作者简介
薛定宇,分别在沈阳工业大学、东北大学和英国Sussex大学获得学士(1985年)、硕士(1988年)和博士学位(1992年),1997年任东北大学信息学院教授。深耕于计算机在数学与自动控制学科的应用,主持了国家精品课程建设,并于1996年在清华大学出版社出版《控制系统计算机辅助设计——MATLAB与应用》,该教材被认为是国内MATLAB应用领域具有深远影响的一部图书,为MATLAB在国内高校教学与科研中的普及起到了巨大的作用。薛定宇教授先后被评为辽宁省教学名师、辽宁省优秀教师,获得国家教学成果二等奖。其主讲的“控制系统仿真与CAD”课程被评为国家精品课程、国家精品资源共享课程;主讲的“现代科学运算——MATLAB语言与应用”课程被评为辽宁省精品资源共享课程,配套录制的全新慕课课程均上线于爱课程与中国慕课网站。
目录
第1章 Simulink与系统仿真 1.1 系统仿真技术概述 1.2 数学建模与物理建模 1.3 计算机仿真工具发展概述 1.3.1 模拟与混合计算机仿真 1.3.2 数字计算机仿真语言 1.3.3 面向对象的仿真语言 1.3.4 MATLAB与Simulink发展历程 1.4 本书的主要结构与说明 1.4.1 本书的结构 1.4.2 排版的特殊说明 本章习题第2章 Simulink的常用模块 2.1 Simulink环境的启动 2.1.1 基于界面的启动方法 2.1.2 MATLAB命令式启动方法 2.1.3 信号线与模块端子 2.2 输入输出类模块组 2.2.1 输入信号源模块组 2.2.2 信号构造器界面 2.2.3 输出池模块组 2.2.4 仪表板模块组 2.3 系统类模块组 2.3.1 线性连续模块组 2.3.2 线性离散模块组 2.3.3 不连续模块组 2.4 数学运算与处理类模块组 2.4.1 数学运算模块组 2.4.2 自定义函数模块组 2.4.3 查表模块组 2.4.4 逻辑与位操作模块组 2.5 信号操作类模块组 2.5.1 信号路由模块组 2.5.2 信号属性模块组 2.5.3 端子与子系统模块组 2.6 Simulink工具箱与模块集 本章习题第3章 模块处理与模型菜单系统 3.1 模块的简单处理与修饰 3.1.1 模块的快捷菜单 3.1.2 模块的复制与移动 3.1.3 模块的字体设置 3.1.4 模块的连接 3.1.5 模块的旋转与翻转 3.1.6 模块的颜色设置和阴影设置 3.2 模块的参数修改 3.2.1 参数对话框常用控件 3.2.2 参数对话框的信息填写 3.3 早期版本Simulink的菜单系统 3.3.1 文件管理菜单 3.3.2 Edit、View与Display菜单 3.3.3 模型操作菜单 3.3.4 仿真参数设置菜单 3.3.5 分析工具菜单 3.4 新版本的工具栏与菜单系统 3.4.1 仿真参数与设置 3.4.2 跟踪与调试 3.4.3 模型搭建与仿真参数的设置 3.4.4 格式设置 3.4.5 APP调用 3.5 模型浏览器的操作界面 本章习题第4章 常微分方程建模与仿真第5章 控制系统的Simulink建模第6章 子系统与模块封装第7章 Simulink模块的编程实现第8章 Simulink与数值最优化技术的有机结合第9章 多媒体信息处理与仿真第10章 工程系统的建模与仿真第11章 非工程系统的仿真参考文献MATLAB函数名索引术语索引
内容摘要
Simulink与系统仿真
1.1系统仿真技术概述
系统是由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖关系构成的具有某种特定功能的有机整体。系统的分类方法是多种多样的,习惯上依照其应用范围可以分为工程系统和非工程系统。工程系统是指由相互关联的部件组成一个整体,实现特定的目标,例如,电机拖动自动控制系统是由执行部件、功率转换部件和检测部件所组成,用来完成电机的转速、位置和其他参数控制的某个特定目标。
非工程系统涵盖的范围更加广泛,大至宇宙,小至微观世界都存在着相互关联、相互制约的关系,形成一个整体,实现某种目的,所以均可以认为是系统。如果想定量地研究系统的行为,可以将其本身的特性及内部的相互关系抽象出来,构造出系统的模型。
