 Complex to Magnitude-Angle模块 131
3.7.7 Magnitude-Angle to Complex模块 132
3.8 非线性模块组 133
3.8.1 Backlash模块 134
3.8.2 Coulomb＆Viscous Friction模块 135
3.8.3 Dead Zone模块 136
3.8.4 Quantizer模块 137
3.8.5 Rate Limiter模块 138
3.8.6 Satu ration模块 140
3.9 信号与系统模块组 141
3.9.1 BusSelector模块 141
3.9.2 BusCreator模块 142
3.9.3 Mux模块 144
3.9.4 Demux模块 145
3.9.5 Data Store Memory模块 146
3.9.6 Data Store Read模块 147
3.9.7 Data Store Write模块 148
3.9.8 Enable模块 150
3.9.9 Ground模块 151
3.10 本章小结 152
第4章 Simulink常用命令库分析 153
4.1 Simulink中常用的模块库 153
4.2 Simulink命令代码 155
4.2.1 Simulink系统路径 155
4.2.2 获取Simulink模型参数值 156
4.3 Simulink系统创建命令 158
4.3.1 Simulink命令 158
4 3.2 Simulink3命令 159
4.3.3 find_system命令 159
4.3.4 new_system命令 161
4.3.5 open_system命令 162
4.3.6 save_system命令 162
4.3.7 bdclose命令 163
4.4 Simulink模型模块操作命令 165
4.4.1 add_block命令 165
4.4.2 delete_block命令 166
4.4.3 add_line命令 166
4.4.4 delete_line命令 167
4.4.5 replace_block命令 168
4.5 获取Simulink文件路径命令 169
4.5.1 gcb命令 170
4.5.2 gcbh命令 170
4.5.3 gcs命令 171
4.5.4 bdroot命令 171
4.6 获取Simulink模型参数命令 172
4.6.1 get_param命令 172
4.6.2 set_param命令 173
4.7 Simulink代码建模 175
4.8 本章小结 179
第二部分 Simulink控制系统仿真 183
第5章 基于Simulink的S-Function建模 183
5.1 Simulink S-Function仿真应用 183
5.1.1 Simulink S-Function仿真过程 183
5.1.2 S-Function的回调方法 184
5.2 M-File S-Fumctions应用 184
5.3 M-File S-Function模板 192
5.3.1 S-Functio n工作方式 196
5.3.2 S-Function仿真过程 197
5.3.3 S-Functio n的编写 198
5.3.4 M-File S-Function的模块化 198
5.4 M-File S-Function实现 200
5.5 本章小结 205
第6章 控制系统Simulink仿真 206
6.1 控制系统频域分析 206
6.1.1 频率特性的定义 207
6.1.2 频率特性和传递函数的关系 208
6.1.3 频率特性的图形表示方法 209
6.2 幅相频率特性 213
6.2.1 比例环节 213
6.2.2 微分环节 214
6.2.3 积分环节 216
6.2.4 惯性环节 217
6.2.5 一阶复合微分环节 221
6.2.6 二阶振荡环节 222
6.2.7 二阶复合微分环节 228
6.2.8 延迟环节 230
6.2.9 开环系统的幅相特性曲线 230
6.3 对数频率特性 235
6 3.1 比例环节 235
6.3.2 微分环节 235
6.3.3 积分环节 235
6.3.4 惯性环节 236
6 3.5 一阶复合微分环节 237
6.3.6 二阶振荡环节 237
6.3.7 二阶复合微分环节 239
6.3.8 延迟环节 240
6.4 开环系统的Bode图 240
6 5 最小相角系统和非最小相角系统 243
6.6 奈奎斯特频域稳定判据 245
6.7 频域对数稳定判据 249
6.8 稳定裕度 251
6.8.1 稳定裕度的定义 251
6.8.2 稳定裕度的计算 252
6.9 本章小结 254
第7章 基于PID的Simulink控制系统仿真 255
7.1 PID控制原理 255
7.2 基于PID的控制仿真 257
7.3 基于S-Function的PID控制系统仿真 261
7.4 基于PID的倒立摆小车控制仿真 267
7.5 本章小结 271
第三部分 Simulink高级系统仿真应用 275
第8章 模糊逻辑控制仿真 275
8 1 模糊逻辑的概念 275
8.1.1 高斯型隶属函数 276
8.1.2 三角形隶属函数 277
