MATLAB/Simulink系統(tǒng)仿真（第2版）

部分  MATLAB/Simulink基礎(chǔ)知識
第1章  初識MATLAB 3
　　1.1  操作界面簡介 3
　　　　1.1.1  操作界面 3
　　　　1.1.2  當(dāng)前文件夾 4
　　　　1.1.3  命令行窗口 4
　　　　1.1.4  工作區(qū) 5
　　　　1.1.5  命令歷史記錄窗口 6
　　1.2  通識命令 6
　　　　1.2.1  選項(xiàng)卡命令 6
　　　　1.2.2  路徑設(shè)置 7
　　　　1.2.3  無窮量和非數(shù)值量 8
　　　　1.2.4  注釋符及常用命令 9
　　1.3  基本概念 9
　　　　1.3.1  數(shù)據(jù)類型概述 9
　　　　1.3.2  常量與變量 13
　　　　1.3.3  字符型數(shù)據(jù) 14
　　　　1.3.4  運(yùn)算符 14
　　1.4  幫助系統(tǒng) 17
　　　　1.4.1  純文本幫助 17
　　　　1.4.2  幫助導(dǎo)航 17
　　　　1.4.3  示例幫助 18
　　1.5  本章小結(jié) 18
第2章  MATLAB基本運(yùn)算 19
　　2.1  數(shù)組運(yùn)算 19
　　　　2.1.1  數(shù)組的創(chuàng)建與操作 19
　　　　2.1.2  數(shù)組的常見運(yùn)算 22
　　2.2  矩陣運(yùn)算 25
　　　　2.2.1  矩陣的生成 26
　　　　2.2.2  矩陣的加減運(yùn)算 29
　　　　2.2.3  矩陣的乘法運(yùn)算 30
　　　　2.2.4  矩陣的除法運(yùn)算 31
　　　　2.2.5  矩陣的分解運(yùn)算 32
　　2.3  符號運(yùn)算 32
　　　　2.3.1  符號表達(dá)式的生成 33
　　　　2.3.2  符號矩陣 33
　　　　2.3.3  常用符號運(yùn)算 34
　　2.4  復(fù)數(shù)運(yùn)算 35
　　　　2.4.1  復(fù)數(shù)和復(fù)矩陣的生成 35
　　　　2.4.2  復(fù)數(shù)運(yùn)算函數(shù) 37
　　2.5  本章小結(jié) 37
第3章  Simulink仿真基礎(chǔ) 38
　　3.1  基本操作 38
　　　　3.1.1  運(yùn)行Simulink 38
　　　　3.1.2  模塊庫 39
　　　　3.1.3  打開系統(tǒng)模型 40
　　　　3.1.4  保存系統(tǒng)模型 40
　　　　3.1.5  打印模型框圖并生成報(bào)告 41
　　　　3.1.6  常用鼠標(biāo)和鍵盤操作 42
　　　　3.1.7  環(huán)境設(shè)置 43
　　　　3.1.8  系統(tǒng)模型構(gòu)建與運(yùn)行 43
　　3.2  模塊與系統(tǒng) 45
　　　　3.2.1  模型文件的創(chuàng)建 45
　　　　3.2.2  模塊的連接與處理 46
　　　　3.2.3  仿真參數(shù)設(shè)置 47
　　　　3.2.4  系統(tǒng)封裝 51
　　3.3  管理模型版本 52
　　　　3.3.1  管理模型屬性 52
　　　　3.3.2  模型文件更改通知 53
　　　　3.3.3  指定當(dāng)前用戶 54
　　　　3.3.4  查看和編輯模型的信息和歷史 54
　　　　3.3.5  修改日志 54
　　3.4  本章小結(jié) 55
第4章  公共模塊庫 56
　　4.1  模塊庫概述 56
　　　　4.1.1  模塊庫的基本操作 56
　　　　4.1.2  常用模塊庫 57
　　　　4.1.3  信號輸出模塊庫 57
　　　　4.1.4  專業(yè)模塊庫 58
　　4.2  信號源模塊庫 58
　　　　4.2.1  Clock模塊 59
　　　　4.2.2  Digital Clock模塊 59
　　　　4.2.3  Constant模塊 60
　　　　4.2.4  Band-Limited White Noise模塊 61
　　　　4.2.5  Chirp Signal模塊 62
　　　　4.2.6  Sine Wave模塊 62
　　　　4.2.7  Pulse Generator模塊 63
　　　　4.2.8  Random Number模塊 65
　　　　4.2.9  Step模塊 66
　　　　4.2.10  Uniform Random Number模塊 66
　　　　4.2.11  其他模塊 67
　　4.3  連續(xù)模塊庫 68
　　　　4.3.1  Derivative模塊 68
　　　　4.3.2  Integrator模塊 69
　　　　4.3.3  Transfer Fcn模塊 70
　　　　4.3.4  Transport Delay模塊 71
