matlab simulink 算例,MATLAB/Simulink系统仿真超级学习手册

MATLAB/Simulink系统仿真超级学习手册

作者：石良臣 编著

出版时间：2014年版

内容简介

《MATLAB/Simulink系统仿真超级学习手册》基于MATLAB R2013a版由浅入深地全面讲解了MATLAB/Simulink的知识。《MATLAB/Simulink系统仿真超级学习手册》涉及面广，涵盖了一般用户需要使用的各种功能，并详细介绍了MATLAB/Simulink的使用。本书按逻辑编排，自始至终采用实例描述；内容完整且每章相对独立，是一本详细的MATLAB/Simulink参考书。全书共分为12章，首先介绍了MATLAB的基础知识。Simulink是本书的重点，从Simulink的仿真基础，到Simulink高级仿真技术，以及Simulink仿真应用，都是读者应该掌握的知识点。其中，Simulink仿真基础知识主要包含Simulink模块库、模块基本操作以及系统的建模与仿真。同时，《MATLAB/Simulink系统仿真超级学习手册》也对各种动态系统，如简单系统、离散系统、连续系统、混合系统的Simulink仿真进行了介绍。Simulink子系统、命令行方式仿真以及S-Function的运用则是Simulink高级仿真技术的内容。最后5章为Simulink在工程上的应用，包括通信系统仿真、电力系统仿真、控制系统仿真、模糊控制仿真、神经网络仿真。本书从这些系统的基本概念出发，对其仿真的方法及应用加以说明。《MATLAB/Simulink系统仿真超级学习手册》以实用为目标，深入浅出，实例引导，讲解翔实，既适合作为理工科高等院校研究生、本科生的教学用书，也可作为广大科研工程技术人员的参考用书。

