MATLAB工程仿真與應用30例

目 錄
第一部分 控制工程仿真實例 1
引言―控制工程建模與分析方法 1
第1例 船舶運動控制仿真 7
1．1 MATLAB編程基礎 7
1．1．1 變量 7
1．1．2 運算符 11
1．1．3 常用數(shù)學函數(shù) 12
1．1．4 文件建立 15
1．2 船舶運動動力學及控制器 15
1．3 船舶運動控制器設計及仿真程序 16
1．4 本例小結 21
第2例 F-14戰(zhàn)斗機俯仰軸控制仿真 22
2．1 Simulink建模及仿真基礎 22
2．2 F-14俯仰軸動力學模型 25
2．3 基于Simulink的 F-14俯仰軸仿真模型 26
2．4 本例小結 29
第3例 汽車主動懸架控制器設計與仿真 30
3．1 汽車被動懸架系統(tǒng)仿真 30
3．1．1 被動懸架系統(tǒng)動力學模型 31
3．1．2 被動懸架系統(tǒng)Simulink模型 32
3．2 汽車主動懸架系統(tǒng)控制器設計 33
3．2．1 主動懸架系統(tǒng)動力學模型 33
3．2．2 主動懸架系統(tǒng)控制器設計及建模仿真 34
3．3 本例小結 37
第4例 衛(wèi)星對地定向姿態(tài)控制設計 38
4．1 LMI工具箱簡介 38
4．1．1 LMI基本概念 38
4．1．2 LMI求解問題類型 39
4．1．3 LMI建模求解函數(shù) 40
4．2 衛(wèi)星對地定向動力學模型 42
4．3 控制器設計及仿真 43
4．4 本例小結 45
第二部分 通信工程仿真實例 46
引言―通信系統(tǒng)分類及MATLAB通信工具箱簡介 46
第5例 車載數(shù)字電視調(diào)制解調(diào)設計 56
5．1 MATLAB通信工具箱簡介（下） 56
5．2 車載數(shù)字電視調(diào)制解調(diào)設計 59
5．3 本例小結 63
第6例 艦載雷達通信系統(tǒng)仿真 64
6．1 S函數(shù)簡介（1） 64
6．2 艦載雷達通信系統(tǒng)建模仿真 67
6．3 本例小結 71
第7例 機載GPS信號接收及處理過程建模 72
7．1 基于MATLAB文件操作簡介 72
7．1．1 文件的打開與關閉 72
7．1．2 二進制文件的讀/寫操作 73
7．1．3 文本文件的讀/寫操作 74
7．1．4 MATLAB讀txt文件 74
7．2 機載GPS信號接收及處理建模 75
7．3 本例小結 80
第8例 GPS衛(wèi)星發(fā)射信號模擬 81
8．1 MATLAB串口操作簡介 81
8．2 GPS的C/A碼及導航電文建模 83
8．3 本例小結 89
第三部分 電力電子仿真實例 90
引言―SimPowerSystems簡介 90
第9例 燃料電池汽車動力系統(tǒng)仿真 96
9．1 Simdriveline簡介 96
9．1．1 SimDriveline功能概述 96
9．1．2 SimDriveline工具箱分類 98
9．1．3 基于SimDriveline建模特點 99
9．2 燃料電池汽車仿真 99
9．2．1 燃料電池汽車簡介 99
9．2．2 燃料電池汽車仿真電路設計 99
9．2．3 仿真結果及分析 102
9．3 本例小結 103
第10例 船舶雷達系統(tǒng)射頻前端電路分析 104
10．1 RF工具箱簡介 104
10．1．1 基于M語言的RF工具箱特點及仿真過程 104
10．1．2 基于Simulink的RF工具箱分類 108
10．2 雷達射頻前端電路設計與仿真 111
10．3 本例小結 112
第11例 飛機供配電系統(tǒng)設計與仿真 113
11．1 Simscape工具箱簡介 113
11．1．1 Simscape功能及特點 113
11．1．2 Simscape分類 114
11．1．3 Simscape數(shù)學方程及仿真流程 115
11．2 飛機供配電系統(tǒng)建模與仿真 117
11．2．1 飛機供配電系統(tǒng)電路設計 118
11．2．2 仿真結果 121
11．3 本例小結 122
第12例 重力場衛(wèi)星加速度計讀取電路設計 123
12．1 SimElectronics工具箱簡介 123
12．1．1 SimElectronics工具箱特點 123
12．1．2 SimElectronics工具箱分類介紹 124
12．2 重力場衛(wèi)星加速度計敏感電路設計與仿真 127
12．2．1 重力場衛(wèi)星讀取電路設計 127
12．2．2 仿真結果及分析 128
12．3 本例小結 131
第四部分 結構工程仿真實例 132
引言―SimMechanics工具箱簡介（上） 132
第13例 車載stewart平臺建模與仿真 141
13．1 SimMechanics工具箱簡介（中） 141
13．2 車載stewart平臺建模與仿真 145
13．3 本例小結 148
第14例 艦載雷達四桿機構建模與仿真―SimMechanics工具箱簡介（下） 149
14．1 基于SimMechanics工具箱的三維顯示系統(tǒng) 149
14．1．1 SimMechanics工具箱可視化準備工作 149
14．1．2 可視化仿真窗口介紹 150
14．2 艦載雷達四桿機構仿真 152
14．3 本例小結 154
第15例 基于Solidworks的機載stewart平臺建模與仿真 155
15．1 從CAD建模工具中輸入模型 155
15．1．1 轉換步驟 155
15．1．2 生成模型特性 158
15．1．3 轉換后模型修改 159
15．2 基于SolidWorks的stewart平臺三維模型轉換 160
15．3 本例小結 162
