第 1章 繫統仿真與MATLAB Simulink1
1.1 繫統仿真技術概述 1
1.2 MATLAB簡介 2
1.2.1 MATLAB產品說明 2
1.2.2 MATLAB Simulink的特點 3
1.3 MATLAB Simulink應用示例 4
1.4 本章小結 6
第 2章 MATLAB編程基礎 7
2.1 MATLAB工作環境 7
2.1.1 MATLAB主界面 7
2.1.2 MATLAB文本編輯窗口 12
2.1.3 MATLAB幫助文檔的使用 13
2.2 MATLAB語言素 15
2.2.1 變量 16
2.2.2 賦值語句 16
2.2.3 矩素表示 17
2.3 MATLAB下矩陣的運算 19
2.3.1 矩陣的代數運算 20
2.3.2 矩陣的關繫運算 23
2.3.3 矩陣的邏輯運算 24
2.4 MATLAB的程序流程控制 24
2.4.1 循環控制結構 24
2.4.2 條件選擇控制結構 25
2.5 M文件的編寫 27
2.5.1 腳本文件 27
2.5.2 函數文件 28
2.6 MATLAB的圖形繪制 30
2.6.1 二維圖形的繪制 30
2.6.2 三維圖形的繪制 38
2.6.3 “繪圖”工具欄 41
2.6.4 圖形對像屬性設置 41
2.7 MATLAB編程實例 44
2.7.1 漢諾塔問題 44
2.7.2 MATLAB在自動控制中的應用 46
2.7.3 MATLAB在電力信號分析處理中的應用 47
2.8 本章小結 48
第3章 Simulink仿真基礎 50
3.1 Simulink仿真環境 50
3.2 Simulink模塊庫 52
3.2.1 標準Simulink模塊庫 52
3.2.2 專業模塊庫 53
3.3 Simulink的基本操作 54
3.3.1 模塊的基本操作 54
3.3.2 信號線的基本操作 55
3.3.3 繫統模型的基本操作 55
3.3.4 子繫統建立 56
3.4 Simulink繫統建模 58
3.5 Simulink運行仿真 60
3.5.1 運行仿真過程 61
3.5.2 仿真參數設置 63
3.5.3 示波器的使用 64
3.6 Simulink仿真示例 67
3.6.1 一般控制繫統中的仿真 67
3.6.2 簡單電路繫統中的仿真 68
3.7 本章小結 71
第4章 動態繫統的Simulink仿真 72
4.1 簡單繫統仿真 72
4.1.1 簡單繫統的基本概念 72
4.1.2 簡單繫統的仿真分析 72
4.2 離散繫統仿真 75
4.2.1 離散繫統的基本概念 75
4.2.2 離散繫統的Simulink仿真分析 76
4.2.3 線性離散繫統的基本概念 78
4.2.4 線性離散繫統的仿真分析 79
4.3 連續繫統仿真 81
4.3.1 連續繫統的基本概念 81
4.3.2 連續繫統的Simulink仿真分析 82
4.3.3 線性連續繫統的基本概念 85
4.3.4 線性連續繫統的仿真分析 86
4.4 混合繫統仿真 88
4.4.1 混合繫統仿真技術概述 88
4.4.2 混合繫統仿真實例一：通信繫統 89
4.4.3 混合繫統仿真實例二：汽車行駛控制繫統 91
4.5 Simulink的調試技術 94
4.5.1 Simulink調試器啟動 95
4.5.2 調試器的操作設置與功能 95
4.5.3 繫統調試實例 97
4.6 本章小結 99
第5章 Simulink子繫統 101
5.1 Simulink簡單子繫統 101
5.1.1 簡單子繫統的生成 101
5.1.2 子繫統的基本操作 102
5.2 Simulink高級子繫統 102
5.2.1 條件執行子繫統的建立方法 103
5.2.2 使能子繫統 104
5.2.3 觸發子繫統 106
5.2.4 觸發使能子繫統 109
5.2.5 原子子繫統 109
5.2.6 其他子繫統介紹 111
5.3 Simulink子繫統的封裝 112
5.3.1 子繫統封裝的概念 112
5.3.2 創建子繫統封裝模塊 112
5.3.3 子繫統封裝實例 114
5.4 Simulink模塊庫技術 116
5.4.1 模塊庫的概念及應用 116
5.4.2 建立與使用模塊庫 117
5.4.3 庫模塊與引用模塊的關聯 118
5.4.4 可配置子繫統 119
5.5 本章小結 120
第6章 Simulink命令行仿真 122
6.1 使用命令行方式建立繫統模型 122
