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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 仿真软件的发展状况与应用 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

1.3 MATLAB语言简介 6

1.3.1 MATLAB语言发展简史 6

1.3.2 MATLAB语言的特色 7

1.3.3 MATLAB/Simulink在仿真中的应用演示 8

1.3.4 互联网上的MATLAB资源 13

1.4 本书的结构和代码 15

1.4.1 本书的结构 15

1.4.2 书中英文字体说明 16

1.5 习题 16

第2章 MATLAB语言程序设计基础 17

2.1 MATLAB语言的基本使用环境 17

2.1.1 MATLAB语言界面 17

2.1.2 MATLAB的联机帮助与电子版手册 17

2.2 MATLAB语言的数据结构 18

2.2.1 常量、变量与赋值语句 20

2.2.2 矩阵的MATLAB表示 21

2.2.3 多维数组的定义 23

2.2.4 数据结构体 25

2.2.5 单元结构 27

2.2.6 MATLAB下的类与对象 28

2.3 MATLAB下矩阵的运算 28

2.3.1 矩阵的代数运算 28

2.3.2 矩阵的逻辑运算 34

2.3.3 矩阵的比较关系 35

2.3.4 矩阵元素的数据变换 37

2.4 流程控制结构 38

2.4.1 循环结构 38

2.4.2 条件转移结构 42

2.4.3 开关结构 43

2.4.4 试探式语句结构 44

2.5 MATLAB函数编写与技巧 45

2.5.1 MATLAB语言的函数的基本结构 45

2.5.2 可变输入输出个数的处理 48

2.5.3 MATLAB函数的跟踪调试 49

2.6 MATLAB语言下图形绘制与技巧 50

2.6.1 基本二维图形绘制语句 51

2.6.2 带有其他选项的绘图函数 52

2.6.3 二维曲线的标注方法 53

2.6.4 在MATLAB图形上添加文字标注 54

2.6.5 MATLAB的图形可视编辑工具 57

2.6.6 特殊图形绘制函数及举例 59

2.6.7 给定函数的曲线绘制 61

2.7 三维图形的绘制方法 62

2.7.1 三维曲线的绘制方法 62

2.7.2 三维曲面的绘制方法 64

2.7.3 局部图形的剪切处理 66

2.7.4 图像显示与处理 66

2.8 MATLAB图形用户界面设计技术 68

2.8.1 图形界面设计工具Guide 68

2.8.2 界面设计举例与技巧 74

2.9 提高MATLAB执行效率的技巧 82

2.9.1 测定程序执行时间和时间分配 82

2.9.2 加快MATLAB程序执行速度的建议 83

2.9.3 Mex程序设计技术 86

2.10 习题 93

第3章 MATLAB语言在现代科学运算中的应用 96

3.1 解析解与数值解 96

3.2 数值线性代数问题及求解 98

3.2.1 特殊矩阵的MATLAB输入 98

3.2.2 矩阵的特征参数运算 100

3.2.3 矩阵的相似变换与分解 106

3.2.4 矩阵的特征值与特征向量 111

3.2.5 矩阵求逆与线性方程求解 114

3.2.6 矩阵的非线性运算 119

3.2.7 线性代数问题的解析求解 124

3.3 微积分问题的MATLAB求解 125

3.3.1 数值差分与微分运算 125

3.3.2 数值积分运算 130

3.3.3 多重定积分的数值求解 133

3.3.4 微积分问题的解析解运算 135

3.4 常微分方程的数值解法 138

3.4.1 常用常微分方程的数值解法 139

3.4.2 MATLAB下的常微分方程求解函数 143

3.4.3 常微分方程举例 144

3.4.4 刚性方程的MATLAB求解 147

3.4.5 微分方程组的变换与技巧 151

3.4.6 微分代数方程的数值解法 155

3.4.7 二阶微分方程边值问题的数值解法 157

3.4.8 常微分方程的解析求解方法 163

3.5 非线性方程与最优化问题求解 165

3.5.1 非线性方程求解 165

3.5.2 无约束最优化问题求解 168

3.5.3 线性规划问题 170

3.5.4 二次型规划问题 171

3.5.5 一般非线性规划问题求解 172

3.6 数据插值与统计分析 175

3.6.1 一维数据的插值拟合 175

3.6.2 二维数据的插值拟合 177

3.6.3 最小二乘曲线拟合技术 178

3.6.4 数据简单排序 180

3.6.5 快速Fourier变换 181

3.6.6 数据分析与统计处理 182

3.7 习题 188

第4章 MATLAB/Simulink下数学模型建立与仿真 192

4.1 Simulink模块库简介 192

4.1.1 信号源模块组 194

4.1.2 连续模块组 195

4.1.3 离散模块组 196

4.1.4 函数与表格模块组 197

