MATLAB/Simulink 系統模擬, 2/e

李獻

  • 出版商: 清華大學
  • 出版日期: 2023-05-01
  • 售價: $708
  • 貴賓價: 9.5$673
  • 語言: 簡體中文
  • ISBN: 7302613931
  • ISBN-13: 9787302613930
  • 相關分類: Matlab
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商品描述

本書以MATLAB R2020a為基礎,由淺入深全面講解MATLAB/Simulink軟件的應用知識。本書基於認知邏輯編排內容,自始至終採用示例描述,內容完整且每章相對獨立,有較大的參考價值。 本書分為兩部分,共17章。第一部分(第1~8章)主要介紹MATLAB基礎知識、Simulink模擬基礎、公共模塊庫、模擬命令操作、子系統及其封裝、基於S函數建模、系統運行與調試等;第二部分(第9~17章)主要介紹控制系統模擬基礎、PID控制系統模擬、模糊邏輯控制模擬、電力系統模擬、機電系統模擬、通信系統模擬、神經網絡控制模擬、滑模控制模擬、汽車系統模擬等內容,並提供了模擬示例幫助讀者學習。 本書以工程應用為目標,講解深入淺出、內容翔實,可作為理工科高等院校研究生、本科生的教學用書,也可作為廣大科研人員和工程技術人員的參考用書。

目錄大綱

目錄   

   

   

   

   

   

第一部分  MATLAB/Simulink基礎知識

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  當前文件夾 4

    1.1.3  命令行窗口 4

    1.1.4  工作區 5

    1.1.5  命令歷史記錄窗口 6

  1.2  通識命令 6

    1.2.1  選項卡命令 6

    1.2.2  路徑設置 7

    1.2.3  無窮量和非數值量 8

    1.2.4  註釋符及常用命令 9

  1.3  基本概念 9

    1.3.1  數據類型概述 9

    1.3.2  常量與變量 13

    1.3.3  字符型數據 14

    1.3.4  運算符 14

  1.4  幫助系統 17

    1.4.1  純文本幫助 17

    1.4.2  幫助導航 17

    1.4.3  示例幫助 18

  1.5  本章小結 18

第2章  MATLAB基本運算 19

  2.1  數組運算 19

    2.1.1  數組的創建與操作 19

    2.1.2  數組的常見運算 22

  2.2  矩陣運算 25

    2.2.1  矩陣的生成 26

    2.2.2  矩陣的加減運算 29

    2.2.3  矩陣的乘法運算 30

    2.2.4  矩陣的除法運算 31

    2.2.5  矩陣的分解運算 32

  2.3  符號運算 32

    2.3.1  符號表達式的生成 33

    2.3.2  符號矩陣 33

    2.3.3  常用符號運算 34

  2.4  復數運算 35

    2.4.1  復數和復矩陣的生成 35

    2.4.2  復數運算函數 37

  2.5  本章小結 37

第3章  Simulink模擬基礎 38

  3.1  基本操作 38

    3.1.1  運行Simulink 38

    3.1.2  模塊庫 39

    3.1.3  打開系統模型 40

    3.1.4  保存系統模型 40

    3.1.5  打印模型框圖並生成報告 41

    3.1.6  常用鼠標和鍵盤操作 42

    3.1.7  環境設置 43

    3.1.8  系統模型構建與運行 43

  3.2  模塊與系統 45

    3.2.1  模型文件的創建 45

    3.2.2  模塊的連接與處理 46

    3.2.3  模擬參數設置 47

    3.2.4  系統封裝 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  修改日誌 54

  3.4  本章小結 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  數學運算模塊庫 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 108