第16例 衛(wèi)星三維建模與有限元分析 163
16．1 基于M語言的GUI界面設計 163
16．2 衛(wèi)星三維建模與有限元分析 167
16．3 本例小結 173
第五部分 熱工程仿真實例 174
引言―Simscape語言簡介（上） 174
第17例 車載stewart平臺建模與仿真 181
17．1 Simscape語言簡介（中） 181
17．2 汽車溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真 186
17．3 本例小結 189
第18例 機載簡易溫度檢測系統(tǒng) 190
18．1 Simscape語言簡介（下） 190
18．2 機載簡易溫度檢測仿真 194
18．3 本例小結 197
第19例 船舶溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 198
19．1 Level-2 S函數(shù)簡介 198
19．1．1 Level-2 S函數(shù)基本特性 198
19．1．2 Level-2 S函數(shù)模板 199
19．2 船舶溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 202
19．3 本例小結 204
第20例 衛(wèi)星溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 205
20．1 基于C語言的S函數(shù)簡介 205
20．2 衛(wèi)星溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模與仿真 211
20．3 本例小結 213
第六部分 圖像工程仿真實例 214
引言―圖像處理工具箱介紹（上） 214
第21例 汽車圖像識別 221
21．1 圖像處理工具箱介紹（中） 221
21．1．1 圖像合成 221
21．1．2 圖像的空間變換 222
21．1．3 鄰域和塊處理 224
21．2 基于圖像處理的交通車輛辨識 225
21．3 本例小結 229
第22例 飛機航拍圖處理 230
22．1 圖像處理工具箱介紹（下） 230
22．1．1 圖像分析 230
22．1．2 圖像配準 232
22．2 大型飛機航拍圖處理 234
22．3 本例小結 241
第23例 船舶定位研究 242
23．1 地圖工具箱介紹（上） 242
23．1．1 創(chuàng)建地圖 242
23．1．2 地理計算 244
23．2 基于地圖工具箱的船舶定位研究 247
23．2．1 地圖工具箱用于導航基本方法 247
23．2．2 船舶最短路程規(guī)劃實例 250
23．3 本例小結 253
第24例 衛(wèi)星星下點軌跡仿真 254
24．1 地圖工具箱介紹（下） 254
24．1．1 地圖投影 254
24．1．2 創(chuàng)建和查看地圖 257
24．2 衛(wèi)星星下點軌跡圖生成 261
24．3 本例小結 262
第七部分 邏輯系統(tǒng)仿真實例 263
引言―邏輯系統(tǒng)簡介 263
第25例 發(fā)射終止系統(tǒng)仿真 264
25．1 Stateflow狀態(tài)模塊與連接模塊簡介 264
25．1．1 狀態(tài)模塊 264
25．1．2 轉移 267
25．2 發(fā)射終止系統(tǒng) 269
25．3 本例小結 272
第26例 月球登陸器自動駕駛儀仿真 273
26．1 Stateflow其他模塊的概念和基本用法 273
26．1．1 默認轉移 274
26．1．2 歷史節(jié)點 275
26．1．3 連接節(jié)點 276
26．1．4 盒子模塊 278
26．1．5 連接分類 278
26．2 月球登陸器自動駕駛儀仿真 280
26．2．1 數(shù)據(jù)存儲共享系統(tǒng) 281
26．2．2 動力學系統(tǒng) 281
26．2．3 開關邏輯生成系統(tǒng) 282
26．3 本例小結 283
第27例 飛機俯仰軸容錯控制仿真 284
27．1 基于Stateflow建立有限狀態(tài)機過程 284
27．1．1 建立Stateflow Chart內(nèi)部結構 284
27．1．2 定義輸入/輸出變量 286
27．2　飛機俯仰軸容錯控制仿真 288
27．3 本例小結 290
第28例 汽車電動車窗升降控制仿真 291
28．1 Stateflow運行機理 291
28．1．1 有限狀態(tài)自動機與UML狀態(tài)圖理論概述 291
28．1．2 Stateflow機制分析與實現(xiàn)思路 293
28．2 汽車電動車窗升降控制仿真 295
28．2．1 指令輸入部分 296
28．2．2 車窗動力學與控制部分 297
28．2．3 車窗控制邏輯部分 299
28．2．4 仿真結果 299
28．3 本例小結 300
第29例 汽車傳動系統(tǒng)仿真 301
29．1 變速箱 302
29．1．1 行星齒輪組 302
29．1．2 離合器和制動帶 303
29．2 引擎 304
29．3 液力變矩器 304
29．4 驅動系統(tǒng)及設備 306
29．5 發(fā)動機表格 307
29．6 變速邏輯 308
29．7 本例小結 309
第30例 導彈制導系統(tǒng)仿真 310
30．1 導彈三自由度動力學 310
30．1．1 三自由度導彈動力學 311
30．1．2 大氣模型 313
30．1．3 自動駕駛儀模型 314
30．2 導彈制導系統(tǒng) 314
30．3 目標動力學 316
30．4 仿真結果 316
30．5 本例小結 317