目　录

第1章　系统仿真与MATLAB/Simulink　1

1．1　系统仿真技术概述　1

1．2　MATLAB简介　2

1．2．1　MATLAB发展史　2

1．2．2　MATLAB产品说明　3

1．2．3　MATLAB/Simulink的特点　4

1．3　MATLAB/Simulink应用示例　5

1．4　本章小结　7

第2章　MATLAB编程基础　8

2．1　MATLAB工作环境　8

2．1．1　MATLAB主界面　8

2．1．2　MATLAB文本编辑窗口　13

2．1．3　MATLAB帮助使用　14

2．2　MATLAB语言基本元素　16

2．2．1　变量　16

2．2．2　赋值语句　17

2．2．3　矩阵及其元素表示　18

2．3　MATLAB下矩阵的运算　20

2．3．1　矩阵的代数运算　20

2．3．2　矩阵的关系运算　23

2．3．3　矩阵的逻辑运算　24

2．4　MATLAB的程序流程控制　24

2．4．1　循环控制结构　24

2．4．2　条件选择结构　26

2．5　M文件的编写　27

2．5．1　脚本文件　27

2．5．2　函数文件　28

2．6　MATLAB的图形绘制　30

2．6．1　二维图形的绘制　30

2．6．2　三维图形的绘制　37

2．6．3　PLOT工具栏　40

2．6．4　图形对象属性设置　41

2．7　MATLAB编程实例　43

2．7．1　汉诺塔问题　44

2．7．2　MATLAB在自动控制中的应用　45

2．7．3　MATLAB在电力信号分析处理中的应用　46

2．8　本章小结　48

第3章　Simulink仿真基础　49

3．1　Simulink仿真环境　49

3．2　Simulink模块库　51

3．2．1　标准Simulink模块库　51

3．2．2　专业模块库　52

3．3　Simulink基本操作　53

3．3．1　模块的基本操作　53

3．3．2　信号线的基本操作　54

3．3．3　系统模型的基本操作　54

3．3．4　子系统建立　56

3．4　Simulink系统建模　57

3．5　Simulink运行仿真　60

3．5．1　运行仿真过程　60

3．5．2　仿真参数设置　62

3．5．3　示波器的使用　63

3．6　Simulink仿真示例　66

3．6．1　一般控制系统中的仿真　66

3．6．2　简单电路系统中的仿真　67

3．7　本章小结　70

第4章　动态系统的Simulink仿真　71

4．1　简单系统仿真　71

4．1．1　简单系统的基本概念　71

4．1．2　简单系统的仿真分析　71

4．2　离散系统仿真　74

4．2．1　离散系统的基本概念　74

4．2．2　离散系统的仿真分析　75

4．2．3　线性离散系统的基本概念　76

4．2．4　线性离散系统的仿真分析　77

4．3　连续系统仿真　79

4．3．1　连续系统的基本概念　80

4．3．2　连续系统的仿真分析　80

4．3．3　线性连续系统的基本概念　83

4．3．4　线性连续系统的仿真分析　84

4．4　混合系统仿真　86

4．4．1　混合系统仿真技术概述　86

4．4．2　混合系统仿真实例一：通信系统　87

4．4．3　混合系统仿真实例二：行驶控制系统　90

4．5　Simulink的调试技术　93

4．5．1　Simulink调试器启动　93

4．5．2　调试器的操作设置与功能　93

4．5．3　系统调试实例　95

4．6　本章小结　98

第5章　Simulink子系统　99

5．1　Simulink简单子系统　99

5．1．1　简单子系统的生成　99

5．1．2　子系统的基本操作　100

5．2　Simulink高级子系统　100

5．2．1　条件执行子系统的建立方法　101

5．2．2　使能子系统　102

5．2．3　触发子系统　104

5．2．4　触发使能子系统　106

5．2．5　原子子系统　107

5．2．6　其他子系统介绍　108

5．3　Simulink子系统的封装　109

5．3．1　子系统封装的概念　109

5．3．2　创建子系统封装模块　110

5．3．3　子系统封装实例　112

5．4　Simulink模块库技术　114

5．4．1　模块库的概念及应用　114

5．4．2　建立与使用模块库　114

5．4．3　库模块与引用模块的关联　115

5．4．4　可配置子系统　117

5．5　本章小结　118

第6章　Simulink命令行仿真　119

6．1　使用命令行方式建立系统模型　119

6．1．1　关于系统模型的命令　120

6．1．2　关于模块的命令　122

6．1．3 关于连线的命令　123

6．1．4　关于参数的命令　123

6．1．5　关于路径名的命令　125

6．1．6　其他命令　125

6．1．7　命令行方式建立系统模型实例　126

6．2　Simulink与MATLAB的接口　127

6．2．1　由MATLAB工作空间变量设置系统模块参数　127

6．2．2　将信号输出到MATLAB工作空间中　127

6．2．3　使用工作空间变量作为系统输入信号　128

6．2．4　MATLAB Function与Function模块　128

6．3　使用命令行方式进行动态系统仿真　129

6．3．1　使用sim命令进行动态系统仿真　129

6．3．2　simset与simget命令的使用　133

6．3．3　simplot命令的使用　137

6．4　使用MATLAB脚本分析动态系统　137

6．4．1　蹦极跳的安全性分析　137

6．4．2　汽车行驶控制系统中控制器的调节　139

6．5　Simulink系统仿真常见问题　140

6．5．1　系统状态的确定　141

6．5．2　系统平衡点的确定　142

6．5．3　非线性系统的线性化处理　143

6．5．4　回调函数　144

6．6　本章小结　146

第7章　S-function　147

7．1　S-function概述　147

7．1．1　S-function的基本概念　147

7．1．2　S-function的几个相关概念　148

