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第一部分 MATLAB及Simulink基本应用3

第1章 MATLAB基础知识3

1.1 MATLAB简介3

1.2 MATLAB的通用命令5

1.2.1 MATLAB菜单说明6

1.2.2 MATLAB路径设置6

1.2.3 MATLAB系统常量说明7

1.2.4 MATLAB程序注解符说明8

1.3 MATLAB的计算基础9

1.3.1 MATLAB的预定义变量9

1.3.2 常用运算和基本数学函数11

1.3.3 数值的输出格式17

1.4 MATLAB程序设计基础21

1.4.1 MATLAB基本程序设计21

1.4.2 MATLAB程序控制语句运用28

1.5 MATLAB的绘图功能30

1.5.1 离散数据图形绘制31

1.5.2 函数图形绘制31

1.5.3 网格图形绘制32

1.5.4 曲面图形绘制35

1.5.5 特殊图形绘制36

1.6 微积分问题的MATLAB求解37

1.6.1 符号微积分37

1.6.2 微分方程的数值解39

1.6.3 龙贝格积分法微积分运算41

1.6.4 有限差分方法求边值问题43

1.6.5 样条函数求积分46

1.6.6 常微分方程符号解46

1.7 非线性方程与线性规划问题求解47

1.7.1 非线性方程组求解47

1.7.2 无约束最优化问题求解49

1.7.3 线性规划问题50

1.7.4 二次型规划问题52

1.8 本章小结54

第2章 Simulink仿真入门55

2.1 Simulink基本操作55

2.1.1 运行Simulink56

2.1.2 Simulink模块库56

2.1.3 Simulink模块的操作63

2.2 运行仿真和参数设置简介66

2.2.1 模型的创建66

2.2.2 模块的连接与简单处理69

2.2.3 仿真参数设置简介70

2.3 子系统及其封装72

2.3.1 创建子系统72

2.3.2 使能子系统74

2.3.3 触发子系统76

2.3.4 使能触发子系统77

2.3.5 封装子系统78

2.4 用MATLAB命令创建和运行Simulink模型85

2.4.1 创建Simulink模型与文件85

2.4.2 添加模块和信号线86

2.4.3 设置模型和模块属性87

2.4.4 仿真88

2.5 本章小结89

第3章 Simulink模型的建立与仿真90

3.1 Simulink模块库简介90

3.2 信号源模块组90

3.2.1 Clock模块90

3.2.2 Digital Clock模块91

3.2.3 Constant模块92

3.2.4 Band-Limited White Noise模块93

3.2.5 Chirp Signal模块94

3.2.6 Sine Wave模块95

3.2.7 Pulse Generator模块97

3.2.8 Random Number模块98

3.2.9 Step模块99

3.2.10 Uniform Random Number模块100

3.3 连续模块组101

3.3.1 Derivative模块101

3.3.2 Integrator模块102

3.3.3 Transfer Fcn模块104

3.3.4 Transport Delay模块105

3.3.5 Zero-Pole模块107

3.3.6 State-Space模块108

3.4 离散模块组110

3.4.1 Discrete Transfer Fcn模块110

3.4.2 Discrete Filter模块111

3.4.3 Unit Delay模块112

3.4.4 Memory模块113

3.4.5 Discrete Zero-Pole模块114

3.4.6 Discrete State-Space模块116

3.4.7 Zero-Order Hold模块117

3.5 查表模块组118

3.5.1 1-D Lookup Table模块118

3.5.2 2-D Lookup Table模块119

3.6 用户自定义函数模块组120

3.6.1 Fcn模块120

3.6.2 MATLAB Function模块121

3.6.3 S-Function模块123

3.7 数学运算模块组125

3.7.1 Abs模块126

3.7.2 Add模块127

3.7.3 Divide模块128

3.7.4 Dot Product模块129

3.7.5 Gain模块130

3.7.6 Complex to Magnitude-Angle模块131

3.7.7 Magnitude-Angle to Complex模块132

3.8 非线性模块组133

3.8.1 Backlash模块134

3.8.2 Coulomb＆Viscous Friction模块135

