MATLAB建模與仿真應(yīng)用

前言

MATLAB軟件是主要用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。由于MATI+AB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解決科技和工程問題要比用C、Fortran等語言解決相同的問題簡(jiǎn)捷得多。MATLAB已被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、系統(tǒng)工程、信息工程、應(yīng)用數(shù)學(xué)、機(jī)電工程、電子工程、計(jì)算機(jī)等專業(yè)領(lǐng)域。系統(tǒng)建模與仿真是研究、分析、設(shè)計(jì)各種復(fù)雜系統(tǒng)的有力工具。MATLAB提供了一個(gè)獨(dú)特的建模和仿真的環(huán)境。強(qiáng)有力的技術(shù)語言既精確又富有描述性，用戶可用較少的代碼完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模工作。本書精選應(yīng)用實(shí)例，深入淺出地向讀者講解了MATLAB軟件在建模與仿真中的應(yīng)用。本書分為上、下兩篇，共13章，上篇是MATLAB的基礎(chǔ)篇，下篇是MATLAB的應(yīng)用篇。基礎(chǔ)篇包括第1～7章，講解了MATLAB的基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)值運(yùn)算、圖像繪制以及程序設(shè)計(jì)，并較詳細(xì)地介紹了功能非常強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具Simulink；應(yīng)用篇包括第8～13章，講解了電路、電力系統(tǒng)、電機(jī)、測(cè)控系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)的MATLAB建模與仿真。本書精心設(shè)計(jì)的應(yīng)用實(shí)例可幫助讀者在充分理解MATLAB建模與仿真理論的基礎(chǔ)上，高效地掌握系統(tǒng)建模與仿真以及MATLAB相關(guān)功能和工具的使用。本書的內(nèi)容中融入了作者在長(zhǎng)期教學(xué)和科研工作中的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，可幫助初學(xué)者快速入門與提高。

內(nèi)容概要

本書從應(yīng)用的角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了MATLAB建模與仿真。通過MATLAB在電路、電力系統(tǒng)、電機(jī)、測(cè)控系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)中的建模與仿真，讀者可以全面地掌握MATLAB軟件的使用。書中精心設(shè)計(jì)的應(yīng)用實(shí)例可幫助讀者在充分理解MATLAB建模與仿真理論的基礎(chǔ)上，高效地掌握系統(tǒng)建模與仿真以及MATLAB相關(guān)功能和工具的使用。    本書可作為高等院校教材，也可作為廣大從事建模與仿真工作的工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