4.1.5 数学运算模块组 198

4.1.6 非线性模块组 198

4.1.7 输出池模块组 199

4.1.8 信号与系统模块组 200

4.1.9 子系统模块组 200

4.1.10 其他模块组 201

4.2 Simulink模型的建立 203

4.2.1 模型窗口建立 203

4.2.2 模块的连接与简单处理 203

4.2.3 模块的参数修正 206

4.2.4 Simulink模块的联机帮助系统 208

4.2.5 Simulink模型的输出与打印 208

4.2.6 启动仿真环境 209

4.3 Simulink模型举例 214

4.4 线性系统的计算机仿真 224

4.4.1 线性系统的数学模型 224

4.4.2 线性连续系统的解析解 225

4.4.3 线性系统频域分析 226

4.4.4 Simulink下的线性系统分析工具 227

4.5 随机输入下连续系统仿真 229

4.5.1 线性系统的仿真研究 231

4.5.2 在Simulink下的解决方法 235

4.5.3 仿真结果的统计分析 238

4.6 分形系统的仿真 242

4.6.1 分形树的仿真与绘图 242

4.6.2 Julia图的仿真与绘制 245

4.6.3 Mandelbrot图的仿真与绘制 247

4.7 习题 249

第5章 Simulink常用模块介绍与应用技巧 252

5.1 常用模块应用技巧 252

5.1.1 向量化模块举例 252

5.1.2 Simulink模型的信号标识 256

5.1.3 线性系统模块 257

5.1.4 非线性环节与查表环节 259

5.1.5 微分代数方程的Simulink建模与求解 267

5.2 输出模块库 268

5.2.1 一般输出模块库 268

5.2.2 输出信号的表盘与量计显示 275

5.2.3 输出的数字信号处理 279

5.3 子系统与模块封装技术 281

5.3.1 子系统的处理 282

5.3.2 条件执行子系统 282

5.3.3 模块封装技术 285

5.3.4 组建自己的模块库 291

5.3.5 子系统应用举例——F14战斗机仿真 293

5.4 电力系统模块集与电子线路仿真 296

5.4.1 电力系统模块集简介 296

5.4.2 电路的仿真 297

5.4.3 功率电子系统仿真 301

5.4.4 电机系统仿真 304

5.4.5 Spice与Simulink的接口 309

5.5 非线性系统控制设计模块集 311

5.6 发动机模型——复杂系统建模实例 316

5.6.1 模型背景概述 316

5.6.2 发动机模型分析 317

5.6.3 开环系统的建模与仿真 321

5.6.4 闭环系统的建模与仿真 322

5.7 习题 325

第6章 Simulink仿真的高级技术 328

6.1 Simulink模型的语句修改 328

6.1.1 Simulink模型与文件的处理 328

6.1.2 模型属性与模块属性 329

6.1.3 用语句绘制方框图 333

6.2 系统仿真与线性化 338

6.2.1 仿真过程的命令化 338

6.2.2 非线性模型的线性化 339

6.2.3 纯时间延迟系统Padé近似 344

6.3 S-函数的编写及应用 350

6.3.1 用MATLAB语句编写S-函数 350

6.3.2 S-函数设计举例——自抗扰控制器仿真 353

6.3.3 用C语句编写S-函数 362

6.3.4 S-函数模块的进一步改进 366

6.4 Stateflow原理与使用技巧 366

6.4.1 有限状态机简介 366

6.4.2 Stateflow应用基础 367

6.4.3 Stateflow的常用命令 372

6.4.4 Stateflow应用举例 372

6.4.5 控制流程的Simulink仿真模块 376

6.5 MATLAB虚拟现实工具箱及其应用 381

6.5.1 虚拟现实工具箱的安装与设置 382

6.5.2 VRML语言程序设计入门与举例 383

6.5.3 在MATLAB下虚拟现实技术应用 386

6.5.4 Simulink下虚拟现实技术应用 390

6.6 SimMechanics——机构系统模块集及应用 392

6.6.1 物理建模与机构系统仿真 392

6.6.2 SimMechnics仿真简介 392

6.6.3 机构系统仿真举例 394

6.7 习题 402

第7章 半实物仿真与快速原型设计技术 404

7.1 Simulink仿真的实时工具RTW 406

7.1.1 独立程序生成 406

7.1.2 实时仿真与目标计算机仿真 407

7.2 xPC在仿真和快速原型设计中的应用 410

7.2.1 xPC环境简介 410

7.2.2 建立基于DOS的可执行文件 411

7.2.3 基于xPC的半实物仿真技术 413

7.3 基于dSPACE的实时控制技术 417

7.3.1 dSPACE硬件介绍 417

7.3.2 Control Desk及虚拟仪器开发 420

7.4 习题 422

附录 自编的MATLAB/Simulink程序索引 424

参考文献 429

索引 432