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第1章系统仿真技术与应用1

1.1系统仿真技术概述1

1.2仿真软件的发展概况1

1.2.1早期数学软件包的发展概况2

1.2.2仿真软件的发展概况4

1.3MATLAB语言简介6

1.3.1MATLAB语言发展简史6

1.3.2MATLAB语言的特色7

1.3.3MATLAB版本选择和建议8

1.4本书的结构和代码8

1.4.1本书的结构8

1.4.2代码下载和网上资源9

1.4.3书中英文字体说明10

1.5习题10

第2章MATLAB语言程序设计基础11

2.1MATLAB语言的基本使用环境11

2.1.1MATLAB语言环境操作界面11

2.1.2MATLAB的联机帮助与电子版手册11

2.2MATLAB语言的数据结构12

2.2.1常量与变量13

2.2.2赋值语句13

2.2.3矩阵的MATLAB表示14

2.2.4多维数组的定义15

2.3MATLAB下矩阵的运算16

2.3.1矩阵的代数运算16

2.3.2矩阵的逻辑运算19

2.3.3矩阵的比较关系20

2.3.4矩阵元素的数据变换20

2.4流程控制结构21

2.4.1循环语句结构21

2.4.2条件转移语句结构22

2.4.3开关语句结构23

2.4.4试探式语句结构24

2.5MATLAB函数编写与技巧25

2.5.1MATLAB语言的函数的基本结构25

2.5.2可变输入、输出个数的处理27

2.5.3MATLAB函数的跟踪调试27

2.5.4伪代码与代码保密处理28

2.6MATLAB语言下图形的绘制与技巧28

2.6.1基本二维图形绘制语句29

2.6.2带有其他选项的绘图函数30

2.6.3二维曲线的标注方法31

2.6.4在MATLAB图形上添加文字标注32

2.6.5特殊图形绘制函数及举例32

2.6.6隐函数的曲线绘制33

2.7三维图形的绘制方法34

2.7.1三维曲线的绘制方法34

2.7.2三维曲面的绘制方法35

2.7.3局部图形的剪切处理37

2.8MATLAB图形用户界面设计技术38

2.8.1图形界面设计工具Guide39

2.8.2句柄图形学及句柄对象属性40

2.8.3菜单系统设计44

2.8.4界面设计举例与技巧44

2.8.5工具栏设计49

2.9提高MATLAB程序执行效率的技巧51

2.9.1测定程序执行时间和时间分配51

2.9.2加快MATLAB程序执行速度的建议51

2.9.3Mex程序设计技术53

2.10习题58

第3章MATLAB语言在现代科学运算中的应用61

3.1解析解与数值解61

3.2数值线性代数问题及求解63

3.2.1特殊矩阵的MATLAB输入63

3.2.2矩阵基本分析与运算65

3.2.3矩阵逆与广义逆运算69

3.2.4矩阵的相似变换与分解70

3.2.5矩阵的特征值与特征向量74

3.2.6代数方程求解75

3.2.7矩阵的非线性运算79

3.3微积分问题的MATLAB求解81

3.3.1微积分问题的解析解运算81

3.3.2数值差分与微分运算82

3.3.3数值积分运算84

3.3.4多重定积分的数值求解85

3.4常微分方程的数值解法86

3.4.1常微分方程的数值解法86

3.4.2MATLAB下的常微分方程求解函数87

3.4.3微分方程组的变换和技巧94

3.4.4微分方程数值解正确性的验证96

3.4.5微分代数方程的数值解法96

3.4.6线性随机微分方程的数值解法98

3.4.7常微分方程的解析求解方法101

3.5非线性方程与最优化问题求解101

3.5.1非线性方程组求解102

3.5.2无约束最优化问题求解105

3.5.3线性规划问题106

3.5.4二次型规划问题107

3.5.5一般非线性规划问题求解107

3.5.6最优化问题的全局搜索解法108

3.6动态规划及其在路径规划中的应用109

3.6.1图的矩阵表示方法109

3.6.2有向图的路径寻优109

3.6.3无向图的路径最优搜索112

3.7数据插值与统计分析112

3.7.1一维数据的插值拟合112

3.7.2二维数据的插值拟合113

3.7.3最小二乘曲线拟合技术116

3.7.4数据简单排序117

3.7.5快速Fourier变换117

3.7.6数据分析与统计处理118

3.8习题122

第4章Simulink下数学模型的建立与仿真129

4.1Simulink模块库简介129

4.1.1信号源模块组131

4.1.2连续模块组132

4.1.3离散模块组133

4.1.4查表模块组134

4.1.5用户自定义函数模块组135

4.1.6数学运算模块组135

4.1.7非线性模块组136

4.1.8输出池模块组137

4.1.9信号与系统模块组137

4.1.10子系统模块组138

4.1.11常用模块组139

4.1.12其他工具箱与模块集139

4.2Simulink模型的建立141

4.2.1模型窗口建立141

4.2.2模块的连接与简单处理141

4.2.3模块的参数修改144

4.3模型的处理与仿真分析146

4.3.1模型建立及建模技巧146

4.3.2仿真模型的模块浏览146

4.3.3Simunk模块的联机帮助系统147

4.3.4Simulink模型的输出与打印148

4.3.5仿真环境的设置与启动149

4.3.6Simunk模型的测试与调试工具152

4.4Simulink模型举例153

4.5线性系统建模、仿真与分析159

4.5.1线性系统模型的输入159

4.5.2基于Simulink的线性系统分析界面161

4.6非线性随机系统的仿真方法163

4.6.1Simulink下的随机信号仿真方法163

4.6.2仿真结果的统计分析164

4.7习题167

第5章Simulink常用模块介绍与应用技巧171

5.1常用模块应用技巧171

5.1.1向量化模块举例171

