基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用
第1章 系统仿真技术与应用
1.1 系统仿真技术概述
1.2 仿真软件的发展状况与应用
1.2.1 早期数学软件包的发展概况
1.2.2 仿真软件的发展概况
1.3 Matlab语言简介
1.3.1 Matlab语言发展简史
1.3.2 Matlab语言的特色
1.3.3 Matlab/Simulink在仿真中的应用演示
1.3.4 互联网上的Matlab资源
1.4 本书的结构和代码
1.4.1 本书的结构
1.4.2 书中英文字体说明
1.5 习题
第2章 Matlab语言程序设计基础
2.1 Matlab语言的基本位用环境
2.1.1 Matlab语言界面
2.1.2 Matlab的联机帮助与电子版手册
2.2 Matlab语言的数据结构
2.2.1 常量、变量与赋值语句
2.2.2 矩阵的Matlab表示
2. 2.3 多维数组的定义
2.2.4 数据结构体
2.2.5 单元结构
2.2.6 Matlab下的类与对象
2.3 Matlab下矩阵的运算
2.3.1 矩阵的代数运算
2.3.2 矩阵的逻辑运算
2.3.3 矩阵的比较关系
2.3.4 矩阵元素的数据变换
2.4 流程控制结构
2.4.1 循环结构
2.4.2 条件转移结构
2.4.3 开关结构
2.4.4 试探式语句结构
2.5 Matlab函数编写与技巧
2.5.1 Matlab语言的函数的基本结构
2.5.2 可变输入输出个数的处理
2.5.3 Matlab函数的跟踪调试
2.6 Matlab语言下图形绘制与技巧
2.6.1 基本二维图形绘制语句
2.6.2 带有其他选项的绘图函数
2.6.3 二维曲线的标注方法
2.6.4 在Matlab图形上添加文字标注
2.6.5 Matlab的图形可视编辑工具
2.6.6 特殊图形绘制函数及举例
2.6.7 给定函数的曲线绘制
2.7 三维图形的绘制方法
2.7.1 三维曲线的绘制方法
2.7.2 三维曲面的绘制方法
2.7.3 局部图形的剪切处理
2.7.4 图像显示与处理
2.8 Matlab图形用户界面设计技术
2.8.1 图形界面设计工具Guide
2.8.2 界面设计举例与技巧
2.9 提高Matlab执行效率的技巧
2.9.1 测定程序执行时间和时间分配
2.9.2 加快Matlab程序执行速度的建议
2.9.3 Mex程序设计技术
2.10 习题
第3章 Matlab语言在现代科学运算中的应用
3.1 解析解与数值解
3.2 数值线性代数问题及求解
3.2.1 特殊矩阵的Matlab输入
3.2.2 矩阵的特征参数运算
3.2.3 矩阵的相似变换与分解
3.2.4 矩阵的特征值与特征向量
3.2.5 矩阵求逆与线性方程求解
3.2.6 矩阵的非线性运算
3.2.7 线性代数问题的解析求解
3.3 微积分问题的Matlab求解
3.3.1 数值差分与微分运算
3.3.2 数值积分运算
3.3.3 多重定积分的数值求解
3.3.4 微积分问题的解析解运算
3.4 常微分方程的数值解法
3.4.1 常用常微分方程的数值解法
3.4.2 Matlab下的常微分方程求解函数
3.4.3 常微分方程举例
3.4.4 刚性方程的Matlab求解
3.4.5 微分方程组的变换与技巧
3.4.6 微分代数方程的数值解法
3.4.7 二阶微分方程边值问题的数值解法
3.4.8 常微分方程的解析求解方法
3.5 非线性方程与最优化问题求解
3.5.1 非线性方程求解
3.5.2 无约束最优化问题求解
3.5.3 线性规划问题
3.5.4 二次型规划问题
3.5.5 一般非线性规划问题求解
3.6 数据插值与统计分析
3.6.1 一维数据的插值拟合
