基于MATLAB/Simulink系統仿真權威指南 ( 簡體 字) |
| 作者：王江 付文利 等編著 | 類別：1. -> 工程繪圖與工程計算 -> Matlab |
| 譯者： |
| 出版社：機械工業出版社 |  3dWoo書號： 36807
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| 出版日：10/1/2013 |
| 頁數：470 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787111432166 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
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| 作者序： |
| 譯者序： |
前言： MATLAB名字由MATrix和LABoratory兩個英文單詞的前3個字母組合而成。在20世紀70年代后期，時任美國新墨西哥大學計算機科學系主任的Cleve Moler教授，為減輕學生編程的負擔，設計了一組調用LINPACK和EISPACK庫程序的“通俗易用”的接口，這就是用FORTRAN語言編寫的萌芽狀態的MATLAB。
MATLAB重要功能之一——Simulink是MathWorks公司開發的用于動態系統和嵌入式系統的多領域仿真和基于模型的設計工具，該工具包括多種不同功能的模塊庫。
Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優點，基于以上優點Simulink已廣泛應用于控制理論和數字信號處理的復雜仿真與設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于Simulink。
目前，Simulink已成為信號處理、通信原理、自動控制等專業的重要基礎課程的首選實驗平臺，而對于學生而言，最有效的學習途徑是結合某一專業課程來學習和掌握Simulink。
1．本書特點
由淺入深，循序漸進。本書以初、中級讀者為對象，首先從Simulink使用基礎講起，然后以Simulink在工程中的應用案例，幫助讀者盡快掌握用Simulink進行分析的技能。
步驟詳盡、內容新穎。本書結合作者多年使用Simulink的經驗，并輔以實際工程應用案例，詳細介紹Simulink軟件的使用方法與技巧。本書在講解過程中，步驟詳盡、內容新穎，講解過程輔以相應的圖片，使讀者在閱讀時一目了然，從而快速把握書中所講內容。
實例典型，輕松易學。通過學習實際工程應用案例的具體操作是掌握Simulink的最好方式。本書通過綜合應用案例，透徹詳盡地講解了Simulink在各方面的應用。
2．本書內容
本書基于MATLAB R2012a，講解了Simulink的基礎知識和核心內容。本書主要分為兩個部分：基礎知識部分和實例部分，其中基礎知識包括第1∼14章，實例部分包括第15∼17章。
第1章簡單介紹MATLAB的基本知識，包括發展史、特點、工作環境等，同時對MATLAB軟件的基本用途和方法也做了簡單介紹。
第2章概述Simulink，包括Simulink簡介、Simulink組成、工作原理和環境設置等內容。
第3章介紹Simulink基礎，包括Simulink基本操作、模塊選擇、系統模型的構建和模型版本的管理等內容。
第4章介紹模塊操作，包括改變模塊外觀、設置模塊參數、標注模塊、顯示模塊屬性及模塊輸出、控制和顯示模塊執行順序等，最后還介紹了查找表編輯器的使用。
第5章介紹Simulink的信號操作，包括信號的概念、Scope模塊的高級使用技術、信號的顯示和操作，以及復合信號。
第6章介紹Simulink模型的創建，包括創建模型的要素、Simulink開放式動態系統建模、動態系統數學模型分類和建立動態模型技術。
第7章主要介紹Simulink仿真設置，包括仿真基礎、仿真算法、工作區輸入/輸出設置和輸出信號的顯示等知識。
第8章主要介紹系統過零檢測及積分器的使用，包括求解器的概念、過零檢測、系統代數環的概念與解決方案，還介紹了高級積分器和仿真診斷選項的設計。
第9章主要介紹Simulink子系統技術，包括子系統、高級子系統技術和控制流語句等。
第10章主要介紹子系統的封裝，包括子系統封裝的概念、封裝編輯器、創建封裝模塊和動態對話框、自定義庫的操作等。
第11章主要介紹系統仿真過程，包括仿真過程的啟動、仿真配置和優化仿真性能等。
第12章主要介紹模型調試知識，包括模型調試、調試器的控制、設置斷點、顯示仿真休息和模型信息等。
第13章主要介紹M語言S-函數的編寫，包括S-函數創建、S-函數的概念、編寫S-函數和S-函數范例。
第14章主要介紹Stateflow建模與應用知識，包括有限狀態機的簡介、狀態圖、流程圖、層次結構、并行機制和其他對象等。