第5章  模擬命令操作 109

  5.1  操作命令概述 109

  5.2  系統命令 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  模型參數命令 121

    5.5.1  get_param獲取模型參數 121

    5.5.2  set_param設置模型參數 123

    5.5.3  simget獲取模型屬性 125

  5.6  模型模擬 126

  5.7  本章小結 128

第6章  子系統及其封裝 129

  6.1  子系統介紹 129

    6.1.1  子系統含義 129

    6.1.2  創建子系統 130

    6.1.3  模型瀏覽器 133

  6.2  高級子系統 135

    6.2.1  條件執行子系統 135

    6.2.2  交替執行子系統 142

  6.3  封裝子系統 145

    6.3.1  封裝子系統特徵 145

    6.3.2  封裝選項設置 146

  6.4  本章小結 151

第7章  基於S函數建模 152

  7.1  S函數概述 152

    7.1.1  模塊的數學含義 152

    7.1.2  Simulink模擬過程 153

    7.1.3  S函數回調方法 154

    7.1.4  M文件S函數應用 154

  7.2  編寫S函數 162

    7.2.1  S函數模板 162

    7.2.2  S函數工作方式 166

    7.2.3  S函數控制流 167

    7.2.4  S函數的模塊化 169

  7.3  S函數應用 169

  7.4  本章小結 175

第8章  系統運行與調試 176

  8.1  模擬參數配置 176

    8.1.1  求解器概述 176

    8.1.2  模擬參數設置 177

  8.2  模型調試 181

    8.2.1  調試器GUI模式 182

    8.2.2  調試器命令行模式 182

    8.2.3  調試器命令 183

    8.2.4  調試器控制 184

  8.3  設置斷點 186

    8.3.1  無條件斷點 187

    8.3.2  有條件斷點 188

  8.4  模擬信息顯示 190

    8.4.1  顯示模塊I/O 190

    8.4.2  顯示代數環信息 191

    8.4.3  顯示系統狀態 191

    8.4.4  顯示求解器信息 192

    8.4.5  顯示模型中模塊的執行順序 193

    8.4.6  顯示系統或模塊 194

  8.5  本章小結 196

第二部分  Simulink系統模擬應用

第9章  控制系統模擬基礎 199

  9.1  控制系統頻域分析 199

    9.1.1  頻率特性的定義 199

    9.1.2  頻率特性和傳遞函數的關系 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  比例環節 205

    9.2.2  微分環節 207

    9.2.3  積分環節 208

    9.2.4  慣性環節 209

    9.2.5  一階復合微分環節 213

    9.2.6  二階振盪環節 215

    9.2.7  二階復合微分環節 220

    9.2.8  延遲環節 223

    9.2.9  開環系統的幅相特性曲線 223

  9.3  對數頻率特性(Bode圖) 228

    9.3.1  比例環節 228

    9.3.2  微分環節 228

    9.3.3  積分環節 229

    9.3.4  慣性環節 229

    9.3.5  一階復合微分環節 230

    9.3.6  二階振盪環節 231

    9.3.7  二階復合微分環節 233

    9.3.8  延遲環節 233

  9.4  開環系統 234

    9.4.1  開環系統的Bode圖 234

    9.4.2  最小/非最小相角系統 236

  9.5  穩定判據 238

    9.5.1  奈奎斯特頻域穩定判據 238

    9.5.2  頻域對數穩定判據 243

    9.5.3  穩定裕度 244

  9.6  本章小結 247

第10章  PID控制系統模擬 248

  10.1  PID控制原理 248

  10.2  PID控制模擬示例 249

  10.3  倒立擺小車控制模擬 258

  10.4  本章小結 261

第11章  模糊邏輯控制模擬 262

  11.1  模糊邏輯控制基礎 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  模糊邏輯控制規則設計 263

  11.2  模糊邏輯控制函數 264

         11.2.1  模糊系統基本類型 264

         11.2.2  模糊邏輯控制系統的構成 265

         11.2.3  模糊推理系統的建立 266

         11.2.4  模糊語言變量的隸屬度函數 268

         11.2.5  模糊規則的建立與修改 271

         11.2.6  模糊推理計算與去模糊化 273

  11.3  模糊邏輯控制App 276

         11.3.1  FIS編輯器 276

         11.3.2  隸屬度函數編輯器 278

         11.3.3  模糊規則編輯器 278

         11.3.4  模糊規則瀏覽器 278

         11.3.5  模糊推理輸入/輸出曲面視圖 278

  11.4  模糊邏輯控制的經典應用 280

         11.4.1  基於Simulink的模糊邏輯控制 280

         11.4.2  模糊與PID控制器模擬設計 285

  11.5  本章小結 290

第12章  電力系統模擬 291

  12.1  電力系統模型環境模塊 291

         12.1.1  模塊功能及模擬類型 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  電力系統穩態模擬 307

