MATLAB/Simulink電子信息工程建模與仿真

目 錄
第1章 MATLAB R2016a基礎(chǔ)知識(shí) 1
1.1 MATLAB的概述 1
1.1.1 MATLAB的發(fā)展史 1
1.1.2 MATLAB的主要功能 3
1.1.3 MATLAB的技術(shù)特點(diǎn) 4
1.1.4 MATLAB R2016a新增功能 5
1.1.5 MATLAB產(chǎn)品說(shuō)明 8
1.2 MATLAB的安裝與激活 9
1.3 MATLAB的工作環(huán)境 13
1.3.1 菜單/工具欄 15
1.3.2 命令窗口 15
1.3.3 歷史窗口 16
1.3.4 工作空間 16
1.3.5 當(dāng)前文件夾 17
1.3.6 搜索路徑及設(shè)置 18
1.3.7 M文件編輯 20
1.4 MATLAB幫助系統(tǒng) 20
1.4.1 純文本幫助 21
1.4.2 Demos幫助 22
1.4.3 幫助導(dǎo)航瀏覽器 22
1.5 MATLAB的工具箱 23
1.6 MATLAB的實(shí)例演示 23
1.7 MATLAB計(jì)算基礎(chǔ) 26
1.7.1 數(shù)據(jù)類型 27
1.7.2 數(shù)組 38
1.7.3 矩陣及其運(yùn)算 50
1.7.4 高維數(shù)組 56
1.7.5 稀疏矩陣 59
1.8 控制語(yǔ)句 62
1.8.1 for循環(huán)結(jié)構(gòu) 62
1.8.2 while循環(huán)結(jié)構(gòu) 63
1.8.3 if-else-end結(jié)構(gòu) 64
1.8.4 switch-case結(jié)構(gòu) 65
1.8.5 try-catch模塊 68
1.9 M函數(shù) 70
1.10 可視化 72
1.10.1 二維繪圖 72
1.10.2 三維繪圖 81
第2章 Simulink基礎(chǔ)知識(shí) 88
2.1 Simulink的概述 88
2.1.1 Simulink的功能 88
2.1.2 Simulink的特點(diǎn) 89
2.2 Simulink的導(dǎo)引 90
2.2.1 Simulink的安裝 90
2.2.2 Simulink的啟動(dòng) 91
2.2.3 Simulink工作環(huán)境 92
2.2.4 *個(gè)Simulink模型實(shí)例 92
2.3 Simulink的擴(kuò)展功能 94
2.4 Simulink的工作原理 95
2.4.1 計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真 95
2.4.2 Simulink求解器 97
2.4.3 求解器參數(shù)設(shè)置 98
2.5 Simulink的組成 102
2.5.1 應(yīng)用工具箱 103
2.5.2 擴(kuò)展模塊庫(kù) 104
2.6 Simulink環(huán)境 104
2.7 Simulink模塊庫(kù) 105
2.7.1 常用模塊庫(kù) 106
2.7.2 連續(xù)模塊庫(kù) 106
2.7.3 儀表板模塊庫(kù) 107
2.7.4 不連續(xù)模塊庫(kù) 108
2.7.5 離散模塊庫(kù) 108
2.7.6 邏輯與位操作模塊庫(kù) 110
2.7.7 查表模塊庫(kù) 111
2.7.8 數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫(kù) 111
2.7.9 模型擴(kuò)展模塊庫(kù) 113
2.7.10 模型驗(yàn)證模塊庫(kù) 114
2.7.11 端口與子系統(tǒng)模塊庫(kù) 115
2.7.12 信號(hào)屬性模塊庫(kù) 116
2.7.13 信號(hào)路由模塊庫(kù) 117
2.7.14 信號(hào)接收器模塊庫(kù) 118
2.7.15 輸入源模塊庫(kù) 118
2.7.16 用戶自定義模塊庫(kù) 119
2.8 Simulink系統(tǒng)模型 120
2.8.1 Simulink菜單 120
2.8.2 打開(kāi)系統(tǒng)模型 121
2.8.3 輸入Simulink命令 121
2.8.4 保存系統(tǒng)模型 124
2.8.5 打印模型及生成報(bào)告 124
2.9 Simulink的基本操作 128
2.9.1 模塊的基本操作 128
2.9.2 信號(hào)線的基本操作 129
2.9.3 系統(tǒng)模型的基本操作 130
2.9.4 子系統(tǒng)建立 131
2.10 Simulink仿真實(shí)例 133
第3章 MATLAB/Simulink系統(tǒng)仿真 135
3.1 系統(tǒng)仿真與仿真概述 135
3.1.1 仿真方法與仿真工具的關(guān)系 135
3.1.2 仿真環(huán)境的要求 136
3.2 MATLAB建模仿真 138
3.2.1 MATLAB實(shí)現(xiàn)靜態(tài)系統(tǒng) 139
3.2.2 MATLAB實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 141
3.2.3 MATLAB實(shí)現(xiàn)狀態(tài)方程 146
3.3 Simulink建模仿真 149
3.3.1 Simulink實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單系統(tǒng) 149
3.3.2 Simulink實(shí)現(xiàn)離散系統(tǒng) 153
3.3.3 Simulink實(shí)現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng) 158