6.1.1 關於繫統模型的命令 123
6.1.2 關於模塊的命令 125
6.1.3 關於連線的命令 126
6.1.4 關於參數的命令 126
6.1.5 關於路徑名的命令 128
6.1.6 其他命令 128
6.1.7 命令行方式建立繫統模型實例 129
6.2 Simulink與MATLAB的接口 130
6.2.1 由MATLAB工作區變量設置繫統模塊參數 130
6.2.2 將信號輸出到MATLAB工作區中 130
6.2.3 使用工作區變量作為繫統輸入信號 131
6.2.4 MATLAB Function與Fcn模塊 131
6.3 使用命令行方式進行動態繫統仿真 132
6.3.1 使用sim命令進行動態繫統仿真 133
6.3.2 simset與simget命令的使用 137
6.3.3 simplot命令的使用 140
6.4 使用MATLAB腳本分析動態繫統 141
6.4.1 蹦極跳的安全性分析 141
6.4.2 汽車行駛控制繫統中控制器的調節 142
6.5 Simulink繫統仿真常見問題 144
6.5.1 繫統狀態的確定 144
6.5.2 繫統平衡點的確定 145
6.5.3 非線性繫統的線性化處理 146
6.5.4 回調函數 148
6.6 本章小結 150
第7章 S-function 151
7.1 S-function概述 151
7.1.1 S-function的基本概念 151
7.1.2 S-function的幾個相關概念 152
7.1.3 S-function模塊 155
7.1.4 在模型中使用S-function 155
7.1.5 向S-function傳遞參數 157
7.1.6 何時使用S-function 157
7.2 S-function的工作原理 158
7.2.1 Simulink模塊的數學關繫 158
7.2.2 Simulink仿真流程 158
7.2.3 S-function仿真流程 159
7.2.4 S-function回調程序 160
7.3 編寫M文件S-function 160
7.3.1 M文件S-function概述 160
7.3.2 S-function參數 161
7.3.3 S-function的輸出 161
7.3.4 定義S-function的模塊特性 162
7.3.5 M文件S-function實例 162
7.4 編寫C-MEX文件S-function 173
7.4.1 MEX文件S-function概述 173
7.4.2 SimStruct數據結構與Work Vector工作向量 173
7.4.3 C-MEX S-function仿真流程 175
7.4.4 C-MEX S-function模板 176
7.4.5 C-MEX S-function實例 178
7.4.6 S-Function Builder 180
7.5 M文件S-function與C-MEX S-function的比較 187
7.6 本章小結 192
第8章 通信繫統仿真 194
8.1 通信繫統 194
8.1.1 通信繫統的分類 194
8.1.2 通信繫統的仿真方法 196
8.2 通信繫統仿真模型 204
8.2.1 通信繫統的基本模型 204
8.2.2 通信繫統基本模塊 207
8.3 通信繫統仿真命令 227
8.3.1 信源產生函數 227
8.3.2 信源編碼 解碼函數 228
8.3.3 信道模型函數 230
8.3.4 調制 解調函數 232
8.3.5 濾波器函數 232
8.4 通信繫統仿真實例 234
8.5 本章小結 238
第9章 電力繫統仿真 239
9.1 電件 239
9.1.1 同步發電機 239
9.1.2 電力變壓器 247
9.1.3 輸電線路 252
9.1.4 負荷 258
9.2 電力圖形分析界面模塊 259
9.2.1 配置參數 260
9.2.2 穩態電壓電流 261
9.2.3 初始狀態設置 261
9.2.4 潮流計算 262
9.2.5 電機初始化 262
9.2.6 LTI視窗 263
9.2.7 阻抗依頻特性 263
9.2.8 FFT分析 264
9.2.9 報表生成 265
9.2.10 磁滯特性設計工具 265
9.2.11 計算RLC線路參數 266
9.3 電力繫統仿真命令 267
9.3.1 電源及組件函數類型 267
9.3.2 發動機和發生器函數類型 269
9.3.3 感應測量函數類型 271