　　　　4.3.5  Zero-Pole模塊 72
　　　　4.3.6  State-Space模塊 73
　　4.4  離散模塊庫 74
　　　　4.4.1  Discrete Transfer Fcn模塊 75
　　　　4.4.2  Discrete Filter模塊 76
　　　　4.4.3  Unit Delay模塊 77
　　　　4.4.4  Memory模塊 77
　　　　4.4.5  Discrete Zero-Pole模塊 78
　　　　4.4.6  Discrete State-Space模塊 79
　　　　4.4.7  Zero-Order Hold模塊 80
　　　　4.4.8  Discrete-Time Integrator模塊 81
　　4.5  查表模塊庫 82
　　　　4.5.1  1-D Lookup Table模塊 82
　　　　4.5.2  2-D Lookup Table模塊 83
　　4.6  用戶自定義函數(shù)模塊庫 84
　　　　4.6.1  Fcn模塊 84
　　　　4.6.2  MATLAB Function模塊 85
　　　　4.6.3  S-Function模塊 86
　　4.7  數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫 89
　　　　4.7.1  Abs模塊 90
　　　　4.7.2  Add模塊 90
　　　　4.7.3  Divide模塊 91
　　　　4.7.4  Dot Product模塊 92
　　　　4.7.5  Gain模塊 93
　　　　4.7.6  Complex to Magnitude-Angle模塊 93
　　　　4.7.7  Magnitude-Angle to Complex模塊 94
　　　　4.7.8  其他模塊 95
　　4.8  非線性模塊庫 95
　　　　4.8.1  Backlash模塊 96
　　　　4.8.2  Coulomb & Viscous Friction模塊 97
　　　　4.8.3  Dead Zone模塊 97
　　　　4.8.4  Quantizer模塊 98
　　　　4.8.5  Rate Limiter模塊 99
　　　　4.8.6  Saturation模塊 100
　　4.9  信號路由模塊庫 101
　　　　4.9.1  Bus Selector模塊 102
　　　　4.9.2  Bus Creator模塊 102
　　　　4.9.3  Mux模塊 103
　　　　4.9.4  Demux模塊 104
　　　　4.9.5  Data Store Memory模塊 105
　　　　4.9.6  Data Store Read模塊 106
　　　　4.9.7  Data Store Write模塊 107
　　4.10  本章小結(jié) 108
第5章  仿真命令操作 109
　　5.1  操作命令概述 109
　　5.2  系統(tǒng)命令 110
　　　　5.2.1  simulink命令 110
　　　　5.2.2  simulink3命令 110
　　　　5.2.3  find_system命令 111
　　　　5.2.4  new_system命令 113
　　　　5.2.5  open_system命令 113
　　　　5.2.6  save_system命令 114
　　　　5.2.7  bdclose命令 115
　　5.3  模塊操作命令 115
　　　　5.3.1  add_block命令 115
　　　　5.3.2  delete_block命令 116
　　　　5.3.3  add_line命令 116
　　　　5.3.4  delete_line命令 118
　　　　5.3.5  replace_block命令 118
　　5.4  獲取文件路徑 120
　　　　5.4.1  gcb命令 120
　　　　5.4.2  gcbh命令 120
　　　　5.4.3  gcs命令 120
　　　　5.4.4  bdroot命令 121
　　5.5  模型參數(shù)命令 121
　　　　5.5.1  get_param獲取模型參數(shù) 121
　　　　5.5.2  set_param設(shè)置模型參數(shù) 123
　　　　5.5.3  simget獲取模型屬性 125
　　5.6  模型仿真 126
　　5.7  本章小結(jié) 128
第6章  子系統(tǒng)及其封裝 129
　　6.1  子系統(tǒng)介紹 129
　　　　6.1.1  子系統(tǒng)含義 129
　　　　6.1.2  創(chuàng)建子系統(tǒng) 130
　　　　6.1.3  模型瀏覽器 133
　　6.2  高級子系統(tǒng) 135
　　　　6.2.1  條件執(zhí)行子系統(tǒng) 135
　　　　6.2.2  交替執(zhí)行子系統(tǒng) 142
