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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Guide 39

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RTW 367

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