5.1.2Simulink模型的信号标识174

5.1.3线性多变量系统建模与仿真175

5.1.4Simulink的代数环及消除方法177

5.1.5Simulink的过零点检测与仿真180

5.2非线性环节与查表环节构建182

5.2.1单值非线性模块182

5.2.2多值非线性记忆模块184

5.2.3多维查表模块187

5.2.4静态非线性模块的代码实现188

5.3微分方程的Simulink框图求解189

5.3.1一般微分方程的Simulink建模189

5.3.2微分代数方程的Simulink建模与求解190

5.3.3延迟微分方程的Simulink求解192

5.3.4切换微分方程的Simulink求解194

5.3.5分数阶微分方程的Simulink求解195

5.4输出模块库196

5.4.1一般输出模块库198

5.4.2模型参数显示与模型浏览器202

5.4.3输出信号的表盘与量计显示203

5.4.4输出的数字信号处理205

5.5MATLAB/Simulink仿真结果的三维动画显示207

5.5.1虚拟现实基础208

5.5.2VRea1m程序的配置与虚拟现实场景建模209

5.5.3在MATLAB下浏览虚拟现实场景211

5.5.4Simulink下的三维动画场景驱动211

5.6子系统与模块封装技术213

5.6.1子系统的处理214

5.6.2条件执行子系统214

5.6.3模块封装技术217

5.6.4组建自己的模块库223

5.6.5子系统应用举例一F14战斗机仿真224

5.7习题227

第6章Simulink仿真的高级技术231

6.1Simulink模型的语句修改231

6.1.1Simulink模型与文件的处理231

6.1.2Simulink模型与模型文件232

6.1.3用语句绘制方框图233

6.2系统仿真与线性化238

6.2.1仿真过程的命令化238

6.2.2非线性模型的线性化239

6.2.3纯时间延迟环节的Pad6近似242

6.3S函数的编写及应用245

6.3.1用MATLAB语句编写函数245

6.3.2S函数设计与应用举例一自抗扰控制器仿真248

6.3.3二级S函数254

6.3.4用C语句编写S函数257

6.3.5S函数模块的封装261

6.4仿真优化举例——控制系统最优控制器设计261

6.4.1伺服控制的最优性能指标选择262

6.4.2目标函数编写及最优控制器设计263

6.4.3全局最优化方法266

6.5习题267

第7章工程系统建模与仿真271

7.1物理系统建模仿真模块集Simscape简介271

7.1.1传统框图建模方法的局限性271

7.1.2Simscape简介273

7.1.3Simscape基础模块库简介273

7.1.4两类信号及其相互转换276

7.1.5Simscape模块定义语言入门278

7.1.6复杂电路网络建模与仿真279

7.2电气系统模块集简介280

7.3电子线路及其仿真286

7.3.1SimElectronics模块集简介286

7.3.2模拟电子线路仿真举例288

7.3.3数字电子线路仿真举例291

7.3.4电力电子系统仿真294

7.3.5将Spice模块嵌入Simulink仿真模型295

7.4电机拖动系统仿真297

7.4.1直流电机拖动系统仿真297

7.4.2交流电机拖动仿真301

7.5机械系统建模与仿真305

7.5.1简单力学系统的仿真305

7.5.2SimMechanics简介307

7.5.3机构系统仿真举例310

7.5.4Simulink与其他CAD软件的接口315

7.6习题317

第8章非工程系统的建模与仿真319

8.1药物动力学系统建模与仿真319

8.1.1药物动力学系统简介319

8.1.2药物动力学系统的舱室模型320

8.1.3基于生理的药物动力学建模及Simulink仿真322

8.1.4药效学建模328

8.1.5麻醉过程的非线性广义预测控制329

8.2影像与图像处理系统330

8.2.1图像与影像读取330

8.2.2图像与影像的显示与输出331

8.2.3图像处理基本模块介绍333

8.2.4图像与影像的处理入门336

8.2.5图像影像的实时处理341

8.3有限状态机仿真及Stateow应用342

8.3.1有限状态机简介343

8.3.2Stateow应用基础343

8.3.3Stateow的常用命令347

8.3.4Stateow应用举例347

8.3.5用Stateow描述流程358

8.4基于SimEvents的离散事件系统仿真方法359

8.4.1离散事件动态系统基本概念359

8.4.2SimEvents模块集简介359

8.4.3排队服务模型建模与仿真362

8.5习题366

第9章半实物仿真与实时控制367

9.1Simulink仿真的实时工具RTW367

9.1.1半实物仿真简介367

9.1.2独立程序的自动生成369

9.1.3实时仿真与目标计算机仿真370

9.1.4基于xPCTarget的半实物仿真方法374

9.2dSPACE简介与常用模块378

9.2.1dSPACE简介378

9.2.2dSPACE模块组378

9.3Quanser简介与常用模块380

9.3.1Quanser简介380

9.3.2Quanser常用模块介绍380

9.3.3Quanser旋转运动控制系列实验受控对象简介381

9.4半实物仿真与实时控制实例382

9.4.1受控对象的数学描述与仿真研究382

9.4.2Quanser实时控制实验384

9.4.3dSPACE实时控制实验385

9.5基于NIAT的低成本半实物仿真简介387

9.5.1MAT模块集常用模块简介388

9.5.2Pendubot系统的数学模型、控制与仿真388

9.5.3Pendubot控制系统的半实物仿真实验392

9.6习题393

参考文献395

附录AMATLAB函数索引399

附录B关键词索引405