3.8.3 Dead Zone模块136

3.8.4 Quantizer模块137

3.8.5 Rate Limiter模块138

3.8.6 Satu ration模块140

3.9 信号与系统模块组141

3.9.1 BusSelector模块141

3.9.2 BusCreator模块142

3.9.3 Mux模块144

3.9.4 Demux模块145

3.9.5 Data Store Memory模块146

3.9.6 Data Store Read模块147

3.9.7 Data Store Write模块148

3.9.8 Enable模块150

3.9.9 Ground模块151

3.10 本章小结152

第4章 Simulink常用命令库分析153

4.1 Simulink中常用的模块库153

4.2 Simulink命令代码155

4.2.1 Simulink系统路径155

4.2.2 获取Simulink模型参数值156

4.3 Simulink系统创建命令158

4.3.1 Simulink命令158

4 3.2 Simulink3命令159

4.3.3 find_system命令159

4.3.4 new_system命令161

4.3.5 open_system命令162

4.3.6 save_system命令162

4.3.7 bdclose命令163

4.4 Simulink模型模块操作命令165

4.4.1 add_block命令165

4.4.2 delete_block命令166

4.4.3 add_line命令166

4.4.4 delete_line命令167

4.4.5 replace_block命令168

4.5 获取Simulink文件路径命令169

4.5.1 gcb命令170

4.5.2 gcbh命令170

4.5.3 gcs命令171

4.5.4 bdroot命令171

4.6 获取Simulink模型参数命令172

4.6.1 get_param命令172

4.6.2 set_param命令173

4.7 Simulink代码建模175

4.8 本章小结179

第二部分 Simulink控制系统仿真183

第5章 基于Simulink的S-Function建模183

5.1 Simulink S-Function仿真应用183

5.1.1 Simulink S-Function仿真过程183

5.1.2 S-Function的回调方法184

5.2 M-File S-Fumctions应用184

5.3 M-File S-Function模板192

5.3.1 S-Functio n工作方式196

5.3.2 S-Function仿真过程197

5.3.3 S-Functio n的编写198

5.3.4 M-File S-Function的模块化198

5.4 M-File S-Function实现200

5.5 本章小结205

第6章 控制系统Simulink仿真206

6.1 控制系统频域分析206

6.1.1 频率特性的定义207

6.1.2 频率特性和传递函数的关系208

6.1.3 频率特性的图形表示方法209

6.2 幅相频率特性213

6.2.1 比例环节213

6.2.2 微分环节214

6.2.3 积分环节216

6.2.4 惯性环节217

6.2.5 一阶复合微分环节221

6.2.6 二阶振荡环节222

6.2.7 二阶复合微分环节228

6.2.8 延迟环节230

6.2.9 开环系统的幅相特性曲线230

6.3 对数频率特性235

6 3.1 比例环节235

6.3.2 微分环节235

6.3.3 积分环节235

6.3.4 惯性环节236

6 3.5 一阶复合微分环节237

6.3.6 二阶振荡环节237

6.3.7 二阶复合微分环节239

6.3.8 延迟环节240

6.4 开环系统的Bode图240

6 5 最小相角系统和非最小相角系统243

6.6 奈奎斯特频域稳定判据245

6.7 频域对数稳定判据249

6.8 稳定裕度251

6.8.1 稳定裕度的定义251

6.8.2 稳定裕度的计算252

6.9 本章小结254

第7章 基于PID的Simulink控制系统仿真255

7.1 PID控制原理255

7.2 基于PID的控制仿真257

7.3 基于S-Function的PID控制系统仿真261

7.4 基于PID的倒立摆小车控制仿真267

7.5 本章小结271

第三部分 Simulink高级系统仿真应用275

第8章 模糊逻辑控制仿真275

8 1 模糊逻辑的概念275

8.1.1 高斯型隶属函数276

8.1.2 三角形隶属函数277

8.2 模糊逻辑控制箱图形界面279

8.2.1 基本FIS编辑器279

8.2.2 隶属函数编辑器281

8.2.3 绘制FIS282

8.2.4 设置模糊系统属性283