　　6.3  封裝子系統(tǒng) 145
　　　　6.3.1  封裝子系統(tǒng)特征 145
　　　　6.3.2  封裝選項(xiàng)設(shè)置 146
　　6.4  本章小結(jié) 151
第7章  基于S函數(shù)建模 152
　　7.1  S函數(shù)概述 152
　　　　7.1.1  模塊的數(shù)學(xué)含義 152
　　　　7.1.2  Simulink仿真過程 153
　　　　7.1.3  S函數(shù)回調(diào)方法 154
　　　　7.1.4  M文件S函數(shù)應(yīng)用 154
　　7.2  編寫S函數(shù) 162
　　　　7.2.1  S函數(shù)模板 162
　　　　7.2.2  S函數(shù)工作方式 166
　　　　7.2.3  S函數(shù)控制流 167
　　　　7.2.4  S函數(shù)的模塊化 169
　　7.3  S函數(shù)應(yīng)用 169
　　7.4  本章小結(jié) 175
第8章  系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試 176
　　8.1  仿真參數(shù)配置 176
　　　　8.1.1  求解器概述 176
　　　　8.1.2  仿真參數(shù)設(shè)置 177
　　8.2  模型調(diào)試 181
　　　　8.2.1  調(diào)試器GUI模式 182
　　　　8.2.2  調(diào)試器命令行模式 182
　　　　8.2.3  調(diào)試器命令 183
　　　　8.2.4  調(diào)試器控制 184
　　8.3  設(shè)置斷點(diǎn) 186
　　　　8.3.1  無條件斷點(diǎn) 187
　　　　8.3.2  有條件斷點(diǎn) 188
　　8.4  仿真信息顯示 190
　　　　8.4.1  顯示模塊I/O 190
　　　　8.4.2  顯示代數(shù)環(huán)信息 191
　　　　8.4.3  顯示系統(tǒng)狀態(tài) 191
　　　　8.4.4  顯示求解器信息 192
　　　　8.4.5  顯示模型中模塊的執(zhí)行順序 193
　　　　8.4.6  顯示系統(tǒng)或模塊 194
　　8.5  本章小結(jié) 196
第二部分  Simulink系統(tǒng)仿真應(yīng)用
第9章  控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ) 199
　　9.1  控制系統(tǒng)頻域分析 199
　　　　9.1.1  頻率特性的定義 199
　　　　9.1.2  頻率特性和傳遞函數(shù)的關(guān)系 201
　　　　9.1.3  頻率特性的圖形表示方法 202
　　9.2  幅相頻率特性 205
　　　　9.2.1  比例環(huán)節(jié) 205
　　　　9.2.2  微分環(huán)節(jié) 207
　　　　9.2.3  積分環(huán)節(jié) 208
　　　　9.2.4  慣性環(huán)節(jié) 209
　　　　9.2.5  一階復(fù)合微分環(huán)節(jié) 213
　　　　9.2.6  二階振蕩環(huán)節(jié) 215
　　　　9.2.7  二階復(fù)合微分環(huán)節(jié) 220
　　　　9.2.8  延遲環(huán)節(jié) 223
　　　　9.2.9  開環(huán)系統(tǒng)的幅相特性曲線 223
　　9.3  對數(shù)頻率特性（Bode圖） 228
　　　　9.3.1  比例環(huán)節(jié) 228
　　　　9.3.2  微分環(huán)節(jié) 228
　　　　9.3.3  積分環(huán)節(jié) 229
　　　　9.3.4  慣性環(huán)節(jié) 229
　　　　9.3.5  一階復(fù)合微分環(huán)節(jié) 230
　　　　9.3.6  二階振蕩環(huán)節(jié) 231
　　　　9.3.7  二階復(fù)合微分環(huán)節(jié) 233
　　　　9.3.8  延遲環(huán)節(jié) 233
　　9.4  開環(huán)系統(tǒng) 234
　　　　9.4.1  開環(huán)系統(tǒng)的Bode圖 234
　　　　9.4.2  小/非小相角系統(tǒng) 236
　　9.5  穩(wěn)定判據(jù) 238
　　　　9.5.1  奈奎斯特頻域穩(wěn)定判據(jù) 238
　　　　9.5.2  頻域?qū)?shù)穩(wěn)定判據(jù) 243
　　　　9.5.3  穩(wěn)定裕度 244
　　9.6  本章小結(jié) 247
第10章  PID控制系統(tǒng)仿真 248