9.3.4 仿真分析函數類型 271
9.4 電力繫統仿真實例 272
9.4.1 電力繫統潮流計算 272
9.4.2 電力繫統穩態分析 274
9.5 本章小結 276
第 10章 控制繫統仿真 277
10.1 控制繫統基本概念 277
10.1.1 控制繫統的結構 277
10.1.2 控制繫統的數學模型 278
10.1.3 控制繫統的性能指標 283
10.2 控制繫統分析方法 285
10.2.1 時域分析法 285
10.2.2 根軌跡分析法 289
10.2.3 頻域分析法 293
10.2.4 狀態空間分析法 298
10.3 控制繫統仿真模塊 307
10.3.1 Simulink標準模塊庫 307
10.3.2 控制繫統工具箱 313
10.4 控制繫統仿真命令 315
10.4.1 模型命令 315
10.4.2 分析命令 318
10.4.3 設計命令 319
10.5 控制繫統仿真實例 320
10.6 本章小結 324
第 11章 模糊控制仿真 326
11.1 模糊理論的基本概念 326
11.1.1 模糊集合 326
11.1.2 模糊關繫 328
11.1.3 模糊邏輯 328
11.1.4 模糊語言 328
11.1.5 模糊推理 329
11.2 模糊控制的基本概念 330
11.2.1 模糊控制繫統的組成 330
11.2.2 模糊控制繫統的設計 333
11.3 模糊推理繫統 336
11.3.1 模糊推理繫統的圖形用戶界面 336
11.3.2 模糊推理繫統編輯器 337
11.3.3 隸屬函數編輯器 341
11.3.4 模糊規則編輯器 343
11.3.5 模糊規則觀察器 349
11.3.6 曲面觀察器 350
11.3.7 模糊繫統設計實例 352
11.4 模糊控制繫統仿真 357
11.4.1 模糊邏輯工具箱簡介 358
11.4.2 FIS與模糊邏輯控制器連接 359
11.4.3 模糊控制繫統的仿真 361
11.4.4 MATLAB自帶模糊控制繫統示例 368
11.5 本章小結 369
第 12章 神經網絡仿真 371
12.1 神經網絡的基本概念 371
12.1.1 生 371
12.1.2 人工神經網絡 372
12.1.3 神經網絡的結構 373
12.1.4 神經網絡的學習 374
12.2 神經網絡工具箱 375
12.2.1 神經網絡工具箱簡介 376
12.2.2 神經網絡函數擬合 377
12.2.3 神經網絡模式識別 386
12.2.4 神經網絡數據聚類 390
12.2.5 神經網絡時間序列預測 394
12.2.6 神經網絡函數命令 397
12.3 神經網絡與Simulink 401
12.3.1 神經網絡Simulink模塊 401
12.3.2 神經網絡Simulink建模 404
12.4 自定義神經網絡 406
12.4.1 自定義神經網絡函數命令 406
12.4.2 神經網絡數據管理GUI 408
12.5 本章小結 411
第 13章 圖像處理仿真 412
13.1 圖像處理模塊庫 412
13.1.1 分析和增強模塊庫 413
13.1.2 轉換模塊庫 413
13.1.3 濾波模塊庫 414
13.1.4 幾何變換模塊庫 415
13.1.5 形態學操作模塊庫 415
13.1.6 接收器模塊庫 416
13.1.7 輸入源模塊庫 416
13.1.8 統計模塊庫 417
13.1.9 文本和圖形模塊庫 418
13.1.10 變換模塊庫 418
13.1.11 工具模塊庫 419
13.2 基於Simulink的圖像增強 419
13.2.1 圖像灰度變換增強 419
13.2.2 圖像的平滑增強 424
13.2.3 圖像銳化增強 426
13.3 基於Simulink的圖像轉換處理 427
13.3.1 圖像類型轉換 427
13.3.2 顏色模型轉換 429
13.4 基於Simulink的圖像幾何變換 431
13.4.1 圖像的旋轉 431
13.4.2 圖像的縮放 432
13.5 基於Simulink的圖像數學形態學操作 434
13.5.1 圖像膨脹和腐蝕 434
13.5.2 圖像的開運算與閉運算 436
13.6 基於Simulink的圖像增強綜合實例 440
13.6.1 對圖像進行旋轉和增強 440
13.6.2 圖像縮小旋轉及邊緣檢測處理 441
13.7 本章小結 442
附錄A 443
參考文獻 458