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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Simulink52

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FIS263

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