3.6.2 二维数据的插值拟合
3.6.3 最小二乘曲线拟合技术
3.6.4 数据简单排序
3.6.5 快速Fourier变换
3.6.6 数据分析与统计处理
3.7 习题
第4章 Matlab/Simulink下数学模型建立与仿真
4.1 Simulink模块库简介
4.1.1 信号源模块组
4.1.2 连续模块组
4.1.3 离散模块组
4.1.4 函数与表格模块组
4.1.5 数学运算模块组
4.1.6 非线性模块组
4.1.7 输出池模块组
4.1.8 信号与系统模块组
4.1.9 子系统模块组
4.1.10 其他模块组
4.2 Simulink模型的建立
4.2.1 模型窗口建立
4.2.2 模块的连接与简单处理
4.2.3 模块的参数修正
4.2.4 Simulink模块的联机帮助系统
4.2.5 Simulink模型的输出与打印
4.2.6 启动仿真环境
4.3 Simulink模型举例
4.4 线性系统的计算机仿真
4.4.1 线性系统的数学模型
4.4.2 线性连续系统的解析解
4.4.3 线性系统频域分析
4.4.4 Simulink下的线性系统分析工具
4.5 随机输入下连续系统仿真
4.5.1 线性系统的仿真研究
4.5.2 在Simulink下的解决方法
4.5.3 仿真结果的统计分析
4.6 分形系统的仿真
4.6.1 分形树的仿真与绘图
4.6.2 Julia图的仿真与绘制
4.6.3 Mandelbrot图的仿真与绘制
4.7 习题
第5章 Simulink常用模块介绍与应用技巧
5.1 常用模块应用技巧
5.1. 1 向量化模块举例
5.1.2 Simulink模型的信号标识
5.1.3 线性系统模块
5.1.4 非线性环节与查表环节
5.1.5 微分代数方程的Simulink建模与求解
5.2 输出模块库
5.2.1 一般输出模块库
5.2.2 输出信号的表盘与量计显示
5.2.3 输出的数字信号处理
5.3 子系统与模块封装技术
5.3.1 子系统的处理
5.3.2 条件执行子系统
5. 3.3 模块封装技术
5.3.4 组建自己的模块库
5.3.5 子系统应用举例——F14战斗机仿真
5.4 电力系统模块集与电子线路仿真
5.4.1 电力系统模块集简介
5.4.2 电路的仿真
5.4.3 功率电子系统仿真
5.4.4 电机系统仿真
5.4.5 Spice与Simulink的接口
5.5 非线性系统控制设计模块集
5.6 发动机模型—复杂系统建模实例
5.6.1 模型背景概述
5.6.2 发动机模型分析
5.6.3 开环系统的建模与仿真
5.6.4 闭环系统的建模与仿真
5.7 习题
第6章 Simulink仿真的高级技术
6.1 Simulink模型的语句修改
6.1.1 Simulink模型与文件的处理
6.1.2 模型属性与模块属性
6.1.3 用语句绘制方框图
6.2 系统仿真与线性化
6. 2.1 仿真过程的命令化
6.2.2 非线性模型的线性化
6.2.3 纯时间延迟系统Pade近似
6.3 S—函数的编写及应用
6.3.1 用Matlab语句编写S—函数
6.3.2 S-函数设计举例——自抗扰控制器仿真
6.3.3 用C语句编写S—函数
6.3.4 S—函数模块的进一步改进
6.4 Stateflow原理与使用技巧
6.4.1 有限状态机简介
6.4.2 Stateflow应用基础
6.4.3 Stateflow的常用命令
6.4.4 Stateflow应用举例
6.4.5 控制流程的Simulink仿真模块
6.5 Matlab虚拟现实工具箱及其应用
6.5.1 虚拟现实工具箱的安装与设置
6.5.2 VRML语言程序设计入门与举例
6.5.3 在Matlab下虚拟现实技术应用
6.5.4 Simulink下虚拟现实技术应用
