MATLAB/Simulink建模與仿真

前言

　　MATLAB一詞是Matrix Laboratory（矩陣實驗室）的縮寫。20世紀70年代后期，時任美國新墨西哥大學計算機科學系主任的Cleve Moler教授為減輕學生編程負擔，為學生設(shè)計了一組調(diào)用LINPACK和EISPACK庫程序的“通俗易用”的接口，此即用Fortran編寫的萌芽狀態(tài)的MATLAB。此后，MATLAB軟件的功能便不斷得到豐富和發(fā)展?！　≡跉W美大學里，諸如應用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、自動控制、數(shù)字信號處理、模擬與數(shù)字通信、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書把MATLAB作為一項重要學習內(nèi)容。這幾乎成了20世紀90年代以后教科書與舊版書籍的區(qū)別性標志?！　≡趪H學術(shù)界，MATLAB已經(jīng)被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。MATLAB將數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理、圖形功能和系統(tǒng)仿真融為一體，使用戶在易學易用的環(huán)境中求解問題，如同書寫數(shù)學公式一樣，避免了傳統(tǒng)的復雜專業(yè)編程。　　本套叢書是編委會經(jīng)過對多所高等院校和知名企業(yè)進行調(diào)研，在與各高校教師和數(shù)十位不同領(lǐng)域工程師廣泛交流的基礎(chǔ)上編寫的。編委會成員都是來自計算機教學的一線教師和就職于各知名企業(yè)的工程師，具有非常豐富的教學和實踐經(jīng)驗?！　”咎讌矔且訫ATLAB R 2008為平臺來講解各學科知識的，也適合其他MATLAB版本，具有如下主要特點：　　（1）突出技術(shù)，全面針對實際應用。在選材上，根據(jù)實際應用的需要，堅決舍棄現(xiàn)在用不上、將來也用不上的內(nèi)容。在保證學科體系完整的基礎(chǔ)上不過度強調(diào)理論的深度和難度，注重應用型人才的專業(yè)技術(shù)和工程實用技術(shù)的培養(yǎng)。此系列叢書從內(nèi)容上講，跨度較大，從MATLAB在基礎(chǔ)層面的應用到專業(yè)工具箱的高層次的應用，這樣可以滿足不同領(lǐng)域和不同層次讀者的需要，讀者可以根據(jù)自己的水平自主選用?！　。?）本套叢書采用“任務(wù)驅(qū)動”的編寫方式，采取“提出問題——介紹解決問題的方法——歸納總結(jié)，培養(yǎng)尋找答案的思維方法”的模式。以實際問題引導出相關(guān)的原理和概念，在講述實例的過程中將知識點融入，通過分析歸納，介紹解決工程實際問題的思想和方法，最后進行概括總結(jié)，使書中內(nèi)容層次清晰，脈絡(luò)分明，可讀性和操作性強。同時引入案例學習和啟發(fā)式學習方法，便于激發(fā)學習興趣?！　。?）內(nèi)容安排上力求由淺入深，循序漸進；表述清晰，通俗易懂；講求效率，內(nèi)容經(jīng)過多次提煉和升華，突出規(guī)律和學習技巧，是思維化的直接體現(xiàn)?！　。?）充分體現(xiàn)案例學習模式。在本系列叢書中讀者會發(fā)現(xiàn)，凡是講解一個問題都以一個案例為主線進行闡述，這是本系列叢書作者多年來在教學第一線的經(jīng)驗總結(jié)。案例學習引人入勝，易理解，易掌握，能使讀者舉一反三，技術(shù)掌握扎實。

內(nèi)容概要

　　本書從應用角度出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了MATLAB／Simulink的建模與仿真。結(jié)合MATLAB／Simulink的使用，通過典型示例，全面系統(tǒng)地闡述了MATLAB／Simulink建模與仿真在通信系統(tǒng)和自動系統(tǒng)中的應用。全書共分為8章，內(nèi)容包括MATLAB介紹、MATLAB界面設(shè)計、Simulink仿真環(huán)境、MATLAB／Simulink建模與仿真、時／頻域分析法、模擬及數(shù)字通信系統(tǒng)的建模與仿真、經(jīng)典／現(xiàn)代／智能控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真、MATLAB／Simulink仿真與建模在實際中的應用等。各章首先通過理論來闡述其原理及概念，再通過典型示例來加深讀者對這些概念的理解，同時也把理論應用到實際過程中?！　”緯哂袃?nèi)容廣、示例典型、實用性強、簡單易懂等特點。可作為計算機仿真、計算機應用、信息處理、機械電子等大專院校學生和研究生教材，也可供計算機仿真及相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)和研究人員參考。