　　10.1  PID控制原理 248
　　10.2  PID控制仿真示例 249
　　10.3  倒立擺小車控制仿真 258
　　10.4  本章小結(jié) 261
第11章  模糊邏輯控制仿真 262
　　11.1  模糊邏輯控制基礎(chǔ) 262
         11.1.1  模糊邏輯控制的基本概念 262
         11.1.2  模糊邏輯控制原理 263
         11.1.3  模糊邏輯控制規(guī)則設(shè)計(jì) 263
　　11.2  模糊邏輯控制函數(shù) 264
         11.2.1  模糊系統(tǒng)基本類型 264
         11.2.2  模糊邏輯控制系統(tǒng)的構(gòu)成 265
         11.2.3  模糊推理系統(tǒng)的建立 266
         11.2.4  模糊語言變量的隸屬度函數(shù) 268
         11.2.5  模糊規(guī)則的建立與修改 271
         11.2.6  模糊推理計(jì)算與去模糊化 273
　　11.3  模糊邏輯控制App 276
         11.3.1  FIS編輯器 276
         11.3.2  隸屬度函數(shù)編輯器 278
         11.3.3  模糊規(guī)則編輯器 278
         11.3.4  模糊規(guī)則瀏覽器 278
         11.3.5  模糊推理輸入/輸出曲面視圖 278
　　11.4  模糊邏輯控制的經(jīng)典應(yīng)用 280
         11.4.1  基于Simulink的模糊邏輯控制 280
         11.4.2  模糊與PID控制器仿真設(shè)計(jì) 285
　　11.5  本章小結(jié) 290
第12章  電力系統(tǒng)仿真 291
　　12.1  電力系統(tǒng)模型環(huán)境模塊 291
         12.1.1  模塊功能及仿真類型 292
         12.1.2  分析工具 293
　　12.2  二極管與晶閘管 301
         12.2.1  二極管 301
         12.2.2  晶閘管 304
　　12.3  電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真 307
         12.3.1  連續(xù)系統(tǒng)仿真 308
         12.3.2  離散系統(tǒng)仿真 312
　　12.4  電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真 314
         12.4.1  斷路器模塊 315
         12.4.2  三相斷路器模塊 316
         12.4.3  三相故障模塊 317
         12.4.4  暫態(tài)仿真分析 318
　　12.5  本章小結(jié) 322
第13章  機(jī)電系統(tǒng)仿真 323
　　13.1  同步電機(jī) 323
         13.1.1  同步發(fā)電機(jī)原理分析 323
         13.1.2  簡化同步電機(jī)模塊使用 324
         13.1.3  同步電機(jī)模塊使用 329
　　13.2  負(fù)荷模型 337
         13.2.1  靜態(tài)負(fù)荷模塊 338
         13.2.2  三相動態(tài)負(fù)荷模塊 338
　　13.3  異步電機(jī) 339
         13.3.1  異步電動機(jī)等效電路 339
         13.3.2  異步電機(jī)模塊 340
　　13.4  直流電機(jī)模塊 347
　　13.5  本章小結(jié) 351
第14章  通信系統(tǒng)仿真 352
　　14.1  通信系統(tǒng)仿真概述 352
　　14.2  信源與信道模型 355
         14.2.1  隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器 355
         14.2.2  泊松分布整數(shù)發(fā)生器 356
         14.2.3  伯努利二進(jìn)制信號發(fā)生器 357
　　14.3  濾波器 358
         14.3.1  濾波器相關(guān)函數(shù) 359
         14.3.2  濾波器分析與設(shè)計(jì)工具 361
         14.3.3  濾波器設(shè)計(jì)模塊 363
　　14.4  調(diào)制與解調(diào) 365