系统仿真是根据被研究的真实系统的数学模型或物理行为研究系统性能的一门学科,现在尤指利用计算机去研究系统行为的方法。计算机仿真的基本内容包括系统、模型、算法、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。
系统仿真技术已经成为继理论研究和科学实验之后科学研究手段上的第三种方式,成为一种认识世界、改造世界的重要手段[1]。系统仿真技术可以完成很多普通理论研究与科学实验做不到的工作,例如,危险环境下无法实验的问题、成本过高无法实验的问题、过于耗时的问题等,更适合使用系统仿真技术替代科学实验,得到可信赖的研究结果。仿真技术已经成功用于科学与工程的各个领域。
本书以国际上最流行的MATLAB语言与Simulink仿真环境为主线介绍系统仿真技术。在1.2节中通过例子演示数学建模与物理建模的概念与系统仿真的分类方法。1.3节回顾系统仿真发展的几个阶段,侧重于介绍数学软件、仿真软件的发展历史和现状,并介绍MATLAB语言与Simulink环境的发展状况。1.4节介绍本书的结构和有关内容。1.2数学建模与物理建模
计算机建模与仿真有多种分类方法,一种方法可以将仿真方法分类成框图式的仿真方法与方程式仿真方法,关键看被仿真的系统描述方式是基于方框图的还是基于数学表达式的。另一种分类方法是数学建模与物理建模方法,关键看描述系统的时候是使用数学方程还是针对物理模块的组装。
系统的数学模型是描述系统动态特性的数学表达式,用来表示系统运动过程中各个量的关系,是分析、设计系统的依据。根据数学模型所描述的系统的运动性质和数学工具来划分,又可以分为连续系统、离散时间系统、离散事件系统和混杂系统等;还可以细分为线性、非线性、定常、时变、集中参数、分布参数、确定性和随机等子类。系统的模型分为数学模型和物理模型。
由于计算机技术的迅速发展和广泛应用,数学模型的应用越来越普遍。数学模型需要将整个系统用微分方程或差分方程描述出来。有了数学模型,则可以利用微分方程或差分方程的数值求解方法,得出系统行为的数值解。建立数学模型需要很底层的专业知识与数学基础。本节通过例子演示数学建模与物理建模的含义与区别,并比较其优缺点。
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精彩内容
本书系统介绍基于Simulink的系统建模与仿真方法,包括Simulink仿真环境与操作方法、微分方程的Simulink建模、控制系统的建模方法、S-函数编写、子系统与模块封装、多媒体信息处理、工程与非工程系统的仿真方法。本书还将介绍将Simulink仿真与数值**化技术有机结合,解决微分方程边值问题与**控制问题的求解方法。 本书可作为一般读者系统学习Simulink建模与仿真的辅助教材。本书还可以作为高等学校理工科各类专业的本科生和研究生学习系统仿真技术的教材或参考书或查询仿真问题求解方法的手册。
媒体评论
本书是MathWorks图书计划作品。本书凝聚了薛定宇教授30年的MATLAB科研与教学积淀、30年的MATLAB推广与普及经历!其授课视频在爱课程与中国慕课数拥有十万读者学习的视频课程!英文版全球同步发行!
视频公开课: 爱课程或中国大学MOOC(慕课) “现代科学运算——MATLAB语言与应用”“控制系统仿真与CAD”(非严格配套本书视频,仅供读者参考)。
配书源代码: 配书源代码可以到清华大学出版社网站本书页面下载。
薛定宇大讲堂系列图书将陆续出版:薛定宇教授大讲堂(卷Ⅰ):MATLAB程序设计薛定宇教授大讲堂(卷Ⅱ):MATLAB微积分运算薛定宇教授大讲堂(卷Ⅲ):MATLAB线性代数运算薛定宇教授大讲堂(卷Ⅳ):MATLAB最优化计算薛定宇教授大讲堂(卷Ⅴ):MATLAB微分方程求解薛定宇教授大讲堂(卷Ⅵ):MATLAB/Simulink仿真MathWorks官方推荐!30年的MATLAB科研与教学积淀!英文版全球同步发行!
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