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*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： 1.内容全面，结构清晰，讲解细致。 2.工程实例丰富，所有实例均经过设计与筛选，代表性强。 3.提供源文件，方便读者上机操练。 4.关注微信公众号“算法仿真在线”，和作者直接交流互动。

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。*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专利及软件著作权多项，获得过科学技术进步奖一项。

第 1章 系统仿真与MATLAB Simulink1
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高级子系统 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