MATLAB/Simulink电子信息工程建模与仿真

张德丰

扉页
MATLAB R2016a基础知识 1
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1．1 MATLAB的概述 1
1．1．1 MATLAB的发展史 1
1．1．2 MATLAB的主要功能 3
1．1．3 MATLAB的技术特点 4
1．1．4 MATLAB R2016a新增功能 5
1．1．5 MATLAB产品说明 8
1．2 MATLAB的安装与激活 9
1．3 MATLAB的工作环境 13
1．3．1 菜单/工具栏 15
1．3．2 命令窗口 15
1．3．3 历史窗口 16
1．3．4 工作空间 16
1．3．5 当前文件夹 17
1．3．6 搜索路径及设置 18
1．3．7 M文件编辑 20
1．4 MATLAB帮助系统 20
1．4．1 纯文本帮助 21
1．4．2 Demos帮助 22
1．4．3 帮助导航浏览器 22
1．5 MATLAB的工具箱 23
1．6 MATLAB的实例演示 23
1．7 MATLAB计算基础 26
1．7．1 数据类型 27
1．7．2 数组 38
1．7．3 矩阵及其运算 50
1．7．4 高维数组 56
1．7．5 稀疏矩阵 59
1．8 控制语句 62
1．8．1 for循环结构 62
1．8．2 while循环结构 63
1．8．3 if-else-end结构 64
1．8．4 switch-case结构 65
1．8．5 try-catch模块 68
1．9 M函数 70
1．10 可视化 72
1．10．1 二维绘图 72
1．10．2 三维绘图 81
Simulink基础知识 88
2．1 Simulink的概述 88
2．1．1 Simulink的功能 88
2．1．2 Simulink的特点 89
2．2 Simulink的导引 90
2．2．1 Simulink的安装 90
2．2．2 Simulink的启动 91
2．2．3 Simulink工作环境 92
2．2．4 第一个Simulink模型实例 92
2．3 Simulink的扩展功能 94
2．4 Simulink的工作原理 95
2．4．1 计算机动态系统仿真 95
2．4．2 Simulink求解器 97
2．4．3 求解器参数设置 98
2．5 Simulink的组成 102
2．5．1 应用工具箱 103
2．5．2 扩展模块库 104
2．6 Simulink环境 104
2．7 Simulink模块库 105
2．7．1 常用模块库 106
2．7．2 连续模块库 106
2．7．3 仪表板模块库 107
2．7．4 不连续模块库 108
2．7．5 离散模块库 108
2．7．6 逻辑与位操作模块库 110
2．7．7 查表模块库 111
2．7．8 数学运算模块库 111
2．7．9 模型扩展模块库 113
2．7．10 模型验证模块库 114
2．7．11 端口与子系统模块库 115
2．7．12 信号属性模块库 116
2．7．13 信号路由模块库 117
2．7．14 信号接收器模块库 118
2．7．15 输入源模块库 118
2．7．16 用户自定义模块库 119
2．8 Simulink系统模型 120
2．8．1 Simulink菜单 120
2．8．2 打开系统模型 121
2．8．3 输入Simulink命令 121
2．8．4 保存系统模型 124
2．8．5 打印模型及生成报告 124
2．9 Simulink的基本操作 128
2．9．1 模块的基本操作 128
2．9．2 信号线的基本操作 129
2．9．3 系统模型的基本操作 130
2．9．4 子系统建立 131
2．10 Simulink仿真实例 133
MATLAB/Simulink系统仿真 135
3．1 系统仿真与仿真概述 135
3．1．1 仿真方法与仿真工具的关系 135
3．1．2 仿真环境的要求 136
3．2 MATLAB建模仿真 138
3．2．1 MATLAB实现静态系统 139
3．2．2 MATLAB实现动态系统 141
3．2．3 MATLAB实现状态方程 146
3．3 Simulink建模仿真 149
3．3．1 Simulink实现简单系统 149
3．3．2 Simulink实现离散系统 153
3．3．3 Simulink实现连续系统 158
3．3．4 Simulink实现混合系统 165
3．4 命令行方式实现动态仿真 169
3．4．1 sim命令实现动态仿真 169
3．4．2 模型线性化 176
3．4．3 求取平均点 179
Simulink子系统与封装 181
4．1 子系统介绍 181
4．1．1 子系统定义 181
4．1．2 创建子系统 183
4．1．3 子系统的基本操作 184
4．1．4 浏览层级子系统 184
4．2 高级子系统 186
4．2．1 使能子系统 186
4．2．2 触发子系统 191
4．2．3 触发使能子系统 195
4．2．4 交替创建执行子系统 196
4．3 Simulink控制流语句 198
4．3．1 if-else语句 198
4．3．2 Switch语句 200
4．3．3 While语句 201
4．3．4 for语句 203
4．3．5 Simulink控制流的实现 204
4．4 封装子系统 207
4．4．1 封装子系统的概述 207
4．4．2 创建封装模块动态对话框 213
4．5 S-function函数 217