8.2 模糊逻辑控制箱图形界面 279
8.2.1 基本FIS编辑器 279
8.2.2 隶属函数编辑器 281
8.2.3 绘制FIS 282
8.2.4 设置模糊系统属性 283
8.2.5 规则编辑器和语法编辑器 284
8.2.6 规则观察器和模糊推理框图 285
8.3 模糊聚类分析 286
8.3.1 FIS曲面 286
8.3.2 FIS结构 287
8.3.3 模糊均值聚类 288
8.3.4 模糊聚类工具箱 290
8.4 模糊与PID控制器仿真设计 292
8.4.1 模糊逻辑工具箱 293
8.4.2 PID控制 295
8.4.3 模糊控制器设计 296
8.4.4 模糊与PID控制仿真 300
8.5 本章小结 303
第9章 Simulink在电力系统中的应用 304
9.1 同步发电机原理分析 304
9.2 简化同步电机模块使用 305
9.3 同步电机模块使用 309
9.4 负荷模型 317
9.4.1 静态负荷模块 317
9.4.2 三相动态负荷模块 318
9.5 异步电机模块 319
9.6 直流电机模块 324
9.7 本章小结 328
第10章 电力系统稳定性分析 329
10.1 Powergui模块 329
10.1.1 仿真类型 330
10.1.2 分析工具 331
10.2 二极管模块 341
10.3 晶闸管模块 344
10.4 电力系统稳态仿真 348
10.4.1 连续系统仿真 348
10.4.2 离散系统仿真 350
10.5 电力系统电磁暂态仿真 352
10.5.1 断路器模块 353
10.5.2 三相故障模块 356
10.5.3 暂态仿真分析 357
10.6 本章小结 360
第11章 通信系统仿真设计 361
11.1 通信系统仿真简介 361
11.2 信源与信道模型 364
11.2.1 随机数产生器 364
11.2.2 泊松分布产生器 366
11.2.3 伯努利二进制信号产生器 368
11.2.4 高斯噪声产生器 370
11.3 滤波器分析 372
11.4 调制与解调 384
11.4.1 基带模型与调制通带分析 384
11.4.2 模拟调制解调器模型分析 385
11.4.3 数字调制解调器模型分析 402
11.5 本章小结 415
第12章 神经网络控制仿真 416
12.1 神经网络简介 416
12.2 人工神经元模型 417
12.3 神经网络的学习规则 419
12.4 MATLAB神经网络工具箱 420
12.5 基于BP神经网络的PID自适应控制 423
12.6 基于Simulink的神经网络模块仿真 429
12.6.1 模块的设置 429
12.6.2 模块的生成 432
12.7 基于Simulink的神经网络控制系统 433
12.8 反馈线性化控制 436
12.9 本章小结 439
第13章 滑模控制 440
13.1 基于名义模型的滑模控制 440
13.1.1 名义控制系统结构 440
13.1.2 基于名义模型的控制 441
13.1.3 基于名义模型的滑模控制器的设计 442
13.1.4 基于名义模型的滑模控制仿真 443
13.2 全局滑模控制 449
13.2.1 全局滑模控制系统 449
13.2.2 全局滑模控制器的设计 450
13.2.3 基于全局滑模控制的仿真 451
13.3 基于线性化反馈的滑模控制 456
13.3.1 二阶非线性确定系统的倒立摆仿真 456
13.3.2 二阶非线性不确定系统的倒立摆仿真 460
13.3.3 输入／输出的反馈线性化控制 465
13.3.4 输入／输出的反馈线性化滑模控制 470
13.4 基于模型参考的滑模控制 475
13.5 本章小结 481
第14章 车辆系统仿真 482
14.1 汽车制动系统仿真 482
14.2 汽车悬架系统仿真 486
14.2.1 汽车悬架系统运动方程建立 486
14.2.2 汽车悬架系统仿真程序 488
14.2.3 白噪声路面模拟输入仿真 496
14.3 汽车四轮转向控制系统仿真 498
14.3.1 低速四轮转向系统仿真 501
14.3.2 高速四轮转向系统仿真 503
14.4 本章小结 505
第15章 群智能算法控制系统仿真 506
15.1 PID控制 506
15.2 粒子群算法控制仿真 507
15.2.1 基本粒子群算法 507
15.2.2 粒子群算法流程 508
15.2.3 被控对象PID整定 509
15.2.4 阶跃响应性能检测 514
15.3 遗传算法控制仿真 515
15.3.1 选择算子 516
15.3.2 交叉算子 516
15.3.3 变异算子 517
15.3.4 适应度值评估 517
15.3.5 遗传算法流程 518
15.3.6 被控对象PID整定 518
15.3.7 阶跃响应性能检测 522
15.4 人群搜索算法控制仿真 524
15.4.1 搜索步长的确定 524
15.4.2 搜索方向的确定 525
15.4.3 搜寻者个体位置的更新 526
15.4.4 人群搜索算法流程 526
15.4.5 被控对象PID整定 526
15.4.6 阶跃响应性能检测 531
15.5 本章小结 533
附录 Simulink常用命令库 534
参考文献 540