本書以MATLAB R2016a為平臺，以工程建模仿真為背景，將專業技術與大量典型實例相結合，深入淺出地介紹了MATLAB/Simulink在電子信息工程中的建模與仿真應用。

本書以MATLAB R2016a為平臺，以工程建模仿真為背景，將專業技術與大量典型實例相結合，深入淺出地介紹了MATLAB/Simulink在電子信息工程中的建模與仿真應用。全書共分8章，主要介紹了MATLAB R2016a基礎知識、Simulink基礎知識、MATLAB Simulink繫統仿真、Simulink子繫統與封裝、MATLAB Simulink動力繫統仿真、MATLAB Simulink通信繫統仿真、MATLAB Simulink模糊控制繫統仿真、MATLAB Simulink神經網絡繫統仿真等內容。讓讀者輕松快速掌握MATLAB/Simulink，並進一步應用MATLAB/Simulink進行工程的建模與仿真，領略到MATLAB/Simulink的簡單、易學、功能強大。

張德豐，男， 1963年9月生，遼寧大連人。1993年畢業於哈爾濱工業大學航天學院，獲得工學碩士學位。現佛山科學技術學院，電子信息工程學院計算機繫，計算機應用技術教授。學院數字圖像處理與識別學術帶頭人。

第1章 MATLAB R2016a基礎知識 1
1．1 MATLAB的概述 1
1．1．1 MATLAB的發展史 1
1．1．2 MATLAB的主要功能 3
1．1．3 MATLAB的技術特點 4
1．1．4 MATLAB R2016a新增功能 5
1．1．5 MATLAB產品說明 8
1．2 MATLAB的安裝與激活 9
1．3 MATLAB的工作環境 13
1．3．1 菜單/工具欄 15
1．3．2 命令窗口 15
1．3．3 歷史窗口 16
1．3．4 工作空間 16
1．3．5 當前文件夾 17
1．3．6 搜索路徑及設置 18
1．3．7 M文件編輯 20
1．4 MATLAB幫助繫統 20
1．4．1 純文本幫助 21
1．4．2 Demos幫助 22
1．4．3 幫助導航瀏覽器 22
1．5 MATLAB的工具箱 23
1．6 MATLAB的實例演示 23
1．7 MATLAB計算基礎 26
1．7．1 數據類型 27
1．7．2 數組 38
1．7．3 矩陣及其運算 50
1．7．4 高維數組 56
1．7．5 稀疏矩陣 59
1．8 控制語句 62
1．8．1 for循環結構 62
1．8．2 while循環結構 63
1．8．3 if-else-end結構 64
1．8．4 switch-case結構 65
1．8．5 try-catch模塊 68
1．9 M函數 70
1．10 可視化 72
1．10．1 二維繪圖 72
1．10．2 三維繪圖 81
第2章 Simulink基礎知識 88
2．1 Simulink的概述 88
2．1．1 Simulink的功能 88
2．1．2 Simulink的特點 89
2．2 Simulink的導引 90
2．2．1 Simulink的安裝 90
2．2．2 Simulink的啟動 91
2．2．3 Simulink工作環境 92
2．2．4 第一個Simulink模型實例 92
2．3 Simulink的擴展功能 94
2．4 Simulink的工作原理 95
2．4．1 計算機動態繫統仿真 95
2．4．2 Simulink求解器 97
2．4．3 求解器參數設置 98
2．5 Simulink的組成 102
2．5．1 應用工具箱 103
2．5．2 擴展模塊庫 104
2．6 Simulink環境 104
2．7 Simulink模塊庫 105
2．7．1 常用模塊庫 106
2．7．2 連續模塊庫 106
2．7．3 儀表板模塊庫 107
2．7．4 不連續模塊庫 108
2．7．5 離散模塊庫 108
2．7．6 邏輯與位操作模塊庫 110
2．7．7 查表模塊庫 111
2．7．8 數學運算模塊庫 111
2．7．9 模型擴展模塊庫 113
2．7．10 模型驗證模塊庫 114
2．7．11 端口與子繫統模塊庫 115
2．7．12 信號屬性模塊庫 116
2．7．13 信號路由模塊庫 117
2．7．14 信號接收器模塊庫 118
2．7．15 輸入源模塊庫 118
2．7．16 用戶自定義模塊庫 119
