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薛定宇教授大講堂(卷Ⅵ):Simulink建模與仿真

( 簡體 字)
作者:薛定宇類別:1. -> 工程繪圖與工程計算 -> Matlab
譯者:
出版社:清華大學出版社薛定宇教授大講堂(卷Ⅵ):Simulink建模與仿真 3dWoo書號: 54904
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缺書
NT售價: 445

出版日:7/1/2021
頁數:400
光碟數:0
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印刷:黑白印刷語系: ( 簡體 版 )
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(請先登入會員)
ISBN:9787302576358
作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 
(簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證)
作者序:

譯者序:

前言:

科學運算問題是每個理工科學生和科技工作者在課程學習、科學研究與工程
實踐中常常會遇到的問題,不容回避。對于非純數學專業的學生和研究者而言,從
底層全面學習數學相關問題的求解方法并非一件簡單的事情,也不易得出復雜問
題的解。因此,利用當前最先進的計算機工具,高效、準確、創造性地求解科學運算
問題是一種行之有效的方法,尤其能夠滿足理工科人士的需求。
作者曾試圖在同一部著作中敘述各個數學分支典型問題的直接求解方法,通
過清華大學出版社出版了《高等應用數學問題的MATLAB 求解》。該書從2004 年
出版之后多次重印再版,并于2018 年出版了第4 版,還配套發布了全新的MOOC
課程? ,2020 年發布了英文版的MOOC 課程- ,一直受到廣泛的關注與歡迎。首次
MOOC 開課的選課人數接近14000 人,教材內容也被數萬篇期刊文章和學位論文
引用。
從作者首次使用MATLAB 語言算起,已經有30 多年的時間了,通過相關領域
的研究、思考與一線教學實踐,積累了大量的實踐經驗資料。這些不可能在一部著
作中全部介紹,所以通過清華大學出版社策劃,作者編寫了這套“薛定宇教授大講
堂”系列著作,系統深入地介紹基于MATLAB 語言與工具的科學運算問題的求解
方法。本系列著作的英文版在德國De Gruyter 出版社同步出版。
本系列著作不是原來版本的簡單改版,而是通過十余年的經驗和資料積累,全
面貫穿“再認識”的思想寫作而成,深度融合科學運算數學知識與基于MATLAB
的直接求解方法與技巧,力圖更好地詮釋計算機工具在每個數學分支中的作用,幫
助讀者用不同的思維與視角了解、學習工程數學問題的求解方法,創造性地得出問
題的解。
本系列著作卷I 可以作為學習MATLAB 入門知識的教材與參考書,也為讀者
? MOOC 網址:https://www.icourse163.org/learn/NEU-1002660001
- MOOC 網址:https://www.icourse163.org/course/NEU1-1458222170
·ii· 薛定宇教授大講堂(卷VI):Simulink 建模與仿真
深入學習與熟練掌握MATLAB 語言編程技巧,深度理解科學運算領域MATLAB
的應用奠定堅實的基礎。后續每卷對應一個數學專題或一門數學課程進行展開。全
套系列著作的寫作貫穿“計算思維”的思想,深度探討數學專題的問題求解方法。
本系列著作既適合于學完相應的數學課程之后,深入學習利用計算機工具的科學
運算問題的求解方法與技巧,也可作為相應數學課程同步學習的伴侶,在學習相應
課程理論知識的同時,側重學習基于計算機的數學問題的求解方法,從另一個角度
觀察、審視數學課程所學的內容,擴大知識面,更好地學習、理解和實踐相應的數學
課程。
本書是系列著作的卷VI。本書系統介紹基于MATLAB 與Simulink 的各種系
統的仿真方法。首先介紹Simulink 的常用模塊與常用界面使用方法,然后介紹各種
微分方程的框圖求解方法。對線性系統而言,介紹一般的仿真框架并給出非零初值
傳遞函數的一般仿真方法。對非線性系統而言,構造了通用的靜態非線性模塊,并
介紹Simulink 模型的近似方法。本書還介紹了子系統與模塊封裝、基于命令的建模
與仿真方法等技術。特別探討了將Simulink 仿真與數值最優化技術有機結合的方
法,解決一些傳統方法無法解決的問題。本書還專門介紹了多媒體信息的處理與仿
真、工程與非工程系統仿真等應用問題。
值此系列著作付梓之際,衷心感謝相濡以沫的妻子楊軍教授,她數十年如一日
的無私關懷是我堅持研究、教學與寫作工作的巨大動力。
薛定宇
2020 年10 月
內容簡介:

本書系統介紹基于Simulink的系統建模與仿真方法,包括Simulink仿真環境與操作方法、微分方程的Simulink建模、控制系統的建模方法、S-函數編寫、子系統與模塊封裝、多媒體信息處理、工程與非工程系統的仿真方法。本書還將介紹將Simulink仿真與數值**化技術有機結合,解決微分方程邊值問題與**控制問題的求解方法。
本書可作為一般讀者系統學習Simulink建模與仿真的輔助教材。本書還可以作為高等學校理工科各類專業的本科生和研究生學習系統仿真技術的教材或參考書或查詢仿真問題求解方法的手冊。
目錄:

第1章Simulink與系統仿真1
1.1系統仿真技術概述1
1.2數學建模與物理建模2
1.3計算機仿真工具發展概述4
1.3.1模擬與混合計算機仿真4
1.3.2數字計算機仿真語言5
1.3.3面向對象的仿真語言7
1.3.4MATLAB與Simulink發展歷程7
1.4本書的主要結構與說明8
1.4.1本書的結構8
1.4.2排版的特殊說明10
本章習題10
第2章Simulink的常用模塊12
2.1Simulink環境的啟動12
2.1.1基于界面的啟動方法13
2.1.2MATLAB命令式啟動方法15
2.1.3信號線與模塊端子16
2.2輸入輸出類模塊組17
2.2.1輸入信號源模塊組17
2.2.2信號構造器界面21
2.2.3輸出池模塊組21
2.2.4儀表板模塊組24
2.3系統類模塊組26
2.3.1線性連續模塊組26
2.3.2線性離散模塊組28
2.3.3不連續模塊組29
iv薛定宇教授大講堂(卷VI):Simulink建模與仿真
2.4數學運算與處理類模塊組31
2.4.1數學運算模塊組31
2.4.2自定義函數模塊組33
2.4.3查表模塊組34
2.4.4邏輯與位操作模塊組35
2.5信號操作類模塊組36
2.5.1信號路由模塊組36
2.5.2信號屬性模塊組38
2.5.3端子與子系統模塊組38
2.6Simulink工具箱與模塊集39
本章習題40
第3章模塊處理與模型菜單系統43
3.1模塊的簡單處理與修飾43
3.1.1模塊的快捷菜單44
3.1.2模塊的復制與移動44
3.1.3模塊的字體設置45
3.1.4模塊的連接46
3.1.5模塊的旋轉與翻轉47
3.1.6模塊的顏色設置和陰影設置48
3.2模塊的參數修改49
3.2.1參數對話框常用控件50
3.2.2參數對話框的信息填寫52
3.3早期版本Simulink的菜單系統53
3.3.1文件管理菜單54
3.3.2Edit、View與Display菜單58
3.3.3模型操作菜單59
3.3.4仿真參數設置菜單60
3.3.5分析工具菜單62
3.4新版本的工具欄與菜單系統64
3.4.1仿真參數與設置64
3.4.2跟蹤與調試66
3.4.3模型搭建與仿真參數的設置66
3.4.4格式設置68
3.4.5APP調用69
3.5模型瀏覽器的操作界面69
本章習題71
目 錄v
第4章常微分方程建模與仿真72
4.1Simulink的模板設計72
4.1.1微分方程建模的一般準則73
4.1.2簡單微分方程的框圖建模舉例73
4.1.3新模型模板的設計75
4.1.4仿真的終止條件77
4.1.5過零點檢測78
4.2一階顯式微分方程組的建模80
4.2.1關鍵信號的定義與生成80
4.2.2數值解的檢驗與控制參數設置82
4.2.3向量化的建模方法84
4.2.4一階顯式微分方程組的通用框架85
4.2.5一階時變顯式微分方程組的模型框架88
4.3一般高階微分方程的建模89
4.3.1關鍵信號的定義89
4.3.2高階線性微分方程的建模90
4.3.3常系數線性微分方程的傳遞函數模型93
4.3.4一般高階非線性微分方程建模96
4.3.5高階隱式微分方程的建模方法96
4.3.6不連續微分方程的建模99
4.4高階微分方程組的建模101
4.4.1微分方程組的建模思路101
4.4.2多個微分方程的求解方法103
4.4.3延遲微分方程組的求解方法103
4.4.4中立型延遲微分方程106