4．5．1 S-function的概述 217
4．5．2 S-function的概念 218
4．5．3 S-function模块 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的回调程序 225
4．5．7 编写M文件的S-function函数 225
4．5．8 S-function模板实现 230
MATLAB/Simulink动力系统仿真 241
5．1 动力学微分模型 241
5．1．1 动力学建模概述 241
5．1．2 动力学建模基本定理 242
5．2 数值微积分法 246
5．2．1 数值积分法 246
5．2．2 数值微分法 248
5．2．3 龙格-库塔法 252
5．2．4 四阶龙格-库塔法 254
5．2．5 隐式逐步积分法 257
5．2．6 微分方程的边值问题 260
5．3 传递函数模型 265
5．3．1 传递函数的概述 265
5．3．2 传递函数的基本环节 265
5．3．3 传递函数的形式 267
5．3．4 传递函数的仿真与建模 272
5．4 状态空间模型 281
5．4．1 状态空间模型的形式 282
5．4．2 状态空间的相似变换 284
5．4．3 状态空间与传递函数模型间的转换 286
5．4．4 串并联法实现模型间转换 294
5．4．5 建立状态空间仿真模型 299
5．5 系统的瞬态响应分析 303
5．5．1 一阶系统的瞬态分析 304
5．5．2 二阶系统的瞬态分析 306
5．5．3 MATLAB/Simulink仿真建模 311
5．6 系统频域分析 313
5．6．1 单位脉冲与频率响应函数 313
5．6．2 频率响应建模与仿真 317
MATLAB/Simulink通信系统仿真 324
6．1 通信系统的介绍 324
6．1．1 通信系统的分类 324
6．1．2 通信系统的组成 326
6．1．3 模拟通信系统的概述 328
6．1．4 数字通信系统的概述 328
6．2 通信仿真方法 330
6．2．1 状态方程求解法 330
6．2．2 蒙特卡罗方法 333
6．2．3 混合方法 336
6．3 信源与信道模块 339
6．3．1 信源模块 339
6．3．2 信道模块 345
6．3．3 信源与信道模块应用 349
6．4 滤波器 351
6．4．1 滤波器最小阶和3dB截止频率 352
6．4．2 线性滤波器的常用命令 353
6．4．3 滤波器的实现 353
6．5 调制与解调 361
6．5．1 基带模型与调制通带 362
6．5．2 调制/解调MATLAB实现 362
6．5．3 调制/解调模块 367
6．5．4 调制/解调模块实现 374
6．6 数字调制/解调模型 376
6．6．1 数字调制/解调模型介绍 376
6．6．2 数字调制/解调模型实现 385
MATLAB/Simulink模糊控制系统仿真 388
7．1 模糊理论的概述 388
7．1．1 模糊集合 388
7．1．2 模糊关系 389
7．1．3 模糊逻辑 390
7．1．4 模糊语言 390
7．1．5 模糊推理 391
7．1．6 模糊控制系统的组成 392
7．2 模糊逻辑控制函数 395
7．2．1 高斯型隶属函数 395
7．2．2 三角形隶属函数 397
7．3 模糊逻辑控制箱图形界面 398
7．3．1 基本FIS编辑器 398
7．3．2 隶属函数编辑器 399
7．3．3 绘制FIS 400
7．3．4 设置模糊系统属性 401
7．3．5 规则编辑器 401
7．3．6 规则观察器 402
7．3．7 曲面观察器 403
7．4 模糊聚类分析 403
7．4．1 模糊C-均值聚类 403
7．4．2 减法聚类 408
7．4．3 其他聚类 412
7．5 模糊控制系统仿真 417
7．5．1 模糊逻辑工具箱 417
7．5．2 PID控制器 424
7．5．3 Rule观察器 427
7．5．4 Surface观察器 427
7．5．5 自带的模糊控制实例 428
MATLAB/Simulink神经网络系统仿真 431
8．1 神经网络的概述 431
8．1．1 神经元模型 432
8．1．2 神经网络结构 434
8．1．3 神经网络的学习规则 435
8．2 MATLAB神经网络工具箱 436
8．3 感知器神经网络 441
8．3．1 感知器网络结构 442
8．3．2 感知器的应用 442
8．4 BP神经网络 444
8．4．1 BP神经网络模型 444
8．4．2 BP网络学习算法 446
8．4．3 BP神经网络应用 447
8．5 RBF神经网络 451
8．5．1 RBF神经元模型 451
8．5．2 RBF网络模型 452
8．5．3 RBF神经网络传递函数 452
8．5．4 RBF神经网络的创建与学习过程 453
8．5．5 径向基网络的应用 454
8．6 自组织竞争人工神经网络 458
8．6．1 网络结构 458
8．6．2 竞争学习规则 459
8．6．3 竞争网络的训练过程 461
8．6．4 自组织竞争网络的应用 461
8．7 反馈型神经网络 468
8．7．1 Elman网络 469
8．7．2 Hopfield网络 472
8．8 基于Simulink神经网络 476
8．8．1 神经网络模块 476
8．8．2 创建模块 478
8．9 基于Simulink神经网络控制系统 480
8．9．1 神经网络预测控制器 481
8．9．2 反馈线性化控制器 483
8．9．3 模型参考控制器 486
参考文献 490