3.3.4 Simulink實(shí)現(xiàn)混合系統(tǒng) 165
3.4 命令行方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真 169
3.4.1 sim命令實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真 169
3.4.2 模型線性化 176
3.4.3 求取平均點(diǎn) 179
第4章 Simulink子系統(tǒng)與封裝 181
4.1 子系統(tǒng)介紹 181
4.1.1 子系統(tǒng)定義 181
4.1.2 創(chuàng)建子系統(tǒng) 183
4.1.3 子系統(tǒng)的基本操作 184
4.1.4 瀏覽層級(jí)子系統(tǒng) 184
4.2 高級(jí)子系統(tǒng) 186
4.2.1 使能子系統(tǒng) 186
4.2.2 觸發(fā)子系統(tǒng) 191
4.2.3 觸發(fā)使能子系統(tǒng) 195
4.2.4 交替創(chuàng)建執(zhí)行子系統(tǒng) 196
4.3 Simulink控制流語(yǔ)句 198
4.3.1 if-else語(yǔ)句 198
4.3.2 Switch語(yǔ)句 200
4.3.3 While語(yǔ)句 201
4.3.4 for語(yǔ)句 203
4.3.5 Simulink控制流的實(shí)現(xiàn) 204
4.4 封裝子系統(tǒng) 207
4.4.1 封裝子系統(tǒng)的概述 207
4.4.2 創(chuàng)建封裝模塊動(dòng)態(tài)對(duì)話框 213
4.5 S-function函數(shù) 217
4.5.1 S-function的概述 217
4.5.2 S-function的概念 218
4.5.3 S-function模塊 221
4.5.4 S-function的工作原理 223
4.5.5 S-function的仿真流程 224
4.5.6 S-function的回調(diào)程序 225
4.5.7 編寫(xiě)M文件的S-function函數(shù) 225
4.5.8 S-function模板實(shí)現(xiàn) 230
第5章 MATLAB/Simulink動(dòng)力系統(tǒng)仿真 241
5.1 動(dòng)力學(xué)微分模型 241
5.1.1 動(dòng)力學(xué)建模概述 241
5.1.2 動(dòng)力學(xué)建?；径ɡ?242
5.2 數(shù)值微積分法 246
5.2.1 數(shù)值積分法 246
5.2.2 數(shù)值微分法 248
5.2.3 龍格-庫(kù)塔法 252
5.2.4 四階龍格-庫(kù)塔法 254
5.2.5 隱式逐步積分法 257
5.2.6 微分方程的邊值問(wèn)題 260
5.3 傳遞函數(shù)模型 265
5.3.1 傳遞函數(shù)的概述 265
5.3.2 傳遞函數(shù)的基本環(huán)節(jié) 265
5.3.3 傳遞函數(shù)的形式 267
5.3.4 傳遞函數(shù)的仿真與建模 272
5.4 狀態(tài)空間模型 281
5.4.1 狀態(tài)空間模型的形式 282
5.4.2 狀態(tài)空間的相似變換 284
5.4.3 狀態(tài)空間與傳遞函數(shù)模型間的轉(zhuǎn)換 286
5.4.4 串并聯(lián)法實(shí)現(xiàn)模型間轉(zhuǎn)換 294
5.4.5 建立狀態(tài)空間仿真模型 299
5.5 系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)分析 303
5.5.1 一階系統(tǒng)的瞬態(tài)分析 304
5.5.2 二階系統(tǒng)的瞬態(tài)分析 306
5.5.3 MATLAB/Simulink仿真建模 311
5.6 系統(tǒng)頻域分析 313
5.6.1 單位脈沖與頻率響應(yīng)函數(shù) 313
5.6.2 頻率響應(yīng)建模與仿真 317
第6章 MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)仿真 324
6.1 通信系統(tǒng)的介紹 324
6.1.1 通信系統(tǒng)的分類 324
6.1.2 通信系統(tǒng)的組成 326
6.1.3 模擬通信系統(tǒng)的概述 328
6.1.4 數(shù)字通信系統(tǒng)的概述 328
6.2 通信仿真方法 330
6.2.1 狀態(tài)方程求解法 330
6.2.2 蒙特卡羅方法 333
6.2.3 混合方法 336
6.3 信源與信道模塊 339
6.3.1 信源模塊 339
6.3.2 信道模塊 345
6.3.3 信源與信道模塊應(yīng)用 349
6.4 濾波器 351
6.4.1 濾波器*小階和3dB截止頻率 352
6.4.2 線性濾波器的常用命令 353
6.4.3 濾波器的實(shí)現(xiàn) 353
6.5 調(diào)制與解調(diào) 361
6.5.1 基帶模型與調(diào)制通帶 362
6.5.2 調(diào)制/解調(diào)MATLAB實(shí)現(xiàn) 362
6.5.3 調(diào)制/解調(diào)模塊 367
6.5.4 調(diào)制/解調(diào)模塊實(shí)現(xiàn) 374
6.6 數(shù)字調(diào)制/解調(diào)模型 376
6.6.1 數(shù)字調(diào)制/解調(diào)模型介紹 376
