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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Guide68

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RTW406

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