第15章主要介紹控制仿真系統，包括仿真參數的設置、Simulink仿真、線性控制系統設計分析和非線性控制系統設計分析等。
第16章主要介紹神經網絡仿真系統，包括神經網絡工具箱簡介、感知器、BP神經網絡、徑向基網絡、自組織競爭神經網絡、Simulink神經網絡模塊等。
第17章主要介紹電力仿真系統，包括同步發電機模型、電力變壓器模型、輸電線路模型和負荷模型等。
3．讀者對象
本書適合于Simulink初學者和希望提高矩陣運算及建模仿真工程應用能力的讀者。具體包括以下人員：
? 初學Simulink的技術人員 ? 自動化、通信等專業的師生
? Simulink愛好者 ? 初、中級Simulink從業人員
4．讀者服務
為了方便解決本書疑難問題，讀者朋友在學習過程中遇到相關的技術問題時，可以發郵件到電子郵箱caxbook@126.com和2008chongyou@163.com，或訪問博客http://blog.sina.com. cn/caxbook，編者會盡快給予解答，竭誠為您提供服務。
5．本書作者
本書主要由王江、付文利等編著，另外周文華、崔鵬、王曉明、黃利、鄭明輝、劉力、陳磊、李秀峰、何嘉揚、楊海龍、林波、王曉明、張楊、王可東、李詩洋、王亞冰等參與了部分章節的編寫工作。雖然作者在本書的編寫過程中力求敘述準確、完善，但由于水平有限，書中欠妥之處在所難免，希望讀者和同仁能夠及時指出，共同促進本書質量的提高。
編者 |
內容簡介： Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。Simulink已成為國內外高等院校高等數學、數值分析、數字信號處理、自動控制理論以及工程應用等課程的基本教學工具。
全書共分為17章，從MATLAB簡介開始，詳細介紹了Simulink的基礎知識、模塊操作、信號操作、仿真設置、積分器使用、子系統技術、系統仿真過程、模型的調試、編寫M語言S-函數及Stateflow建模等內容。在本書最后還重點介紹了控制系統仿真系統、神經網絡仿真系統、電力系統仿真系統的原理及其運用。
本書按邏輯編排，自始至終用實例描述，是一本簡明的Simulink綜合性參考書。本書深入淺出，實例引導，講解翔實，既可以作為高等院校理工科的研究生、本科生的教材，也可作為廣大科研和工程技術人員的參考用書。 |
目錄：前言
第1章 MATLAB簡介 1
1.1 MATLAB的發展史 1
1.2 MATLAB的特點及應用領域 2
1.3 MATLAB R2012a的工作環境 4
1.3.1 操作界面簡介 4
1.3.2 Command Window 5
1.3.3 Command History窗口 8
1.3.4 輸入變量 9
1.3.5 Current Folder窗口和路徑管理 10
1.3.6 搜索路徑 11
1.3.7 Workspace和變量編輯器 12
1.3.8 存取數據文件 14
1.4 MATLAB R2012a的幫助系統 15
1.4.1 純文本幫助 15
1.4.2 演示幫助 16
1.4.3 幫助文件目錄 18
1.4.4 幫助文件索引 19
1.5 小結 19
第2章 Simulink簡介 20
2.1 Simulink的基本介紹 20
2.1.1 功能 20
2.1.2 特點 21
2.2 Simulink的導引 22
2.2.1 Simulink的安裝 22
2.2.2 Simulink的工作環境 23
2.2.3 Simulink模型實例 24
2.3 Simulink的工作原理 25
2.3.1 動態系統的計算機仿真 25
2.3.2 Simulink求解器 27
2.4 Simulink的組成 29
2.4.1 應用工具箱 29
2.4.2 擴展的模塊庫 30
2.5 Simulink環境的設置 31
2.5.1 Simulink Preferences對話框 31
2.5.2 Simulink環境設置 31
2.6 小結 32
第3章 Simulink基礎 33
3.1 Simulink基本操作 33
3.1.1 Simulink的窗口和菜單 33
3.1.2 打開系統模型 34
3.1.3 輸入Simulink命令 34
3.1.4 保存系統模型 37
3.1.5 打印模型框圖及生成報告 38
3.1.6 常用鼠標和鍵盤操作 42
3.2 Simulink模塊 43
3.2.1 Simulink模塊庫簡介 43
3.2.2 連續模塊庫 43
3.2.3 離散模塊庫 44
3.2.4 查找表模塊庫 45
3.2.5 數學運算模塊庫 46
3.2.6 不連續模塊庫 47
3.2.7 信號布線模塊庫 47
3.2.8 信號輸出模塊庫 48
3.2.9 源模塊庫 49
3.2.10 其他專業模塊庫 50
3.3 Simulink系統模型的構建 51
3.3.1 Simulink庫瀏覽器的基本操作 51