6.6.2 數(shù)字調(diào)制/解調(diào)模型實(shí)現(xiàn) 385
第7章 MATLAB/Simulink模糊控制系統(tǒng)仿真 388
7.1 模糊理論的概述 388
7.1.1 模糊集合 388
7.1.2 模糊關(guān)系 389
7.1.3 模糊邏輯 390
7.1.4 模糊語(yǔ)言 390
7.1.5 模糊推理 391
7.1.6 模糊控制系統(tǒng)的組成 392
7.2 模糊邏輯控制函數(shù) 395
7.2.1 高斯型隸屬函數(shù) 395
7.2.2 三角形隸屬函數(shù) 397
7.3 模糊邏輯控制箱圖形界面 398
7.3.1 基本FIS編輯器 398
7.3.2 隸屬函數(shù)編輯器 399
7.3.3 繪制FIS 400
7.3.4 設(shè)置模糊系統(tǒng)屬性 401
7.3.5 規(guī)則編輯器 401
7.3.6 規(guī)則觀察器 402
7.3.7 曲面觀察器 403
7.4 模糊聚類分析 403
7.4.1 模糊C-均值聚類 403
7.4.2 減法聚類 408
7.4.3 其他聚類 412
7.5 模糊控制系統(tǒng)仿真 417
7.5.1 模糊邏輯工具箱 417
7.5.2 PID控制器 424
7.5.3 Rule觀察器 427
7.5.4 Surface觀察器 427
7.5.5 自帶的模糊控制實(shí)例 428
第8章 MATLAB/Simulink神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真 431
8.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概述 431
8.1.1 神經(jīng)元模型 432
8.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 434
8.1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)規(guī)則 435
8.2 MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱 436
8.3 感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 441
8.3.1 感知器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 442
8.3.2 感知器的應(yīng)用 442
8.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 444
8.4.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 444
8.4.2 BP網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法 446
8.4.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 447
8.5 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 451
8.5.1 RBF神經(jīng)元模型 451
8.5.2 RBF網(wǎng)絡(luò)模型 452
8.5.3 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù) 452
8.5.4 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建與學(xué)習(xí)過(guò)程 453
8.5.5 徑向基網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 454
8.6 自組織競(jìng)爭(zhēng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 458
8.6.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 458
8.6.2 競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)規(guī)則 459
8.6.3 競(jìng)爭(zhēng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過(guò)程 461
8.6.4 自組織競(jìng)爭(zhēng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 461
8.7 反饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 468
8.7.1 Elman網(wǎng)絡(luò) 469
8.7.2 Hopfield網(wǎng)絡(luò) 472
8.8 基于Simulink神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 476
8.8.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊 476
8.8.2 創(chuàng)建模塊 478
8.9 基于Simulink神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 480
8.9.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制器 481
8.9.2 反饋線性化控制器 483
8.9.3 模型參考控制器 486
參考文獻(xiàn) 490