6.6 SimMechanics——机构系统模块集及应用
6.6.1 物理建模与机构系统仿真
6.6.2 SimMechnics仿真简介
6.6.3 机构系统仿真举例
6.7 习题
第7章 半实物仿真与快速原型设计技术
7.1 Simulink仿真的实时工具RTW
7.1.1 独立程序生成
7.1.2 实时仿真与目标计算机仿真
7.2 xPC在仿真和快速原型设计巾的应用
7.2.1 xPC环境简介
7.2.2 建立基于DOS的可执行文件
7.2.3 基于xPC的半实物仿真技术
7.3 基于dSPACE的实时控制技术
7.3.1 dSPACE硬件介绍
7.3.2 Control Desk及虚拟仪器开发
7.4 习题
附录 自编的Matlab/Simulink程序索引
参考文献
索引
1.1 系统仿真技术概述
1.2 仿真软件的发展状况与应用
1.2.1 早期数学软件包的发展概况
1.2.2 仿真软件的发展概况
1.3 Matlab语言简介
1.3.1 Matlab语言发展简史
1.3.2 Matlab语言的特色
1.3.3 Matlab/Simulink在仿真中的应用演示
1.3.4 互联网上的Matlab资源
1.4 本书的结构和代码
1.4.1 本书的结构
1.4.2 书中英文字体说明
1.5 习题
第2章 Matlab语言程序设计基础
2.1 Matlab语言的基本位用环境
2.1.1 Matlab语言界面
2.1.2 Matlab的联机帮助与电子版手册
2.2 Matlab语言的数据结构
2.2.1 常量、变量与赋值语句
2.2.2 矩阵的Matlab表示
2. 2.3 多维数组的定义
2.2.4 数据结构体
2.2.5 单元结构
2.2.6 Matlab下的类与对象
2.3 Matlab下矩阵的运算
2.3.1 矩阵的代数运算
2.3.2 矩阵的逻辑运算
2.3.3 矩阵的比较关系
2.3.4 矩阵元素的数据变换
2.4 流程控制结构
2.4.1 循环结构
2.4.2 条件转移结构
2.4.3 开关结构
2.4.4 试探式语句结构
2.5 Matlab函数编写与技巧
2.5.1 Matlab语言的函数的基本结构
2.5.2 可变输入输出个数的处理
2.5.3 Matlab函数的跟踪调试
2.6 Matlab语言下图形绘制与技巧
2.6.1 基本二维图形绘制语句
2.6.2 带有其他选项的绘图函数
2.6.3 二维曲线的标注方法
2.6.4 在Matlab图形上添加文字标注
2.6.5 Matlab的图形可视编辑工具
2.6.6 特殊图形绘制函数及举例
2.6.7 给定函数的曲线绘制
2.7 三维图形的绘制方法
2.7.1 三维曲线的绘制方法
2.7.2 三维曲面的绘制方法
2.7.3 局部图形的剪切处理
2.7.4 图像显示与处理
2.8 Matlab图形用户界面设计技术
2.8.1 图形界面设计工具Guide
2.8.2 界面设计举例与技巧
2.9 提高Matlab执行效率的技巧
2.9.1 测定程序执行时间和时间分配
2.9.2 加快Matlab程序执行速度的建议
2.9.3 Mex程序设计技术
2.10 习题
第3章 Matlab语言在现代科学运算中的应用
3.1 解析解与数值解
3.2 数值线性代数问题及求解
3.2.1 特殊矩阵的Matlab输入
3.2.2 矩阵的特征参数运算
3.2.3 矩阵的相似变换与分解
3.2.4 矩阵的特征值与特征向量
3.2.5 矩阵求逆与线性方程求解
3.2.6 矩阵的非线性运算
3.2.7 线性代数问题的解析求解
3.3 微积分问题的Matlab求解
3.3.1 数值差分与微分运算
3.3.2 数值积分运算
3.3.3 多重定积分的数值求解
3.3.4 微积分问题的解析解运算
3.4 常微分方程的数值解法