3.3.2 模塊的選擇與連接 51
3.3.3 模塊的參數設置 53
3.4 管理模型的版本 53
3.4.1 導引 53
3.4.2 管理模型屬性 54
3.4.3 模型文件更改通知 54
3.4.4 指定當前用戶 55
3.4.5 查看和編輯模型的信息與歷史 56
3.4.6 修改模型的歷史 56
3.5 小結 57
第4章 Simulink模塊操作 58
4.1 模塊操作 58
4.1.1 Simulink模塊類型 58
4.1.2 自動連接模塊 59
4.1.3 手動連接模塊 60
4.2 改變模塊外觀 61
4.2.1 改變模塊方向 61
4.2.2 改變模塊名稱 62
4.2.3 指定方塊圖顏色 63
4.3 設置模塊參數 63
4.3.1 設置模塊特定參數 64
4.3.2 來自工作區的模塊參數 64
4.4 標注方塊圖 65
4.4.1 編輯標注 65
4.4.2 在標注中使用TeX格式命令 66
4.5 Block Properties對話框 67
4.6 顯示模塊輸出 69
4.6.1 設置輸出提示 69
4.6.2 模塊輸出提示選項 71
4.7 控制和顯示模塊的執行順序 71
4.7.1 指定模塊優先級 71
4.7.2 顯示模塊執行順序 72
4.8 查找表編輯器 72
4.8.1 編輯查詢表數值 72
4.8.2 顯示N-維表 75
4.8.3 繪制LUT表曲線 76
4.8.4 編輯自定義LUT模塊 77
4.9 小結 78
第5章 Simulink信號操作 79
5.1 重要概念 79
5.1.1 信號 79
5.1.2 信號的采樣時間 79
5.1.3 樣本信號 80
5.1.4 幀信號 82
5.2 信號基礎 82
5.2.1 信號屬性分類 82
5.2.2 信號的線型 86
5.2.3 確定輸出信號的維數 86
5.2.4 確定信號及參數維數的準則 87
5.2.5 輸入和參數的標量擴展 87
5.2.6 設置信號屬性 88
5.3 Scope模塊的高級使用技術 91
5.3.1 Scope模塊的使用 91
5.3.2 懸浮Scope模塊的使用 95
5.4 顯示信號 96
5.4.1 顯示信號屬性 96
5.4.2 信號標簽 97
5.4.3 信號標簽的傳遞 98
5.4.4 操作信號標簽 98
5.5 多維數組信號的連接 99
5.6 信號組操作 101
5.6.1 創建信號組 101
5.6.2 編輯信號組 103
5.6.3 編輯信號 103
5.6.4 編輯波形 105
5.6.5 設置輸入信號的時間范圍 108
5.6.6 輸出信號組數據及波形 109
5.6.7 用信號組仿真 109
5.6.8 仿真選項對話框 109
5.7 復合信號 111
5.7.1 混合信號 111
5.7.2 總線信號 112
5.7.3 總線對象 114
5.8 小結 116
第6章 創建Simulink模型 117
6.1 創建模型的要素 117
6.1.1 方塊圖 117
6.1.2 系統函數 118
6.1.3 狀態 118
6.1.4 模塊參數 120
6.1.5 模塊采樣時間 121
6.1.6 用戶模塊 121
6.1.7 系統和子系統 121
6.1.8 信號 122
6.1.9 模塊方法和模型方法 122
6.1.10 仿真算法 123
6.2 Simulink開放式動態系統建模 124
6.3 動態系統數學模型分類 125
6.3.1 常微分方程 125
6.3.2 差分方程 126
6.3.3 組合系統 128
6.4 建立動態Simulink模型 129
6.4.1 簡單系統的仿真分析 129
6.4.2 離散系統的仿真分析 133
6.4.3 線性系統仿真分析 138
6.4.4 混合系統設計分析 141
6.4.5 Simulink的調試技術 141
6.4.6 避免無效循環 143
6.4.7 建模提示 143
6.5 小結 144
第7章 Simulink仿真設置 145
7.1 仿真基礎 145
7.1.1 設置仿真參數 145
7.1.2 控制仿真執行 146
7.1.3 交互運行仿真 147
7.2 設置仿真算法 148
7.2.1 設置仿真時間 148
7.2.2 設置仿真算法 148
7.2.3 設置仿真步長 154
7.2.4 計算仿真步長 157
7.2.5 設置誤差容限 158
7.3 工作區輸入/輸出設置 159
7.3.1 從基本工作區中裝載輸入 161
7.3.2 把輸出結果保存到工作區 164
7.3.3 裝載和保存狀態 166
7.3.4 設置輸出選項 166
7.4 輸出信號的顯示 167
7.4.1 Scope模塊和XY Graph模塊的使用 168
7.4.2 懸浮Scope模塊和Display模塊的使用 169
7.4.3 返回變量的使用 171
7.4.4 To Workspace模塊的使用 172