2．8 Simulink繫統模型 120
2．8．1 Simulink菜單 120
2．8．2 打開繫統模型 121
2．8．3 輸入Simulink命令 121
2．8．4 保存繫統模型 124
2．8．5 打印模型及生成報告 124
2．9 Simulink的基本操作 128
2．9．1 模塊的基本操作 128
2．9．2 信號線的基本操作 129
2．9．3 繫統模型的基本操作 130
2．9．4 子繫統建立 131
2．10 Simulink仿真實例 133
第3章 MATLAB/Simulink繫統仿真 135
3．1 繫統仿真與仿真概述 135
3．1．1 仿真方法與仿真工具的關繫 135
3．1．2 仿真環境的要求 136
3．2 MATLAB建模仿真 138
3．2．1 MATLAB實現靜態繫統 139
3．2．2 MATLAB實現動態繫統 141
3．2．3 MATLAB實現狀態方程 146
3．3 Simulink建模仿真 149
3．3．1 Simulink實現簡單繫統 149
3．3．2 Simulink實現離散繫統 153
3．3．3 Simulink實現連續繫統 158
3．3．4 Simulink實現混合繫統 165
3．4 命令行方式實現動態仿真 169
3．4．1 sim命令實現動態仿真 169
3．4．2 模型線性化 176
3．4．3 求取平均點 179
第4章 Simulink子繫統與封裝 181
4．1 子繫統介紹 181
4．1．1 子繫統定義 181
4．1．2 創建子繫統 183
4．1．3 子繫統的基本操作 184
4．1．4 瀏覽層級子繫統 184
4．2 高級子繫統 186
4．2．1 使能子繫統 186
4．2．2 觸發子繫統 191
4．2．3 觸發使能子繫統 195
4．2．4 交替創建執行子繫統 196
4．3 Simulink控制流語句 198
4．3．1 if-else語句 198
4．3．2 Switch語句 200
4．3．3 While語句 201
4．3．4 for語句 203
4．3．5 Simulink控制流的實現 204
4．4 封裝子繫統 207
4．4．1 封裝子繫統的概述 207
4．4．2 創建封裝模塊動態對話框 213
4．5 S-function函數 217
4．5．1 S-function的概述 217
4．5．2 S-function的概念 218
4．5．3 S-function模塊 221
4．5．4 S-function的工作原理 223
4．5．5 S-function的仿真流程 224
4．5．6 S-function的回調程序 225
4．5．7 編寫M文件的S-function函數 225
4．5．8 S-function模板實現 230
第5章 MATLAB/Simulink動力繫統仿真 241
5．1 動力學微分模型 241
5．1．1 動力學建模概述 241
5．1．2 動力學建模基本定理 242
5．2 數值微積分法 246
5．2．1 數值積分法 246
5．2．2 數值微分法 248
5．2．3 龍格-庫塔法 252
5．2．4 四階龍格-庫塔法 254
5．2．5 隱式逐步積分法 257
5．2．6 微分方程的邊值問題 260
5．3 傳遞函數模型 265
5．3．1 傳遞函數的概述 265
5．3．2 傳遞函數的基本環節 265
5．3．3 傳遞函數的形式 267
5．3．4 傳遞函數的仿真與建模 272
5．4 狀態空間模型 281
5．4．1 狀態空間模型的形式 282
5．4．2 狀態空間的相似變換 284
5．4．3 狀態空間與傳遞函數模型間的轉換 286
5．4．4 串並聯法實現模型間轉換 294
5．4．5 建立狀態空間仿真模型 299
5．5 繫統的瞬態響應分析 303
5．5．1 一階繫統的瞬態分析 304
5．5．2 二階繫統的瞬態分析 306
5．5．3 MATLAB/Simulink仿真建模 311
5．6 繫統頻域分析 313
5．6．1 單位脈衝與頻率響應函數 313
5．6．2 頻率響應建模與仿真 317
第6章 MATLAB/Simulink通信繫統仿真 324
6．1 通信繫統的介紹 324
6．1．1 通信繫統的分類 324
6．1．2 通信繫統的組成 326
6．1．3 模擬通信繫統的概述 328
