MATLAB工程仿真与应用30例
目 录
第一部分 控制工程仿真实例 1
引言―控制工程建模与分析方法 1
第1例 船舶运动控制仿真 7
1．1 MATLAB编程基础 7
1．1．1 变量 7
1．1．2 运算符 11
1．1．3 常用数学函数 12
1．1．4 文件建立 15
1．2 船舶运动动力学及控制器 15
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第一部分 控制工程仿真实例 1
引言―控制工程建模与分析方法 1
第1例 船舶运动控制仿真 7
1．1 MATLAB编程基础 7
1．1．1 变量 7
1．1．2 运算符 11
1．1．3 常用数学函数 12
1．1．4 文件建立 15
1．2 船舶运动动力学及控制器 15
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MATLAB一个突出的特点是能够为工程实践提供强大有效的解决方案，目前已在多个工程领域中得到广泛应用。本书着眼于工程实际，一方面注重内容的实用性，不仅详细介绍MATLAB工程应用的理论基础，并且针对每个应用模块给出了典型的应用实例，使读者在实际练习的过程中能快速提高应用水平；另一方面结合工程应用的广泛性和集中性，将全书分为控制、通信、电力电子、结构、热、图像和逻辑七大部分，每一部分通过4～6个实例讲述MATLAB在某一个特定领域的工程应用，从而使读者充分掌握MATLAB在多个工程领域的应用方法和应用过程。
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目 录
第一部分 控制工程仿真实例 1
引言―控制工程建模与分析方法 1
第1例 船舶运动控制仿真 7
1．1 MATLAB编程基础 7
1．1．1 变量 7
1．1．2 运算符 11
1．1．3 常用数学函数 12
1．1．4 文件建立 15
1．2 船舶运动动力学及控制器 15
1．3 船舶运动控制器设计及仿真程序 16
1．4 本例小结 21
第2例 F-14战斗机俯仰轴控制仿真 22
2．1 Simulink建模及仿真基础 22
2．2 F-14俯仰轴动力学模型 25
2．3 基于Simulink的 F-14俯仰轴仿真模型 26
2．4 本例小结 29
第3例 汽车主动悬架控制器设计与仿真 30
3．1 汽车被动悬架系统仿真 30
3．1．1 被动悬架系统动力学模型 31
3．1．2 被动悬架系统Simulink模型 32
3．2 汽车主动悬架系统控制器设计 33
3．2．1 主动悬架系统动力学模型 33
3．2．2 主动悬架系统控制器设计及建模仿真 34
3．3 本例小结 37
第4例 卫星对地定向姿态控制设计 38
4．1 LMI工具箱简介 38
4．1．1 LMI基本概念 38
4．1．2 LMI求解问题类型 39
4．1．3 LMI建模求解函数 40
4．2 卫星对地定向动力学模型 42
4．3 控制器设计及仿真 43
4．4 本例小结 45
第二部分 通信工程仿真实例 46
引言―通信系统分类及MATLAB通信工具箱简介 46
第5例 车载数字电视调制解调设计 56
5．1 MATLAB通信工具箱简介（下） 56
5．2 车载数字电视调制解调设计 59
5．3 本例小结 63
第6例 舰载雷达通信系统仿真 64
6．1 S函数简介（1） 64
6．2 舰载雷达通信系统建模仿真 67
6．3 本例小结 71
第7例 机载GPS信号接收及处理过程建模 72
7．1 基于MATLAB文件操作简介 72
7．1．1 文件的打开与关闭 72
7．1．2 二进制文件的读/写操作 73
7．1．3 文本文件的读/写操作 74
7．1．4 MATLAB读txt文件 74
7．2 机载GPS信号接收及处理建模 75
7．3 本例小结 80
第8例 GPS卫星发射信号模拟 81
8．1 MATLAB串口操作简介 81
8．2 GPS的C/A码及导航电文建模 83
8．3 本例小结 89
第三部分 电力电子仿真实例 90
引言―SimPowerSystems简介 90
第9例 燃料电池汽车动力系统仿真 96
9．1 Simdriveline简介 96
9．1．1 SimDriveline功能概述 96
9．1．2 SimDriveline工具箱分类 98
9．1．3 基于SimDriveline建模特点 99
9．2 燃料电池汽车仿真 99
9．2．1 燃料电池汽车简介 99
9．2．2 燃料电池汽车仿真电路设计 99
9．2．3 仿真结果及分析 102
9．3 本例小结 103
第10例 船舶雷达系统射频前端电路分析 104
10．1 RF工具箱简介 104
10．1．1 基于M语言的RF工具箱特点及仿真过程 104
10．1．2 基于Simulink的RF工具箱分类 108
10．2 雷达射频前端电路设计与仿真 111
10．3 本例小结 112
第11例 飞机供配电系统设计与仿真 113
11．1 Simscape工具箱简介 113
11．1．1 Simscape功能及特点 113
11．1．2 Simscape分类 114
11．1．3 Simscape数学方程及仿真流程 115
11．2 飞机供配电系统建模与仿真 117
11．2．1 飞机供配电系统电路设计 118
11．2．2 仿真结果 121
11．3 本例小结 122
第12例 重力场卫星加速度计读取电路设计 123
12．1 SimElectronics工具箱简介 123
12．1．1 SimElectronics工具箱特点 123
12．1．2 SimElectronics工具箱分类介绍 124