4.4.5切換微分方程107
4.4.6隨機輸入微分方程109
4.5分數階微分方程的建模與求解111
4.5.1分數階微積分簡介111
4.5.2分數階微積分算子的逼近112
4.5.3分數階微分方程的建模與求解115
4.6差分方程的建模117
本章習題120
第5章控制系統的Simulink建模126
5.1連續線性模型的Simulink建模126
5.1.1傳遞函數模型127
vi薛定宇教授大講堂(卷VI):Simulink建模與仿真
5.1.2狀態方程模型128
5.1.3線性奇異系統的狀態方程模型129
5.1.4帶有非零初值的傳遞函數模型132
5.1.5傳遞函數矩陣的Simulink建模136
5.1.6可變參數線性系統的Simulink建模138
5.2離散線性模型的建模與仿真139
5.2.1離散線性系統的數學模型139
5.2.2連續離散模型的相互轉換140
5.2.3離散模型的Simulink建模141
5.2.4仿真控制參數對離散系統的影響143
5.2.5離散參數精度對仿真結果的影響144
5.3非線性環節的Simulink構造145
5.3.1查表模塊145
5.3.2單值非線性模塊的搭建146
5.3.3雙值非線性模塊的搭建147
5.3.4多維查表模塊149
5.4模塊運行的自動排序151
5.5非線性控制系統的近似方法154
5.5.1延遲環節的Pade近似154
5.5.2Simulink模型的線性化155
5.5.3代數環現象與代數環消除160
本章習題164
第6章子系統與模塊封裝169
6.1子系統建模169
6.1.1子系統的構建與提取170
6.1.2避免交叉連線的方法172
6.1.3Simulink模型的嵌入174
6.2復雜的流程子系統175
6.2.1使能與觸發子系統175
6.2.2條件轉移子系統178
6.2.3其他流程控制子系統179
6.3模塊封裝180
6.3.1封裝模塊的圖標設計180
6.3.2圖標其他屬性的設計與修飾184
6.3.3封裝模塊的參數對話框設計185
6.3.4控件的回調函數190
目 錄vii
6.3.5封裝模塊的初始化191
6.3.6封裝模塊的文檔與幫助信息192
6.3.7模塊封裝舉例193
6.3.8取消模塊封裝狀態195
6.4Simulink模型的語句繪制195
6.4.1建立空白的Simulink模型195
6.4.2模塊的復制198
6.4.3模塊的連線199
6.4.4模塊參數的填寫201
6.4.5利用語句的建模舉例202
6.4.6基于MATLAB命令的模塊封裝205
6.5用MATLAB命令控制仿真進程207
6.5.1用MATLAB啟動仿真過程207
6.5.2仿真參數的設定208
6.5.3Simulink仿真的輸入與輸出數據結構209
6.5.4并行仿真211
本章習題213
第7章Simulink模塊的編程實現214
7.1M-函數與實現214
7.1.1靜態非線性環節215
7.1.2M-函數的局限性216
7.2S-函數的程序設計217
7.2.1系統的狀態方程數學模型217
7.2.2S-函數的基本結構218
7.2.3S-函數的響應函數219
7.2.4S-函數的運行機制220
7.2.5用MATLAB編寫S-函數:編程實例220
7.2.6S-函數模塊的封裝227
7.2.7二級S-函數229
7.3用C語言編寫S-函數231
7.3.1C編譯器的設置231
7.3.2S-函數編寫舉例231
7.4S-函數編程實踐:自抗擾控制系統233
7.4.1擴張狀態觀測器的建模234
7.4.2自抗擾控制器的建模235
7.4.3自抗擾控制系統的仿真236
viii薛定宇教授大講堂(卷VI):Simulink建模與仿真
本章習題239
第8章Simulink與數值最優化技術的有機結合241
8.1微分方程的邊值問題242
8.1.1微分方程邊值問題與打靶法242
8.1.2將邊值問題的打靶法轉換為數值最優化問題243
8.1.3常規邊值問題求解舉例243