8.2.5 规则编辑器和语法编辑器284

8.2.6 规则观察器和模糊推理框图285

8.3 模糊聚类分析286

8.3.1 FIS曲面286

8.3.2 FIS结构287

8.3.3 模糊均值聚类288

8.3.4 模糊聚类工具箱290

8.4 模糊与PID控制器仿真设计292

8.4.1 模糊逻辑工具箱293

8.4.2 PID控制295

8.4.3 模糊控制器设计296

8.4.4 模糊与PID控制仿真300

8.5 本章小结303

第9章 Simulink在电力系统中的应用304

9.1 同步发电机原理分析304

9.2 简化同步电机模块使用305

9.3 同步电机模块使用309

9.4 负荷模型317

9.4.1 静态负荷模块317

9.4.2 三相动态负荷模块318

9.5 异步电机模块319

9.6 直流电机模块324

9.7 本章小结328

第10章 电力系统稳定性分析329

10.1 Powergui模块329

10.1.1 仿真类型330

10.1.2 分析工具331

10.2 二极管模块341

10.3 晶闸管模块344

10.4 电力系统稳态仿真348

10.4.1 连续系统仿真348

10.4.2 离散系统仿真350

10.5 电力系统电磁暂态仿真352

10.5.1 断路器模块353

10.5.2 三相故障模块356

10.5.3 暂态仿真分析357

10.6 本章小结360

第11章 通信系统仿真设计361

11.1 通信系统仿真简介361

11.2 信源与信道模型364

11.2.1 随机数产生器364

11.2.2 泊松分布产生器366

11.2.3 伯努利二进制信号产生器368

11.2.4 高斯噪声产生器370

11.3 滤波器分析372

11.4 调制与解调384

11.4.1 基带模型与调制通带分析384

11.4.2 模拟调制解调器模型分析385

11.4.3 数字调制解调器模型分析402

11.5 本章小结415

第12章 神经网络控制仿真416

12.1 神经网络简介416

12.2 人工神经元模型417

12.3 神经网络的学习规则419

12.4 MATLAB神经网络工具箱420

12.5 基于BP神经网络的PID自适应控制423

12.6 基于Simulink的神经网络模块仿真429

12.6.1 模块的设置429

12.6.2 模块的生成432

12.7 基于Simulink的神经网络控制系统433

12.8 反馈线性化控制436

12.9 本章小结439

第13章 滑模控制440

13.1 基于名义模型的滑模控制440

13.1.1 名义控制系统结构440

13.1.2 基于名义模型的控制441

13.1.3 基于名义模型的滑模控制器的设计442

13.1.4 基于名义模型的滑模控制仿真443

13.2 全局滑模控制449

13.2.1 全局滑模控制系统449

13.2.2 全局滑模控制器的设计450

13.2.3 基于全局滑模控制的仿真451

13.3 基于线性化反馈的滑模控制456

13.3.1 二阶非线性确定系统的倒立摆仿真456

13.3.2 二阶非线性不确定系统的倒立摆仿真460

13.3.3 输入／输出的反馈线性化控制465

13.3.4 输入／输出的反馈线性化滑模控制470

13.4 基于模型参考的滑模控制475

13.5 本章小结481

第14章 车辆系统仿真482

14.1 汽车制动系统仿真482

14.2 汽车悬架系统仿真486

14.2.1 汽车悬架系统运动方程建立486

14.2.2 汽车悬架系统仿真程序488

14.2.3 白噪声路面模拟输入仿真496

14.3 汽车四轮转向控制系统仿真498

14.3.1 低速四轮转向系统仿真501

14.3.2 高速四轮转向系统仿真503

14.4 本章小结505

第15章 群智能算法控制系统仿真506

15.1 PID控制506

15.2 粒子群算法控制仿真507

15.2.1 基本粒子群算法507

15.2.2 粒子群算法流程508

15.2.3 被控对象PID整定509

15.2.4 阶跃响应性能检测514

15.3 遗传算法控制仿真515

15.3.1 选择算子516

15.3.2 交叉算子516

15.3.3 变异算子517

15.3.4 适应度值评估517

15.3.5 遗传算法流程518

15.3.6 被控对象PID整定518

15.3.7 阶跃响应性能检测522

15.4 人群搜索算法控制仿真524

15.4.1 搜索步长的确定524

15.4.2 搜索方向的确定525

15.4.3 搜寻者个体位置的更新526

15.4.4 人群搜索算法流程526

15.4.5 被控对象PID整定526

15.4.6 阶跃响应性能检测531

15.5 本章小结533

附录 Simulink常用命令库534

参考文献540