3.4.1 常用常微分方程的数值解法
3.4.2 Matlab下的常微分方程求解函数
3.4.3 常微分方程举例
3.4.4 刚性方程的Matlab求解
3.4.5 微分方程组的变换与技巧
3.4.6 微分代数方程的数值解法
3.4.7 二阶微分方程边值问题的数值解法
3.4.8 常微分方程的解析求解方法
3.5 非线性方程与最优化问题求解
3.5.1 非线性方程求解
3.5.2 无约束最优化问题求解
3.5.3 线性规划问题
3.5.4 二次型规划问题
3.5.5 一般非线性规划问题求解
3.6 数据插值与统计分析
3.6.1 一维数据的插值拟合
3.6.2 二维数据的插值拟合
3.6.3 最小二乘曲线拟合技术
3.6.4 数据简单排序
3.6.5 快速Fourier变换
3.6.6 数据分析与统计处理
3.7 习题
第4章 Matlab/Simulink下数学模型建立与仿真
4.1 Simulink模块库简介
4.1.1 信号源模块组
4.1.2 连续模块组
4.1.3 离散模块组
4.1.4 函数与表格模块组
4.1.5 数学运算模块组
4.1.6 非线性模块组
4.1.7 输出池模块组
4.1.8 信号与系统模块组
4.1.9 子系统模块组
4.1.10 其他模块组
4.2 Simulink模型的建立
4.2.1 模型窗口建立
4.2.2 模块的连接与简单处理
4.2.3 模块的参数修正
4.2.4 Simulink模块的联机帮助系统
4.2.5 Simulink模型的输出与打印
4.2.6 启动仿真环境
4.3 Simulink模型举例
4.4 线性系统的计算机仿真
4.4.1 线性系统的数学模型
4.4.2 线性连续系统的解析解
4.4.3 线性系统频域分析
4.4.4 Simulink下的线性系统分析工具
4.5 随机输入下连续系统仿真
4.5.1 线性系统的仿真研究
4.5.2 在Simulink下的解决方法
4.5.3 仿真结果的统计分析
4.6 分形系统的仿真
4.6.1 分形树的仿真与绘图
4.6.2 Julia图的仿真与绘制
4.6.3 Mandelbrot图的仿真与绘制
4.7 习题
第5章 Simulink常用模块介绍与应用技巧
5.1 常用模块应用技巧
5.1. 1 向量化模块举例
5.1.2 Simulink模型的信号标识
5.1.3 线性系统模块
5.1.4 非线性环节与查表环节
5.1.5 微分代数方程的Simulink建模与求解
5.2 输出模块库
5.2.1 一般输出模块库
5.2.2 输出信号的表盘与量计显示
5.2.3 输出的数字信号处理
5.3 子系统与模块封装技术
5.3.1 子系统的处理
5.3.2 条件执行子系统
5. 3.3 模块封装技术
5.3.4 组建自己的模块库
5.3.5 子系统应用举例——F14战斗机仿真
5.4 电力系统模块集与电子线路仿真
5.4.1 电力系统模块集简介
5.4.2 电路的仿真
5.4.3 功率电子系统仿真
5.4.4 电机系统仿真
5.4.5 Spice与Simulink的接口
5.5 非线性系统控制设计模块集
5.6 发动机模型—复杂系统建模实例
5.6.1 模型背景概述
5.6.2 发动机模型分析
5.6.3 开环系统的建模与仿真
5.6.4 闭环系统的建模与仿真
5.7 习题
第6章 Simulink仿真的高级技术
6.1 Simulink模型的语句修改
6.1.1 Simulink模型与文件的处理
6.1.2 模型属性与模块属性
6.1.3 用语句绘制方框图
6.2 系统仿真与线性化
6. 2.1 仿真过程的命令化
6.2.2 非线性模型的线性化
6.2.3 纯时间延迟系统Pade近似
6.3 S—函数的编写及应用
6.3.1 用Matlab语句编写S—函数