前言第一部分  基礎(chǔ)篇第1章  MATLAB簡(jiǎn)介及建模與仿真  1.1  MATLAB的應(yīng)用    1.1.1  MATLAB的發(fā)展與應(yīng)用    1.1.2  MATLAB的功能及特點(diǎn)    1.1.3  MATLAB的工具箱  1.2  系統(tǒng)建模與仿真    1.2.1  系統(tǒng)建模    1.2.2  仿真的基本概念    1.2.3  仿真的基本步驟    1.2.4  仿真的發(fā)展階段  1.3  習(xí)題第2章  MATLAB的使用基礎(chǔ)  2.1  MATLA3的安裝  2.2  MATLAB的開發(fā)環(huán)境    2.2.1  MATLAB的啟動(dòng)與設(shè)置    2.2.2  MATLAB的窗口    2.2.3  MATLAB的工作空間    2.2.4  MATLAB的程序編輯及調(diào)試器    2.2.5  MATLAB的工具欄    2.2.6  MATLAB的在線幫助  2.3  習(xí)題第3章  MATLAB的數(shù)值計(jì)算  3.1  MATLAB的常用數(shù)值類型  3.2  矩陣與數(shù)組的運(yùn)算    3.2.1  矩陣運(yùn)算    3.2.2  數(shù)組運(yùn)算  3.3  常用運(yùn)算函數(shù)一覽  3.4  常用數(shù)值方法舉例    3.4.1  線性代數(shù)方程組的求解    3.4.2  微分方程初值問題的求解  3.5  習(xí)題  3.6  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第4章  MATLAB的圖形繪制  4.1  二維圖形的繪制    4.1.1  一般繪圖形式    4.1.2  特殊繪圖形式  4.2  三維圖形的繪制    4.2.1  一般三維繪圖    4.2.2  特殊三維繪圖  4.3  圖形對(duì)象及其屬性  4.4  應(yīng)用函數(shù)一覽  4.5  習(xí)題  4.6  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第5章  MATLAB程序設(shè)計(jì)及其仿真  5.1  M文件    5.1.1  什么是M文件    5.1.2  M函數(shù)與MATLA8腳本文件    5.1.3  全局變量與局部變量  5.2  子函數(shù)與局部函數(shù)  5.3 MATLAB常用編程語句    5.3.1  流程控制語句    5.3.2  其他常用語句  5.4  MATLAB程序設(shè)計(jì)的基本原則  5.5  程序?qū)嵗? 5.6  習(xí)題  5.7  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第6章  Simulink的仿真環(huán)境  6.1  Simulink啟動(dòng)與運(yùn)行界面  6.2  Simulink模塊庫(kù)簡(jiǎn)介    6.2.1  公共模塊庫(kù)    6.2.2  專業(yè)模塊庫(kù)  6.3  自定義模塊  6.4  習(xí)題  6.5  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第7章  Simulink建模及實(shí)例  7.1  Simulink建模的基本方法    7.1.1  模型建立的基本步驟    7.1.2  模塊的查找與選擇    7.1.3  模塊的基本操作    7.1.4  模型的搭建    7.1.5  模塊參數(shù)設(shè)置    7.1.6  仿真參數(shù)配置    7.1.7  運(yùn)行與保存  7.2  建模舉例  7.3  習(xí)題  7.4  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第二部分  應(yīng)用篇第8章  電路的建模及仿真  8.1  電路建模仿真的基本步驟  8.2  常用電路分析法及舉例    8.2.1  直流電路建模與仿真    8.2.2  動(dòng)態(tài)電路建模與仿真    8.2.3  正弦交流電路建模與仿真  8.3  習(xí)題  8.4  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第9章  電力系統(tǒng)的建模及仿真  9.1  高壓直流傳輸系統(tǒng)的建模及仿真  9.2  同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的建模及仿真  9.3  習(xí)題  9.4  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第10章  電機(jī)的建模及仿真  10.1  直流電動(dòng)機(jī)建模及仿真    10.1.1  直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)    10.1.2  直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速    10.1.3  直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)  10.2  三相異步電動(dòng)機(jī)的建模及仿真  10.3  三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的建模及仿真  10.4  習(xí)題  10.5  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第11章  測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真  11.1  測(cè)控系統(tǒng)的典型數(shù)學(xué)模型  11.2  測(cè)控系統(tǒng)的常規(guī)分析方法    11.2.1  時(shí)域分析法    11.2.2  頻域分析法  11.3  幾種典型測(cè)控系統(tǒng)的建模及仿真  11.4  習(xí)題  11.5  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第12章  過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真  12.1  過程控制系統(tǒng)概述    12.1.1  過程控制系統(tǒng)的組成    12.1.2  過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟  12.2  數(shù)字PID控制器及其MATLAB實(shí)現(xiàn)    12.2.1  數(shù)字PID控制算法的形式與特點(diǎn)    12.2.2  位置PID控制算法    12.2.3  連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字PID控制及仿真    12.2.4  離散系統(tǒng)的數(shù)字PID控制及仿真    12.2.5  增量式PID控制及仿真    12.2.6  步進(jìn)式PID控制及仿真  12.3  仿真實(shí)例    12.3.1  液位前饋-反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真    12.3.2  鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真  12.4  習(xí)題  12.5  上機(jī)實(shí)驗(yàn)第13章  模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真  13.1  模糊控制系統(tǒng)概述    13.1.1  模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其原理    13.1.2  模糊PID控制器  13.2  模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟    13.2.1  模糊化及MATLAB實(shí)現(xiàn)    13.2.2  隸屬度函數(shù)及MATLAB實(shí)現(xiàn)    13.2.3  模糊規(guī)則及MATLAB實(shí)現(xiàn)    13.2.4  模糊推理系統(tǒng)及MATLAB實(shí)現(xiàn)  13.3  模糊系統(tǒng)建模仿真實(shí)例  13.4  習(xí)題  13.5  上機(jī)實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：像大多數(shù)分析方法一樣，仿真也涉及系統(tǒng)模型。建模，顧名思義就是建立系統(tǒng)模型的過程，是研究系統(tǒng)的重要前提和手段。對(duì)某些系統(tǒng)，可以直接對(duì)實(shí)際系統(tǒng)加以實(shí)驗(yàn)研究。這種方法如果可以保證系統(tǒng)的其他方面不發(fā)生顯著變化，就可以得到正確無誤的結(jié)果，而且不必?fù)?dān)心模仿的真實(shí)性。例如，要檢驗(yàn)提高地鐵自動(dòng)檢票機(jī)的使用率能否提高檢票的速度，可以讓相關(guān)人員要求乘客使用它們，據(jù)此就可統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù)。但在許多方面，直接對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究是相當(dāng)困難或者根本無法實(shí)現(xiàn)的。這時(shí)，只有通過建立一個(gè)模型進(jìn)行相關(guān)的研究。例如，若要驗(yàn)證關(guān)閉某地區(qū)銀行的一家支行的可行性，不能真的關(guān)閉這家支行。對(duì)于這種情況，就需要建立一個(gè)模型來研究。模型有物理模型和數(shù)學(xué)模型兩類。其中，物理模型是將實(shí)際系統(tǒng)按照一定比例微縮制作出來便于分析的小規(guī)模系統(tǒng)，也就是各種實(shí)際系統(tǒng)的微縮版，例如，實(shí)物飛行模擬器等；數(shù)學(xué)模型是由一系列定量、結(jié)構(gòu)化的近似公式和假設(shè)條件組成，用以描述系統(tǒng)當(dāng)前的或者未來的行為，可以用計(jì)算機(jī)程序表示出來。本書所研究的模型屬數(shù)學(xué)模型。根據(jù)模型的概念，可以知道建模的一般過程。首先確定數(shù)據(jù)及其相關(guān)過程，然后定義數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的完整性，再進(jìn)行安全檢查和備份，最后選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。

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