         14.4.1  基帶模型與調(diào)制通帶分析 365
         14.4.2  模擬調(diào)制與解調(diào)器模塊 366
         14.4.3  數(shù)字調(diào)制解調(diào)器模塊 376
　　14.5  本章小結(jié) 383
第15章  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制仿真 384
　　15.1  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介 384
         15.1.1  人工神經(jīng)元模型 384
         15.1.2  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)規(guī)則 386
         15.1.3  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù) 387
　　15.2  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真 389
         15.2.1  基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID自適應(yīng)控制 389
         15.2.2  基于Simulink的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊仿真 395
         15.2.3  基于Simulink的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)仿真 398
         15.2.4  反饋線性化控制 400
　　15.3  本章小結(jié) 402
第16章  滑模控制仿真 403
　　16.1  基于名義模型的滑?？刂?403
         16.1.1  名義控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 403
         16.1.2  基于名義模型的控制 404
         16.1.3  基于名義模型的滑模控制器的設(shè)計(jì) 404
         16.1.4  基于名義模型的滑?？刂品抡?406
　　16.2  全局滑模控制 411
         16.2.1  全局滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì) 411
         16.2.2  基于全局滑模控制的仿真 412
　　16.3  基于線性化反饋的滑?？刂?416
         16.3.1  二階非線性確定系統(tǒng)的倒立擺仿真 416
         16.3.2  二階非線性不確定系統(tǒng)的倒立擺仿真 420
         16.3.3  輸入/輸出的反饋線性化控制 425
         16.3.4  輸入/輸出的反饋線性化滑?？刂?429
　　16.4  基于模型參考的滑?？刂?433
　　16.5  本章小結(jié) 438
第17章  汽車系統(tǒng)仿真 439
　　17.1  汽車懸架系統(tǒng)仿真 439
         17.1.1  運(yùn)動方程建立 439
         17.1.2  主被動懸架系統(tǒng)仿真 441
         17.1.3  白噪聲路面模擬輸入仿真 447
　　17.2  汽車四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)仿真 448
         17.2.1  低速四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真 451
         17.2.2  高速四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真 452
　　17.3  汽車制動系統(tǒng)仿真 454
         17.3.1  數(shù)學(xué)模型 454
         17.3.2  仿真模型 456
　　17.4  本章小結(jié) 459
　　
附錄A  Simulink常用命令 460
附錄B  Simulink基本模塊庫 462
參考文獻(xiàn) 465
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MATLAB/Simulink系統(tǒng)仿真（第2版）
　　
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目    錄