書籍目錄

第1章 MATLAB介紹1.1 MATLAB相關(guān)簡介1.1.1 MATLAB發(fā)展歷程1.1.2 MATLAB軟件的特點1.1.3 MATLAB組成1.2 MATLAB操作界面1.2.1 MATLAB主窗口1.2.2 MATLAB命令窗口1.2.3 MATLAB工作窗口1.2.4 當前目錄窗口和搜索路徑1.2.5 命令歷史窗口1.2.6 Start菜單1.3 MATLAB的示例1.3.1 命令行程序1.3.2 MATLAB繪圖1.3.3 M文件1.3.4 GUI舉例1.3.5 Simulink系統(tǒng)仿真1.4 MATLAB數(shù)值計算1.4.1 MATLAB的數(shù)值類型1.4.2 MATLAB的矩陣運算1.5 關(guān)系運算及邏輯運算1.5.1 關(guān)系運算符與邏輯運算符1.5.2 運算符優(yōu)先級1.5.3 關(guān)系和邏輯函數(shù)1.5.4 關(guān)系與邏輯運算示例1.6 符號運算1.7 MATLAB常用繪圖命令1.8 MATLAB程序設(shè)計1.8.1 程序類型1.8.2 程序流程控制1.8.3 程序設(shè)計原則第2章 MATLAB界面設(shè)計2.1 MATLAB圖形用戶界面設(shè)計2.1.1 圖形用戶界面簡介2.1.2 圖形用戶界面對象的結(jié)構(gòu)2.1.3 啟動圖形用戶界面2.1.4 布局編輯器2.1.5 GUIDE模板介紹2.2 創(chuàng)建圖形用戶界面2.2.1 圖形用戶界面的設(shè)計原則2.2.2 圖形用戶界面創(chuàng)建2.3 GUI編程2.3.1 GUI的M文件2.3.2 GUI的控制響應編程2.3.3 使用GUI句柄結(jié)構(gòu)2.4 GUI示例第3章 Simulink仿真環(huán)境3.1 簡介3.2 Simulink的應用3.2.1 Simulink運行方法及其編輯窗口3.2.2 Simulink功能3.2.3 Simulink仿真設(shè)置3.3 Simulink模塊庫3.3.1 連續(xù)（Continuous）模塊庫3.3.2 非連續(xù)（Discontinuous）模塊庫3.3.3 離散（Discrete）模塊庫3.3.4 數(shù)學運算（Math Operations）模塊庫3.3.5 接收器（Sinks）模塊庫3.3.6 輸入源（Sources）模塊庫3.4 Simulink功能模塊的處理3.4.1 Simulink模塊參數(shù)設(shè)置3.4.2 Simulink模塊基本操作3.4.3 Simulink模塊間連線處理3.5 Simulink模型示例3.5.1 模型操作3.5.2 模型創(chuàng)建3.6 Simulink模型調(diào)試3.6.1 圖形調(diào)試器基礎(chǔ)3.6.2 使用圖形調(diào)試器調(diào)試模型3.6.3 使用命令行方式調(diào)試模型3.7 子系統(tǒng)與模塊封裝技術(shù)3.7.1 子系統(tǒng)3.7.2 封裝模塊3.7.3 自定義模塊庫3.8 S函數(shù)3.8.1 S函數(shù)基本概念3.8.2 S函數(shù)工作原理3.8.3 用M文件編寫S函數(shù)3.8.4 用C MEX文件編寫S函數(shù)3.8.5 S函數(shù)創(chuàng)建器的使用3.9 Simulink模型的實時代碼生成3.9.1 Real-Time Workshop介紹3.9.2 Simulink模型的一般實時程序生成方法與示例3.9.3 Simulink模型實時代碼生成方法與示例第4章 MATLAB/Simulink建模與仿真4.1 MATLAB編程仿真的方法4.1.1 簡介4.1.2 靜態(tài)系統(tǒng)的MATLAB仿真4.1.3 連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)的MATLAB仿真4.1.4 離散動態(tài)系統(tǒng)的MATLAB仿真4.1.5 基于數(shù)據(jù)流和基于時間流的仿真技術(shù)4.2 Simulink仿真的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編程調(diào)用技術(shù)4.2.1 Simulink中數(shù)據(jù)流的向量和矩陣形式4.2.2 Simulink中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換4.2.3 Simulink與MATLAB的交互4.2.4 編程調(diào)用仿真模型4.3 Simulink在通信與電子系統(tǒng)仿真中的關(guān)鍵問題4.3.1 系統(tǒng)仿真速率的選擇和設(shè)計4.3.2 串/并轉(zhuǎn)換和混合速率系統(tǒng)仿真4.3.3 應用Simulink求解方程4.3.4 多種計算機仿真方法在一個數(shù)學模型的實現(xiàn)4.4 聲卡在MATLAB/Simulink仿真模型的應用4.4.1 MATLAB與聲卡的接口函數(shù)4.4.2 Simulink與聲卡的接口模塊第5章 時/頻域分析法5.1 時域分析法簡介5.2 時域響應分析5.2.1 典型輸入5.2.2 線性系統(tǒng)時域響應解析5.2.3 時域響應性能指標5.2.4 MATLAB/Simulink在時域分析中的應用5.2.5 一階和二階系統(tǒng)時域響應分析5.2.6 高階系統(tǒng)的時域分析5.3 時域穩(wěn)定性分析5.3.1 穩(wěn)定性概念5.3.2 