7．1．3　S-function模块　151

7．1．4　在模型中使用S-function　152

7．1．5　向S-function传递参数　153

7．1．6　何时使用S-function　153

7．2　S-function的工作原理　154

7．2．1　Simulink模块的数学关系　154

7．2．2　Simulink仿真流程　154

7．2．3　S-function仿真流程　155

7．2．4　S-function回调程序　155

7．3　编写M文件S-function　156

7．3．1　M文件S-function概述　156

7．3．2　S-function参数　157

7．3．3　S-function的输出　157

7．3．4　定义S-function的模块特性　158

7．3．5　M文件S-function实例　158

7．4　编写C MEX文件S-function　168

7．4．1　MEX文件S-function概述　169

7．4．2　SimStruct数据结构与工作向量　169

7．4．3　C MEX S-function仿真流程　171

7．4．4　C MEX S-function模板　172

7．4．5　C MEX S-function实例　174

7．4．6　S-Function Builder　176

7．5　M文件S-function与C MEX S-function的比较　183

7．6　本章小结　188

第8章　通信系统仿真　189

8．1　通信系统　189

8．1．1　通信系统的分类　189

8．1．2　通信系统的仿真方法　191

8．2　通信系统仿真模型　199

8．2．1　通信系统的基本模型　199

8．2．2　通信系统基本模块　202

8．3　通信系统仿真命令　221

8．3．1　信源产生函数　221

8．3．2　信源编码/解码函数　222

8．3．3　信道模型函数　224

8．3．4　调制/解调函数　226

8．3．5　滤波器函数　226

8．4　通信系统仿真实例　228

8．5　本章小结　232

第9章　电力系统仿真　233

9．1　电力系统元件　233

9．1．1　同步发电机　233

9．1．2　电力变压器　240

9．1．3　输电线路　246

9．1．4　负荷　252

9．2　电力图形分析界面模块　253

9．2．1　配置参数　254

9．2．2　稳态电压电流　254

9．2．3　初始状态设置　255

9．2．4　潮流计算　256

9．2．5　电机初始化　256

9．2．6　LTI视窗　257

9．2．7　阻抗依频特性　257

9．2．8　FFT分析　258

9．2．9　报表生成　259

9．2．10　磁滞特性设计工具　259

9．2．11　计算RLC线路参数　260

9．3　电力系统仿真命令　261

9．3．1　电源及组件函数类型　261

9．3．2　发动机和发生器函数类型　263

9．3．3　感应测量函数类型　265

9．3．4　仿真分析函数类型　265

9．4　电力系统仿真实例　266

9．4．1　电力系统潮流计算　266

9．4．2　电力系统稳态分析　268

9．5　本章小结　270

第10章　控制系统仿真　271

10．1　控制系统基本概念　271

10．1．1　控制系统的结构　271

10．1．2　控制系统的数学模型　272

10．1．3　控制系统的性能指标　277

10．2　控制系统分析方法　279

10．2．1　时域分析法　279

10．2．2　根轨迹分析法　283

10．2．3　频域分析法　287

10．2．4　状态空间分析法　292

10．3　控制系统仿真模块　302

10．3．1　Simulink标准模块库　302

10．3．2　控制系统工具箱　307

10．4　控制系统仿真命令　310

10．4．1　模型命令　310

10．4．2　分析命令　312

10．4．3　设计命令　313

10．5　控制系统仿真实例　314

10．6　本章小结　319

第11章　模糊控制仿真　320

11．1　模糊理论的基本概念　320

11．1．1　模糊集合　320

11．1．2　模糊关系　322

11．1．3　模糊逻辑　322

11．1．4　模糊语言　322

11．1．5 模糊推理　323

11．2　模糊控制的基本概念　324

11．2．1　模糊控制系统的组成　324

11．2．2　模糊控制系统的设计　327

11．3　模糊推理系统　330

11．3．1　模糊推理系统的图形用户界面　330

11．3．2　模糊推理系统编辑器　331

11．3．3　隶属函数编辑器　335

11．3．4　模糊规则编辑器　337

11．3．5　模糊规则观察器　343

11．3．6　曲面观察器　344

11．3．7　模糊系统设计实例　346

11．4　模糊控制系统仿真　351

11．4．1　模糊逻辑工具箱简介　352

11．4．2　FIS与模糊逻辑控制器连接　353

11．4．3　模糊控制系统的仿真　354

11．4．4　MATLAB自带模糊控制系统示例　361

11．5　本章小结　363

第12章　神经网络仿真　364

12．1　神经网络的基本概念　364

12．1．1　生物神经元　364

12．1．2　人工神经网络　365

12．1．3　神经网络的结构　366

12．1．4　神经网络的学习　367

12．2　神经网络工具箱　368

12．2．1　神经网络工具箱简介　369

12．2．2　神经网络函数拟合　370

12．2．3　神经网络模式识别　379

12．2．4　神经网络数据聚类　383

12．2．5　神经网络时间序列预测　386

12．2．6　神经网络函数命令　389

12．3　神经网络与Simulink　393

12．3．1　神经网络Simulink模块　394

12．3．2　神经网络Simulink建模　396

12．4　自定义神经网络　398

12．4．1　自定义神经网络函数命令　398

12．4．2　神经网络数据管理GUI　400

12．5　本章小结　403

附录　404

参考文献　419