8.1.4Simulink模型的快速重啟246
8.1.5含有參數的微分方程邊值問題求解248
8.1.6多已知點問題的求解249
8.1.7分數階微分方程的邊值問題250
8.1.8延遲微分方程邊值問題251
8.1.9全局最優解問題253
8.2應用程序界面設計255
8.3最優控制器設計260
8.3.1傳統最優控制潛在的問題260
8.3.2伺服控制的性能指標與最優設計264
8.3.3最優控制器設計界面268
8.3.4最優控制程序的其他應用272
8.3.5開放的程序框架273
8.3.6PID型控制器最好的二階控制器結構274
8.4最優PID控制器設計界面275
8.4.1控制系統的底層仿真模型276
8.4.2OptimPID程序舉例277
8.4.3開放框架與程序擴展279
本章習題280
第9章多媒體信息處理與仿真284
9.1音頻信息的輸入與輸出284
9.1.1音頻處理工具箱簡介285
9.1.2音頻信息的讀入與播放285
9.1.3音頻信號的數據結構289
9.1.4MATLAB命令式音頻讀入與輸出289
9.2音頻信號的處理292
9.2.1音頻信號的濾波處理292
9.2.2動態范圍控制293
9.2.3音效處理295
9.2.4音頻信息的檢測297
目 錄ix
9.3視頻信息處理與計算機視覺工具箱299
9.4圖像與影像的輸入與輸出300
9.4.1圖像與影像的讀取300
9.4.2圖像與影像的顯示與輸出301
9.4.3命令式影像播放語句302
9.5圖像的簡單變換304
9.5.1圖像的顏色空間表示304
9.5.2顏色空間轉換305
9.5.3圖像的幾何尺度變換307
9.5.4圖像的Gamma校正307
9.5.5圖像的頻域變換與濾波309
9.6圖像分析與增強310
9.6.1直方圖均衡化310
9.6.2邊緣檢測313
9.6.3形態學處理315
9.6.4實時影像處理318
本章習題318
第10章工程系統的建模與仿真320
10.1物理建模仿真模塊集Simscape321
10.1.1數學建模方法的局限性321
10.1.2Simscape簡介323
10.1.3Simscape基礎模塊庫簡介323
10.1.4兩類信號及其相互轉換327
10.1.5創立簡單的Simscape模型328
10.1.6復雜電路網絡建模與仿真331
10.2電氣系統模塊集簡介332
10.2.1電源模塊333
10.2.2傳感器模塊333
10.2.3電路與電子元件模塊333
10.2.4機電裝置模塊335
10.3電氣系統的建模與仿真336
10.3.1電子線路及其仿真336
10.3.2運算放大器電路仿真338
10.3.3數字電子線路仿真舉例340
x薛定宇教授大講堂(卷VI):Simulink建模與仿真
10.4機械系統建模與仿真345
10.4.1簡單力學系統的仿真345
10.4.2Multibody模塊集簡介347
10.4.3四連桿機構的建模與仿真349
本章習題352
第11章非工程系統的仿真356
11.1藥物動力學系統建模與仿真356
11.1.1藥物動力學系統簡介356
11.1.2藥物動力學系統的艙室模型357
11.1.3帶有傳輸延遲的Wada模型360
11.1.4藥物動力學工具箱和Simulink模型362
11.1.5Mapleson模型、代碼與框圖362
11.1.6藥效學建模366
11.2有限狀態機仿真及Stateflow應用367
11.2.1有限狀態機簡介367
11.2.2Stateflow入門知識368
11.2.3Stateflow的常用命令371
11.2.4Stateflow建模舉例372
11.2.5用Stateflow控制流程376
11.3基于SimEvents的離散事件系統仿真方法378
11.3.1離散事件動態系統基本概念378
11.3.2SimEvents模塊集簡介379
11.3.3離散事件系統仿真演示379
本章習題383
參考文獻385
MATLAB函數名索引390
術語索引394
序: