MATLAB/SIMULINK系统仿真超级学习手册(第2版)

Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，而Simulink是Matlab很重要的组件之一，它提供了一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。本书基于Matlab R2018a，由浅入深，全面讲解了Matlab/Simulink的相关知识，具有以下特色：
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本书基于MATLAB R2018a，由浅入深，全面讲解了MATLAB/Simulink的知识。本书涉及面广，涵盖了一般用户需要使用的各种功能，并详细介绍了MATLAB/Simulink的使用。本书自始至终采用实例描述；内容完整且每章相对独立，是一本详细的MATLAB/Simulink参考书。

全书共分为13章，首先介绍MATLAB的基础知识，随后重点介绍Simulink的使用，包括Simulink仿真基础、Simulink的仿真技术，以及Simulink的仿真应用。其中，Simulink仿真基础主要介绍Simulink模块库、Simulink基本操作以及Simulink系统的建模与仿真。同时，本书也对各种动态系统，如简单系统、离散系统、连续系统、混合系统的Simulink仿真进行了介绍。而Simulink子系统、命令行方式仿真以及S-function的运用则是Simulink仿真技术的内容。很后6章为Simulink在工程上的应用，包括通信系统仿真、电力系统仿真、控制系统仿真、模糊控制仿真、神经网络仿真和图像处理仿真。本书从这些系统的基本概念出发，对其仿真的方法及应用加以说明。

本书以实用为目标，用实例引导，深入浅出，讲解翔实，既适合作为理工科高等院校研究生、本科生的教学用书，也可作为广大科研工程技术人员的参考用书。

石良臣，男，毕业于北京航空航天大学，博士学历，工程师。毕业后进入航天科技集团第四研究院从事科研工作近十年。其后加入深圳市歌华智能科技公司担任研发部经理，主要从事无人机飞控系统和发动机电控系统的开发，具有丰富的复杂非线性控制系统模型仿真与开发实践经验。工作期间获得过国家发明及软件著作权多项，获得过科学技术进步奖一项。

第 1章 系统仿真与MATLAB/Simulink 1
  1.1 系统仿真技术概述  1
  1.2 MATLAB简介  2
  1.2.1 MATLAB产品说明  2
  1.2.2 MATLAB/Simulink的特点  3
  1.3 MATLAB/Simulink应用示例  4
  1.4 本章小结  6
第  2章 MATLAB编程基础  7
  2.1 MATLAB工作环境  7
  2.1.1 MATLAB主界面  7
  2.1.2 MATLAB文本编辑窗口  12
  2.1.3 MATLAB帮助文档的使用  13
  2.2 MATLAB语言的基本元素  15
  2.2.1 变量  16
  2.2.2 赋值语句  16
  2.2.3 矩阵及其元素表示  17
  2.3 MATLAB下矩阵的运算  19
  2.3.1 矩阵的代数运算  20
  2.3.2 矩阵的关系运算  23
  2.3.3 矩阵的逻辑运算  24
  2.4 MATLAB的程序流程控制  24
  2.4.1 循环控制结构  24
  2.4.2 条件选择控制结构  25
  2.5 M文件的编写  27
  2.5.1 脚本文件  27
  2.5.2 函数文件  28
  2.6 MATLAB的图形绘制  30
  2.6.1 二维图形的绘制  30
  2.6.2 三维图形的绘制  38
  2.6.3 “绘图”工具栏  41
  2.6.4 图形对象属性设置  41
  2.7 MATLAB编程实例  44
  2.7.1 汉诺塔问题  44
  2.7.2 MATLAB在自动控制中的应用  46
  2.7.3 MATLAB在电力信号分析处理中的应用  47
  2.8 本章小结  48
第3章  Simulink仿真基础  50
  3.1 Simulink仿真环境  50
  3.2 Simulink模块库  52
  3.2.1 标准Simulink模块库  52
  3.2.2 专业模块库  53
  3.3 Simulink的基本操作  54
  3.3.1 模块的基本操作  54
  3.3.2 信号线的基本操作  55
  3.3.3 系统模型的基本操作  55
  3.3.4 子系统建立  56
  3.4 Simulink系统建模  58
  3.5 Simulink运行仿真  60
  3.5.1 运行仿真过程  61
  3.5.2 仿真参数设置  63
  3.5.3 示波器的使用  64
  3.6 Simulink仿真示例  67
  3.6.1 一般控制系统中的仿真  67
  3.6.2 简单电路系统中的仿真  68
  3.7 本章小结  71
第4章  动态系统的Simulink仿真  72
  4.1 简单系统仿真  72
  4.1.1 简单系统的基本概念  72
  4.1.2 简单系统的仿真分析  72
  4.2 离散系统仿真  75
  4.2.1 离散系统的基本概念  75
  4.2.2 离散系统的Simulink仿真分析  76
  4.2.3 线性离散系统的基本概念  78
  4.2.4 线性离散系统的仿真分析  79
  4.3 连续系统仿真  81
  4.3.1 连续系统的基本概念  81
  4.3.2 连续系统的Simulink仿真分析  82
  4.3.3 线性连续系统的基本概念  85
  4.3.4 线性连续系统的仿真分析  86
  4.4 混合系统仿真  88
  4.4.1 混合系统仿真技术概述  88
  4.4.2 混合系统仿真实例一：通信系统  89
  4.4.3 混合系统仿真实例二：汽车行驶控制系统  91
  4.5 Simulink的调试技术  94
  4.5.1 Simulink调试器启动  95
  4.5.2 调试器的操作设置与功能  95
  4.5.3 系统调试实例  97
  4.6 本章小结  99
第5章  Simulink子系统  101
  5.1 Simulink简单子系统  101
  5.1.1 简单子系统的生成  101
  5.1.2 子系统的基本操作  102
  5.2 Simulink不错子系统  102
  5.2.1 条件执行子系统的建立方法  103
  5.2.2 使能子系统  104
  5.2.3 触发子系统  106
  5.2.4 触发使能子系统  109
  5.2.5 原子子系统  109
  5.2.6 其他子系统介绍  111
  5.3 Simulink子系统的封装  112
  5.3.1 子系统封装的概念  112
  5.3.2 创建子系统封装模块  112
  5.3.3 子系统封装实例  114
  5.4 Simulink模块库技术  116
  5.4.1 模块库的概念及应用  116
  5.4.2 建立与使用模块库  117
  5.4.3 库模块与引用模块的关联  118
  5.4.4 可配置子系统  119
  5.5 本章小结  120
第6章  Simulink命令行仿真  122
  6.1 使用命令行方式建立系统模型  122
  6.1.1 关于系统模型的命令  123
  6.1.2 关于模块的命令  125
  6.1.3 关于连线的命令  126
  6.1.4 关于参数的命令  126
  6.1.5 关于路径名的命令  128
  6.1.6 其他命令  128
  6.1.7 命令行方式建立系统模型实例  129
  6.2 Simulink与MATLAB的接口  130
  6.2.1 由MATLAB工作区变量设置系统模块参数  130
  6.2.2 将信号输出到MATLAB工作区中  130
  6.2.3 使用工作区变量作为系统输入信号  131
  6.2.4 MATLAB Function与Fcn模块  131
  6.3 使用命令行方式进行动态系统仿真  132
  6.3.1 使用sim命令进行动态系统仿真  133
  6.3.2 simset与simget命令的使用  137
  6.3.3 simplot命令的使用  140
  6.4 使用MATLAB脚本分析动态系统  141
  6.4.1 蹦极跳的安全性分析  141
  6.4.2 汽车行驶控制系统中控制器的调节  142
  6.5 Simulink系统仿真常见问题  144
  6.5.1 系统状态的确定  144
  6.5.2 系统平衡点的确定  145
  6.5.3 非线性系统的线性化处理  146
  6.5.4 回调函数  148
  6.6 本章小结  150
第7章  S-function  151
  7.1 S-function概述  151
  7.1.1 S-function的基本概念  151
  7.1.2 S-function的几个相关概念  152
  7.1.3 S-function模块  155
  7.1.4 在模型中使用S-function  155
  7.1.5 向S-function传递参数  157
  7.1.6 何时使用S-function  157
  7.2 S-function的工作原理  158
  7.2.1 Simulink模块的数学关系  158
  7.2.2 Simulink仿真流程  158
  7.2.3 S-function仿真流程  159
  7.2.4 S-function回调程序  160
  7.3 编写M文件S-function  160
  7.3.1 M文件S-function概述  160
  7.3.2 S-function参数  161
  7.3.3 S-function的输出  161
  7.3.4 定义S-function的模块特性  162
  7.3.5 M文件S-function实例  162
  7.4 编写C-MEX文件S-function  173
  7.4.1 MEX文件S-function概述  173
  7.4.2 SimStruct数据结构与Work Vector工作向量  173
  7.4.3 C-MEX S-function仿真流程  175
  7.4.4 C-MEX S-function模板  176
  7.4.5 C-MEX S-function实例  178
  7.4.6 S-Function Builder  180
  7.5 M文件S-function与C-MEX S-function的比较  187
  7.6 本章小结  192
第8章  通信系统仿真  194
  8.1 通信系统  194
  8.1.1 通信系统的分类  194
  8.1.2 通信系统的仿真方法  196
  8.2 通信系统仿真模型  204
  8.2.1 通信系统的基本模型  204
  8.2.2 通信系统基本模块  207
  8.3 通信系统仿真命令  227
  8.3.1 信源产生函数  227
  8.3.2 信源编码/解码函数  228
  8.3.3 信道模型函数  230
  8.3.4 调制/解调函数  232
  8.3.5 滤波器函数  232
  8.4 通信系统仿真实例  234
  8.5 本章小结  238
第9章  电力系统仿真  239
  9.1 电力系统元件  239
  9.1.1 同步发电机  239
  9.1.2 电力变压器  247
  9.1.3 输电线路  252
  9.1.4 负荷  258
  9.2 电力图形分析界面模块  259
  9.2.1 配置参数  260
  9.2.2 稳态电压电流  261
  9.2.3 初始状态设置  261
  9.2.4 潮流计算  262
  9.2.5 电机初始化  262
  9.2.6 LTI视窗  263
  9.2.7 阻抗依频特性  263
  9.2.8 FFT分析  264
  9.2.9 报表生成  265
  9.2.10 磁滞特性设计工具  265
  9.2.11 计算RLC线路参数  266
  9.3 电力系统仿真命令  267
  9.3.1 电源及组件函数类型  267
  9.3.2 发动机和发生器函数类型  269
  9.3.3 感应测量函数类型  271
  9.3.4 仿真分析函数类型  271
  9.4 电力系统仿真实例  272
  9.4.1 电力系统潮流计算  272
  9.4.2 电力系统稳态分析  274
  9.5 本章小结  276
第  10章 控制系统仿真  277
  10.1 控制系统基本概念  277
  10.1.1 控制系统的结构  277
  10.1.2 控制系统的数学模型  278
  10.1.3 控制系统的性能指标  283
  10.2 控制系统分析方法  285
  10.2.1 时域分析法  285
  10.2.2 根轨迹分析法  289
  10.2.3 频域分析法  293
  10.2.4 状态空间分析法  298
  10.3 控制系统仿真模块  307
  10.3.1 Simulink标准模块库  307
  10.3.2 控制系统工具箱  313
  10.4 控制系统仿真命令  315
  10.4.1 模型命令  315
  10.4.2 分析命令  318
  10.4.3 设计命令  319
  10.5 控制系统仿真实例  320
  10.6 本章小结  324
第  11章 模糊控制仿真  326
  11.1 模糊理论的基本概念  326
  11.1.1 模糊集合  326
  11.1.2 模糊关系  328
  11.1.3 模糊逻辑  328
  11.1.4 模糊语言  328
  11.1.5 模糊推理  329
  11.2 模糊控制的基本概念  330
  11.2.1 模糊控制系统的组成  330
  11.2.2 模糊控制系统的设计  333
  11.3 模糊推理系统  336
  11.3.1 模糊推理系统的图形用户界面  336
  11.3.2 模糊推理系统编辑器  337
  11.3.3 隶属函数编辑器  341
  11.3.4 模糊规则编辑器  343
  11.3.5 模糊规则观察器  349
  11.3.6 曲面观察器  350
  11.3.7 模糊系统设计实例  352
  11.4 模糊控制系统仿真  357
  11.4.1 模糊逻辑工具箱简介  358
  11.4.2 FIS与模糊逻辑控制器连接  359
  11.4.3 模糊控制系统的仿真  361
  11.4.4 MATLAB自带模糊控制系统示例  368
  11.5 本章小结  369
第  12章 神经网络仿真  371
  12.1 神经网络的基本概念  371
  12.1.1 生物神经元  371
  12.1.2 人工神经网络  372
  12.1.3 神经网络的结构  373
  12.1.4 神经网络的学习  374
  12.2 神经网络工具箱  375
  12.2.1 神经网络工具箱简介  376
  12.2.2 神经网络函数拟合  377
  12.2.3 神经网络模式识别  386
  12.2.4 神经网络数据聚类  390
  12.2.5 神经网络时间序列预测  394
  12.2.6 神经网络函数命令  397
  12.3 神经网络与Simulink  401
  12.3.1 神经网络Simulink模块  401
  12.3.2 神经网络Simulink建模  404
  12.4 自定义神经网络  406
  12.4.1 自定义神经网络函数命令  406
  12.4.2 神经网络数据管理GUI  408
  12.5 本章小结  411
第  13章 图像处理仿真  412
  13.1 图像处理模块库  412
  13.1.1 分析和增强模块库  413
  13.1.2 转换模块库  413
  13.1.3 滤波模块库  414
  13.1.4 几何变换模块库  415
  13.1.5 形态学操作模块库  415
  13.1.6 接收器模块库  416
  13.1.7 输入源模块库  416
  13.1.8 统计模块库  417
  13.1.9 文本和图形模块库  418
  13.1.10 变换模块库  418
  13.1.11 工具模块库  419
  13.2 基于Simulink的图像增强  419
  13.2.1 图像灰度变换增强  419
  13.2.2 图像的平滑增强  424
  13.2.3 图像锐化增强  426
  13.3 基于Simulink的图像转换处理  427
  13.3.1 图像类型转换  427
  13.3.2 颜色模型转换  429
  13.4 基于Simulink的图像几何变换  431
  13.4.1 图像的旋转  431
  13.4.2 图像的缩放  432
  13.5 基于Simulink的图像数学形态学操作  434
  13.5.1 图像膨胀和腐蚀  434
  13.5.2 图像的开运算与闭运算  436
  13.6 基于Simulink的图像增强综合实例  440
  13.6.1 对图像进行旋转和增强  440
  13.6.2 图像缩小旋转及边缘检测处理  441
  13.7 本章小结  442
附录A  443
参考文献  458