         12.3.1  連續系統模擬 308

         12.3.2  離散系統模擬 312

  12.4  電力系統電磁暫態模擬 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  暫態模擬分析 318

  12.5  本章小結 322

第13章  機電系統模擬 323

  13.1  同步電機 323

         13.1.1  同步發電機原理分析 323

         13.1.2  簡化同步電機模塊使用 324

         13.1.3  同步電機模塊使用 329

  13.2  負荷模型 337

         13.2.1  靜態負荷模塊 338

         13.2.2  三相動態負荷模塊 338

  13.3  異步電機 339

         13.3.1  異步電動機等效電路 339

         13.3.2  異步電機模塊 340

  13.4  直流電機模塊 347

  13.5  本章小結 351

第14章  通信系統模擬 352

  14.1  通信系統模擬概述 352

  14.2  信源與通道模型 355

         14.2.1  隨機整數發生器 355

         14.2.2  泊松分佈整數發生器 356

         14.2.3  伯努利二進制信號發生器 357

  14.3  濾波器 358

         14.3.1  濾波器相關函數 359

         14.3.2  濾波器分析與設計工具 361

         14.3.3  濾波器設計模塊 363

  14.4  調制與解調 365

         14.4.1  基帶模型與調制通帶分析 365

         14.4.2  模擬調制與解調器模塊 366

         14.4.3  數字調制解調器模塊 376

  14.5  本章小結 383

第15章  神經網絡控制模擬 384

  15.1  神經網絡簡介 384

         15.1.1  人工神經元模型 384

         15.1.2  神經網絡的學習規則 386

         15.1.3  神經網絡函數 387

  15.2  神經網絡控制系統模擬 389

         15.2.1  基於BP神經網絡的PID自適應控制 389

         15.2.2  基於Simulink的神經網絡模塊模擬 395

         15.2.3  基於Simulink的神經網絡控制系統模擬 398

         15.2.4  反饋線性化控制 400

  15.3  本章小結 402

第16章  滑模控制模擬 403

  16.1  基於名義模型的滑模控制 403

         16.1.1  名義控制系統結構 403

         16.1.2  基於名義模型的控制 404

         16.1.3  基於名義模型的滑模控制器的設計 404

         16.1.4  基於名義模型的滑模控制模擬 406

  16.2  全局滑模控制 411

         16.2.1  全局滑模控制器的設計 411

         16.2.2  基於全局滑模控制的模擬 412

  16.3  基於線性化反饋的滑模控制 416

         16.3.1  二階非線性確定系統的倒立擺模擬 416

         16.3.2  二階非線性不確定系統的倒立擺模擬 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模控制 429

  16.4  基於模型參考的滑模控制 433

  16.5  本章小結 438

第17章  汽車系統模擬 439

  17.1  汽車懸架系統模擬 439

         17.1.1  運動方程建立 439

         17.1.2  主被動懸架系統模擬 441

         17.1.3  白噪聲路面模擬輸入模擬 447

  17.2  汽車四輪轉向控制系統模擬 448

         17.2.1  低速四輪轉向系統模擬 451

         17.2.2  高速四輪轉向系統模擬 452

  17.3  汽車制動系統模擬 454

         17.3.1  數學模型 454

         17.3.2  模擬模型 456

  17.4  本章小結 459

  

附錄A  Simulink常用命令 460

附錄B  Simulink基本模塊庫 462

參考文獻 465

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MATLAB/Simulink系統模擬(第2版)

  

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目    錄