6.3.2 S-函数设计举例——自抗扰控制器仿真
6.3.3 用C语句编写S—函数
6.3.4 S—函数模块的进一步改进
6.4 Stateflow原理与使用技巧
6.4.1 有限状态机简介
6.4.2 Stateflow应用基础
6.4.3 Stateflow的常用命令
6.4.4 Stateflow应用举例
6.4.5 控制流程的Simulink仿真模块
6.5 Matlab虚拟现实工具箱及其应用
6.5.1 虚拟现实工具箱的安装与设置
6.5.2 VRML语言程序设计入门与举例
6.5.3 在Matlab下虚拟现实技术应用
6.5.4 Simulink下虚拟现实技术应用
6.6 SimMechanics——机构系统模块集及应用
6.6.1 物理建模与机构系统仿真
6.6.2 SimMechnics仿真简介
6.6.3 机构系统仿真举例
6.7 习题
第7章 半实物仿真与快速原型设计技术
7.1 Simulink仿真的实时工具RTW
7.1.1 独立程序生成
7.1.2 实时仿真与目标计算机仿真
7.2 xPC在仿真和快速原型设计巾的应用
7.2.1 xPC环境简介
7.2.2 建立基于DOS的可执行文件
7.2.3 基于xPC的半实物仿真技术
7.3 基于dSPACE的实时控制技术
7.3.1 dSPACE硬件介绍
7.3.2 Control Desk及虚拟仪器开发
7.4 习题
附录 自编的Matlab/Simulink程序索引
参考文献
索引
薛定宇，1963年生于沈阳市，分别于1985，1988，1992年获得沈阳工业大学学士、东北工学院硕士、英国SLissex大学博士学位，现任东北大学信息学院教授、博士生导师、中国系统仿真学会理事、辽宁省系统仿真学会理事长。主要研究方向为系统仿真、控制系统计算机辅助设计等，在清华大学出版社出版过一系列关于MATLAB语言及其应用方面的著作，其中1996年的《控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用》被公认为国内MATLAB应用领域最早也是最有影响的著作。
陈阳泉，1985年、1989年和1998年获得北京钢铁学院学士、北京工业学院硕士和新加坡南洋理工大学博士学位，1994年任西安工业学院副教授，1996年至1999年任新加坡国立大学研究员，1999年就职于新加坡Seagate公司并获得14项美国专利。2000年开始在美国尤他州立大学任教。主要研究方向为轮式移动机器人、无人驾驶地面车辆、自主导航与智能控制、实时分布式计算及迭代自学习控制等。
陈阳泉，1985年、1989年和1998年获得北京钢铁学院学士、北京工业学院硕士和新加坡南洋理工大学博士学位，1994年任西安工业学院副教授，1996年至1999年任新加坡国立大学研究员，1999年就职于新加坡Seagate公司并获得14项美国专利。2000年开始在美国尤他州立大学任教。主要研究方向为轮式移动机器人、无人驾驶地面车辆、自主导航与智能控制、实时分布式计算及迭代自学习控制等。
《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》首先介绍了MATLAB语言的程序设计的基本内容，在此基础上系统介绍了系统仿真所必要的数值计算方法及MATLAB实现，并以Simulink为主要工具介绍了系统仿真方法与技巧，包括连续系统、离散系统、随机输入系统和复数系统的仿真，由浅入深介绍了模块封装技术、电力系统模块集、非线性系统设计模块集、s-函数编写与应用、Stateflow有限状态机、虚拟现实工具箱等中高级使用方法，最后还介绍了半实物仿真技术与实时控制技术。
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