7.5 小結 173
第8章 系統過零檢測及積分器使用 174
8.1 過零檢測 174
8.1.1 過零檢測的工作方式 174
8.1.2 過零檢測的實現方式 176
8.1.3 使用過零檢測 177
8.1.4 關閉過零檢測 179
8.2 系統代數環的概念與解決方案 181
8.2.1 代數環概念 181
8.2.2 非代數的直接饋通環 182
8.2.3 切斷代數環 183
8.2.4 消除代數環 184
8.2.5 高亮顯示代數環 187
8.3 高級積分器 187
8.3.1 積分器模塊參數對話框 188
8.3.2 創建自重置積分器 191
8.4 仿真診斷選項設置 193
8.4.1 仿真算法診斷設置 193
8.4.2 采樣時間診斷設置 196
8.4.3 數據驗證診斷設置 197
8.5 小結 201
第9章 Simulink子系統技術 202
9.1 子系統介紹 202
9.1.1 Simulink子系統定義 202
9.1.2 創建子系統 204
9.1.3 瀏覽層級子系統 205
9.2 高級子系統技術 207
9.2.1 使能子系統 207
9.2.2 觸發子系統 214
9.2.3 觸發使能子系統 218
9.2.4 創建交替執行子系統 219
9.3 控制流語句 221
9.3.1 If-else控制流語句 222
9.3.2 Switch控制流語句 224
9.3.3 While控制流語句 227
9.3.4 For控制流語句 229
9.3.5 Stateflow圖和控制流語句的比較 231
9.4 小結 233
第10章 子系統封裝 234
10.1 封裝子系統概述 234
10.2 封裝編輯器 239
10.2.1 Icon選項卡的設置 239
10.2.2 Parameters選項卡的設置 242
10.2.3 Initialization選項卡的設置 246
10.2.4 Documentation選項卡的設置 248
10.3 創建封裝模塊的動態對話框 249
10.3.1 設置封裝模塊對話框參數 249
10.3.2 預定義封裝對話框參數 249
10.4 自定義庫操作 253
10.4.1 建立和使用庫 253
10.4.2 庫連接狀態 254
10.4.3 顯示庫關聯及信息 256
10.4.4 把用戶庫添加到Simulink庫瀏覽器中 257
10.5 小結 257
第11章 系統仿真過程 258
11.1 啟動仿真過程 258
11.1.1 仿真入門 258
11.1.2 用菜單方式啟動仿真 259
11.1.3 仿真過程診斷 259
11.2 仿真配置 260
11.2.1 求解器的概念 260
11.2.2 仿真的設置 261
11.2.3 診斷設置 265
11.3 優化仿真性能 266
11.3.1 提高仿真速度 266
11.3.2 提高仿真精度 267
11.4 小結 269
第12章 模型調試 270
12.1 模型調試 270
12.1.1 啟動調試器 270
12.1.2 調試器的圖形用戶接口 271
12.1.3 調試器的命令行接口 272
12.1.4 調試器命令 273
12.2 調試器控制 274
12.2.1 連續運行仿真 274
12.2.2 繼續仿真 274
12.2.3 單步運行仿真 275
12.3 設置斷點 277
12.3.1 設置無條件斷點 277
12.3.2 設置有條件斷點 279
12.4 顯示仿真信息 281
12.4.1 顯示模塊I/O 281
12.4.2 顯示代數環信息 282
12.4.3 顯示系統狀態 282
12.4.4 顯示求解器信息 283
12.5 顯示模型信息 284
12.5.1 顯示模型中模塊的執行順序 284
12.5.2 顯示模塊 285
12.6 小結 286
第13章 S-函數 287
13.1 S-函數概述 287
13.1.1 S-函數的定義 287
13.1.2 S-函數的工作方式 287
13.2 在模型中創建S-函數 290
13.2.1 在模型中使用S-函數 290
13.2.2 向S-函數中傳遞參數 290
13.2.3 何時使用S-函數 292
13.3 S-函數的概念 292
13.3.1 直接饋通 293
13.3.2 動態設置數組維數 293
13.3.3 設置采樣時間和偏移量 294
13.4 編寫M語言S-函數 295
13.4.1 M文件S-函數模板 295
13.4.2 定義S-Function模塊特征 297
13.5 M文件S-函數范例 297
13.5.1 無狀態M文件S-函數 297
13.5.2 連續狀態S-函數 303
13.5.3 離散狀態S-函數 304
13.6 小結 305
第14章 Stateflow建模與應用 306
14.1 有限狀態機簡介 306
14.1.1 Stateflow的定義 306
14.1.2 狀態圖編輯器 307
14.1.3 狀態 310
14.1.4 遷移 313
14.1.5 數據與事件 316
14.1.6 對象的命名規則 318
14.2 Stateflow狀態圖 319
14.2.1 狀態 319
14.2.2 遷移 320
14.2.3 計時器狀態圖 323
14.2.4 數據與事件 324
14.2.5 動作 326
14.2.6 自動創建對象 327
14.3 Stateflow流程圖 330
14.3.1 流程圖與節點 330
14.3.2 建立流程圖 330
14.4 層次結構 334
14.4.1 層次的概念 334
14.4.2 遷移的層次 334
14.4.3 歷史節點 336
14.4.4 子狀態圖 337
14.4.5 層次狀態圖中的流程圖 337
14.5 并行機制 339
14.5.1 設置狀態關系 339
14.5.2 并行狀態活動順序配置 339
14.5.3 本地事件廣播 339
14.5.4 直接事件廣播 341
14.5.5 隱含事件和條件 343
14.6 Stateflow其他對象 344
14.6.1 真值表 344
14.6.2 圖形函數 344
14.6.3 圖形盒 347
14.6.4 Simulink函數調用 348
14.6.5 目標 350
14.7 綜合應用 353
14.7.1 計時器 353
14.7.2 交通燈 356
14.8 小結 366
第15章 控制仿真系統 367
15.1 Simulink仿真的參數設置 367
15.1.1 系統模型的實時操作與仿真參數設置 367
15.1.2 Solver選項卡的參數設置 368
15.1.3 Data Import/Export選項卡的參數設置 369
15.2 控制系統的Simulink仿真 369
15.2.1 利用Simulink系統仿真模型的仿真處理 369
15.2.2 利用Simulink動態結構圖的仿真處理 374
15.3 控制系統的線性分析 378
15.3.1 滑艇動態方程及其線性化 379
15.3.2 Linear Analysis Tool 381
15.3.3 LTI系統對象 387
15.4 線性控制系統設計分析 388
15.4.1 控制系統工具箱簡介 388
15.4.2 系統分析與設計簡介 389
15.4.3 單輸入單輸出系統設計工具 390
15.5 非線性控制系統設計簡介 395
15.6 小結 395
第16章 神經網絡仿真系統 397
16.1 神經網絡工具箱簡介 397
16.1.1 神經元模型 398
16.1.2 神經網絡結構 399
16.1.3 MATLAB神經網絡工具箱的使用 400
16.2 感知器 406
16.2.1 感知器的網絡結構 406
16.2.2 感知器的圖形解釋 407
16.3 BP神經網絡 408
16.3.1 BP神經網絡介紹 408
16.3.2 MATLAB中BP神經網絡的重要函數和基本功能 410
16.4 RBF神經網絡 411
16.4.1 RBF神經網絡 411
16.4.2 RBF神經網絡傳遞函數 412
16.4.3 RBF神經網絡的創建與學習過程 413
16.5 自組織競爭神經網絡 414
16.5.1 網絡結構 414
16.5.2 競爭學習規則 416
16.5.3 競爭網絡的訓練過程 417
16.6 基于Simulink的神經網絡模塊 418
16.6.1 模塊的設置 418
16.6.2 模塊的生成 420
16.7 基于Simulink的神經網絡控制系統 421
16.7.1 神經網絡模型預測控制器 422
16.7.2 反饋線性化控制器 425
16.7.3 模型參考控制器 426
16.8 小結 430
第17章 電力仿真系統 431
17.1 同步發電機模型 431
17.1.1 同步發電機等效電路 431
17.1.2 簡化同步電機模塊 432
17.1.3 同步電機模塊 437
17.2 電力變壓器模型 444
17.2.1 三相變壓器等效電路 444
17.2.2 雙繞組三相變壓器模塊 444
17.2.3 互感線圈 451
17.2.4 其他 452
17.3 輸電線路模型 453
17.3.1 輸電線路等效電路 453
17.3.2 RLC串聯支路模塊 453
17.3.3 PI型等效電路模塊 454
17.3.4 分布參數線路模塊 456
17.4 負荷模型 460
17.4.1 靜態負荷模塊 460
17.4.2 三相動態負荷模塊 461
17.4.3 異步電動機模塊 462
17.5 小結 468
附錄A Simulink基本模塊的功能簡介 469
參考文獻 472 |
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