6．1．4 數字通信繫統的概述 328
6．2 通信仿真方法 330
6．2．1 狀態方程求解法 330
6．2．2 蒙特卡羅方法 333
6．2．3 混合方法 336
6．3 信源與信道模塊 339
6．3．1 信源模塊 339
6．3．2 信道模塊 345
6．3．3 信源與信道模塊應用 349
6．4 濾波器 351
6．4．1 濾波器最小階和3dB截止頻率 352
6．4．2 線性濾波器的常用命令 353
6．4．3 濾波器的實現 353
6．5 調制與解調 361
6．5．1 基帶模型與調制通帶 362
6．5．2 調制/解調MATLAB實現 362
6．5．3 調制/解調模塊 367
6．5．4 調制/解調模塊實現 374
6．6 數字調制/解調模型 376
6．6．1 數字調制/解調模型介紹 376
6．6．2 數字調制/解調模型實現 385
第7章 MATLAB/Simulink模糊控制繫統仿真 388
7．1 模糊理論的概述 388
7．1．1 模糊集合 388
7．1．2 模糊關繫 389
7．1．3 模糊邏輯 390
7．1．4 模糊語言 390
7．1．5 模糊推理 391
7．1．6 模糊控制繫統的組成 392
7．2 模糊邏輯控制函數 395
7．2．1 高斯型隸屬函數 395
7．2．2 三角形隸屬函數 397
7．3 模糊邏輯控制箱圖形界面 398
7．3．1 基本FIS編輯器 398
7．3．2 隸屬函數編輯器 399
7．3．3 繪制FIS 400
7．3．4 設置模糊繫統屬性 401
7．3．5 規則編輯器 401
7．3．6 規則觀察器 402
7．3．7 曲面觀察器 403
7．4 模糊聚類分析 403
7．4．1 模糊C-均值聚類 403
7．4．2 減法聚類 408
7．4．3 其他聚類 412
7．5 模糊控制繫統仿真 417
7．5．1 模糊邏輯工具箱 417
7．5．2 PID控制器 424
7．5．3 Rule觀察器 427
7．5．4 Surface觀察器 427
7．5．5 自帶的模糊控制實例 428
第8章 MATLAB/Simulink神經網絡繫統仿真 431
8．1 神經網絡的概述 431
8．1．1 模型 432
8．1．2 神經網絡結構 434
8．1．3 神經網絡的學習規則 435
8．2 MATLAB神經網絡工具箱 436
8．3 感知器神經網絡 441
8．3．1 感知器網絡結構 442
8．3．2 感知器的應用 442
8．4 BP神經網絡 444
8．4．1 BP神經網絡模型 444
8．4．2 BP網絡學習算法 446
8．4．3 BP神經網絡應用 447
8．5 RBF神經網絡 451
8．5．1 RB模型 451
8．5．2 RBF網絡模型 452
8．5．3 RBF神經網絡傳遞函數 452
8．5．4 RBF神經網絡的創建與學習過程 453
8．5．5 徑向基網絡的應用 454
8．6 自組織競爭人工神經網絡 458
8．6．1 網絡結構 458
8．6．2 競爭學習規則 459
8．6．3 競爭網絡的訓練過程 461
8．6．4 自組織競爭網絡的應用 461
8．7 反饋型神經網絡 468
8．7．1 Elman網絡 469
8．7．2 Hopfield網絡 472
8．8 基於Simulink神經網絡 476
8．8．1 神經網絡模塊 476
8．8．2 創建模塊 478
8．9 基於Simulink神經網絡控制繫統 480
8．9．1 神經網絡預測控制器 481
8．9．2 反饋線性化控制器 483
8．9．3 模型參考控制器 486
參考文獻 490

張德豐，男， 1963年9月生，遼寧大連人。1993年畢業於哈爾濱工業大學航天學院，獲得工學碩士學位。現佛山科學技術學院，電子信息工程學院計算機繫，計算機應用技術教授。學院數字圖像處理與識別學術帶頭人。
前 言
MATLAB是由美國MathWorks公司出品的商業數學軟件，用於算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB在以商品形式出現後的短短幾年，就以其良好的開放性和運行的可靠性，使原先控制領域裡的封閉式軟件包紛紛被淘汰，而改在MATLAB平臺上重建。
Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，其建模較一般程序建模更直觀，操作更簡單，不用死記各種參數即命令的使用方法，隻需用鼠標就能完成非常復雜的工作。其廣泛應用於線性繫統、數字控制、非線性繫統以及數字信號處理的建模和仿真中。
Simulink不但功能強大、應用廣泛，而且還是一個開放性繫統，用戶可以自己開發模塊來增強Simulink的功能。對於同一個繫統模型，利用Simulink可采用多個采樣速率。Simulink不但能夠實時地顯示計算結果，還能夠顯示模型所表示實物的實際運動形式。使用MATLAB/Simulink進行仿真建模，已成為大量仿真工程師必須掌握的技術之一，也成為高等院校專業學生的必選課程。
MATLAB/Simulink是用於動態繫統和嵌入式繫統的多領域仿真和基於模型的設計工具。對於各種時變繫統，包括通信、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理繫統，Simulink提供了交互式圖形化環境和可定制模塊庫來進行設計、仿真、執行和測試。Simulink可以用連續采樣時間、離散采樣時間或兩者混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率繫統，也就是繫統中的不同部分具有不同的采樣速率。
本書基於MATLAB R2016a版，由淺入深地全面講解MATLAB/Simulink的相關知識，幫助讀者盡快掌握MATLAB/Simulink的應用。本書具有如下特點：
1．全面細致，循序漸進
本書以MATLAB R2016a為平臺，簡要全面、由淺入深地介紹MATLAB軟件的特色、使用，再輔以MATLAB/Simulink在工程中的應用案例，幫助讀者盡快地掌握使用MATLAB/Simulink進行工程應用分析的技能。
2．內容新穎，應用典型
本書結合MATLAB/Simulink解決工程應用中的各種實際問題，詳細地講解MATLAB/Simulink軟件的使用方法與技巧，並通過大量典型的應用例子來實操，在講解過程中輔以相應的圖片，使讀者在閱讀時一目了然，從而快速地掌握書中的內容。
3．輕松易學，上手快速
本書理論與實例相結合，並通過MATLAB的在線幫助、自帶實例等內容，使讀者輕松地掌握所學內容，快速上手，還可以提高快速分析和解決實際問題的能力，從而能夠在最短的時間內，以最好的效率解決實際通信繫統中遇到的問題，提升工作效率。
本書圍繞著MATLAB/Simulink在工程中的仿真與建模等內容，分為8章，主要包括：
第1章 MATLAB R2016a基礎知識，主要包括MATLAB的發展史、MATLAB的功能特性、MATLAB的工作環境、MATLAB的計算基礎等內容。
第2章 Simulink基礎知識，主要包括Simulink的功能特點、Simulink工作環境、Simulink的工作原理、Simulink基本模塊庫及Simulink基本操作等內容。
第3章 MATLAB/Simulink繫統仿真，主要包括建模仿真的概述、MATLAB建模仿真、Simulink建模仿真等內容。
第4章 Simulink子繫統與封裝，主要包括子繫統介紹、高級子繫統、Simulink控制流語句及封裝子繫統等內容。
第5章 MATLAB/Simulink動力繫統仿真，主要包括動力學微分模型、數值微積分法、傳遞函數模型、狀態空間模型等內容。
第6章 MATLAB/Simulink通信繫統仿真，主要包括通信繫統的介紹、通信仿真方法、信源與信道模塊、濾波器及調制與解調等內容。
第7章 MATLAB/Simulink模糊控制繫統仿真，主要包括模糊理論的概述、模糊邏輯控制函數、模糊邏輯控制箱圖形界面及模糊聚類分析等內容。
第8章 MATLAB/Simulink神經網絡繫統仿真，主要包括神經網絡的概述、感知器神經網絡、BP神經網絡、RBF神經網絡及自組織競爭人工神經網絡等內容。
本書由張德豐編著，此外參加編寫工作的還有趙書蘭、周品、梁志成、梁仲軒、盧佳華、盧偉彬、羅嘉甫、彭偉星、施潔、許興傑、楊平、葉利輝、詹錦超、張金林。
本書可作為控制工程、通信工程、電子信息方面的廣大科研人員、學者、工程技術人員的參考用書，也可作為高等院校教師、在讀理工學生及相關領域的廣大科研人員的參考用書。
由於時間倉促，加之作者水平有限，錯誤和疏漏之處在所難免。在此，誠懇地期望得到各領域的專家和廣大讀者的批評指正。
編 著 者