穩(wěn)定性判據(jù)5.3.3 穩(wěn)態(tài)誤差解析5.3.4 MATLAB在穩(wěn)定性分析中的應用5.4 頻域分析法簡介5.5 頻域的頻率特性5.5.1 頻率特性的概念5.5.2 頻率響應曲線5.6 頻域頻率響應分析5.6.1 系統(tǒng)品質(zhì)分析5.6.2 穩(wěn)定性分析第6章 模擬及數(shù)字通信系統(tǒng)的建模與仿真6.1 通信系統(tǒng)的模型6.1.1 模擬通信系統(tǒng)基本模型6.1.2 數(shù)字通信系統(tǒng)基本模型6.2 通信系統(tǒng)性能指標6.3 通信系統(tǒng)建模的要素6.4 模擬通信系統(tǒng)的建模仿真應用6.4.1 調(diào)幅的包絡(luò)檢波和相干解調(diào)性能仿真對比6.4.2 單邊帶調(diào)幅系統(tǒng)的建模仿真6.4.3 彩色電視系統(tǒng)的建模仿真6.5 模擬信號的數(shù)字化6.5.1 采樣定理的原理仿真6.5.2 PCM編碼和解碼6.5.3 DPCM編碼和解碼6.6 數(shù)字通信系統(tǒng)的建模仿真應用6.6.1 二進制傳輸?shù)腻e誤率仿真6.6.2 基帶傳輸碼型設(shè)計6.6.3 帶限基帶傳輸系統(tǒng)的仿真6.7 仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)處理第7章 經(jīng)典/現(xiàn)代/智能控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真7.1 經(jīng)典控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真7.1.1 控制系統(tǒng)設(shè)計的概述7.1.2 控制系統(tǒng)的波特圖設(shè)計7.1.3 PID控制器設(shè)計7.2 現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真7.2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計的概述7.2.2 極點配置與觀測器設(shè)計7.2.3 線性二次型最優(yōu)控制器設(shè)計7.2.4 魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計7.3 智能控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真7.3.1 神經(jīng)控制系統(tǒng)設(shè)計簡介7.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱7.3.3 神經(jīng)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真示例第8章 MATLAB/Simulink仿真與建模在實際中應用8.1 飛機偏航阻尼器設(shè)計8.1.1 數(shù)學模型及MATLAB描述8.1.2 校正前系統(tǒng)性能分析8.1.3 校正設(shè)計8.1.4 校正后系統(tǒng)性能分析8.2 飛行器控制系統(tǒng)應用解析8.2.1 飛行器控制系統(tǒng)數(shù)學模型8.2.2 飛行器控制系統(tǒng)解析內(nèi)容8.2.3 校正裝置優(yōu)化設(shè)計8.2.4 頻域性能分析參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　MATLAB介紹	　　本章主要對MATLAB的基本知識做全面介紹，向讀者展示MATLAB軟件的特點，以及它的強大功能，將讀者引入MATLAB的環(huán)境中。　　1.1　MATLAB相關(guān)簡介　　MATLAB是由MathWorks公司開發(fā)的一種主要用于數(shù)值計算及可視化圖形處理的工程語言，足當今最優(yōu)秀的科技應用軟件之一。它將數(shù)值分析、矩陣運算、圖形圖像處理、信號處理、和仿真等諸多強大的功能集成在較易使用的交互計算機環(huán)境之中，為科學研究、工程應用提供了一種功能強、效率高的編程工具。它擁有強大的科學計算、可視化、簡單易用、開放式可擴展環(huán)境等功能，特別是所附帶的30多種支持面向不同領(lǐng)域的工具箱，使得它在許多科學領(lǐng)域中成為計算機輔助設(shè)計、分析、算法研究和應用開發(fā)的基本工具?！　ATLAB語言被通俗地稱為演算紙式科學算法語言，在控制、通信、信號處理及科學計算等領(lǐng)域中得到了廣泛的應用，已經(jīng)被認可為能夠有效提高工作效率、改善設(shè)計手段的工具軟件?！　?.1.1　MATLAB發(fā)展歷程　　MATLAB名字由Matrix（矩陣）和Laboratory（實驗室）兩詞的前3個字母組合而成。20世紀70年代后期，時任美國新墨西哥大學計算機系主任的Cleve Moler博士講授線性代數(shù)課程時發(fā)現(xiàn)，應用其他高級編程語言極為不方便，于是Cleve Moler博士和他的同事構(gòu)思并為學生設(shè)計了一組調(diào)用LINPACK和EISPACK庫程序的“通俗易用”的接口，這里就是用Fortran編寫萌芽狀態(tài)的MATLAB。以后幾年，MATLAB作為免費軟件在大學里被廣泛使用，深受大學牛的歡迎。

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