12．2 重力场卫星加速度计敏感电路设计与仿真 127
12．2．1 重力场卫星读取电路设计 127
12．2．2 仿真结果及分析 128
12．3 本例小结 131
第四部分 结构工程仿真实例 132
引言―SimMechanics工具箱简介（上） 132
第13例 车载stewart平台建模与仿真 141
13．1 SimMechanics工具箱简介（中） 141
13．2 车载stewart平台建模与仿真 145
13．3 本例小结 148
第14例 舰载雷达四杆机构建模与仿真―SimMechanics工具箱简介（下） 149
14．1 基于SimMechanics工具箱的三维显示系统 149
14．1．1 SimMechanics工具箱可视化准备工作 149
14．1．2 可视化仿真窗口介绍 150
14．2 舰载雷达四杆机构仿真 152
14．3 本例小结 154
第15例 基于Solidworks的机载stewart平台建模与仿真 155
15．1 从CAD建模工具中输入模型 155
15．1．1 转换步骤 155
15．1．2 生成模型特性 158
15．1．3 转换后模型修改 159
15．2 基于SolidWorks的stewart平台三维模型转换 160
15．3 本例小结 162
第16例 卫星三维建模与有限元分析 163
16．1 基于M语言的GUI界面设计 163
16．2 卫星三维建模与有限元分析 167
16．3 本例小结 173
第五部分 热工程仿真实例 174
引言―Simscape语言简介（上） 174
第17例 车载stewart平台建模与仿真 181
17．1 Simscape语言简介（中） 181
17．2 汽车温度调节系统仿真 186
17．3 本例小结 189
第18例 机载简易温度检测系统 190
18．1 Simscape语言简介（下） 190
18．2 机载简易温度检测仿真 194
18．3 本例小结 197
第19例 船舶温度调节系统 198
19．1 Level-2 S函数简介 198
19．1．1 Level-2 S函数基本特性 198
19．1．2 Level-2 S函数模板 199
19．2 船舶温度调节系统 202
19．3 本例小结 204
第20例 卫星温度调节系统 205
20．1 基于C语言的S函数简介 205
20．2 卫星温度调节系统建模与仿真 211
20．3 本例小结 213
第六部分 图像工程仿真实例 214
引言―图像处理工具箱介绍（上） 214
第21例 汽车图像识别 221
21．1 图像处理工具箱介绍（中） 221
21．1．1 图像合成 221
21．1．2 图像的空间变换 222
21．1．3 邻域和块处理 224
21．2 基于图像处理的交通车辆辨识 225
21．3 本例小结 229
第22例 飞机航拍图处理 230
22．1 图像处理工具箱介绍（下） 230
22．1．1 图像分析 230
22．1．2 图像配准 232
22．2 大型飞机航拍图处理 234
22．3 本例小结 241
第23例 船舶定位研究 242
23．1 地图工具箱介绍（上） 242
23．1．1 创建地图 242
23．1．2 地理计算 244
23．2 基于地图工具箱的船舶定位研究 247
23．2．1 地图工具箱用于导航基本方法 247
23．2．2 船舶最短路程规划实例 250
23．3 本例小结 253
第24例 卫星星下点轨迹仿真 254
24．1 地图工具箱介绍（下） 254
24．1．1 地图投影 254
24．1．2 创建和查看地图 257
24．2 卫星星下点轨迹图生成 261
24．3 本例小结 262
第七部分 逻辑系统仿真实例 263
引言―逻辑系统简介 263
第25例 发射终止系统仿真 264
25．1 Stateflow状态模块与连接模块简介 264
25．1．1 状态模块 264
25．1．2 转移 267
25．2 发射终止系统 269
25．3 本例小结 272
第26例 月球登陆器自动驾驶仪仿真 273
26．1 Stateflow其他模块的概念和基本用法 273
26．1．1 默认转移 274
26．1．2 历史节点 275
26．1．3 连接节点 276
26．1．4 盒子模块 278
26．1．5 连接分类 278
26．2 月球登陆器自动驾驶仪仿真 280
26．2．1 数据存储共享系统 281
26．2．2 动力学系统 281
26．2．3 开关逻辑生成系统 282
26．3 本例小结 283
第27例 飞机俯仰轴容错控制仿真 284
27．1 基于Stateflow建立有限状态机过程 284
27．1．1 建立Stateflow Chart内部结构 284
27．1．2 定义输入/输出变量 286
27．2 飞机俯仰轴容错控制仿真 288
27．3 本例小结 290
第28例 汽车电动车窗升降控制仿真 291
28．1 Stateflow运行机理 291
28．1．1 有限状态自动机与UML状态图理论概述 291
28．1．2 Stateflow机制分析与实现思路 293
28．2 汽车电动车窗升降控制仿真 295
28．2．1 指令输入部分 296
28．2．2 车窗动力学与控制部分 297
28．2．3 车窗控制逻辑部分 299
28．2．4 仿真结果 299
28．3 本例小结 300
第29例 汽车传动系统仿真 301
29．1 变速箱 302
29．1．1 行星齿轮组 302
29．1．2 离合器和制动带 303
29．2 引擎 304
29．3 液力变矩器 304
29．4 驱动系统及设备 306
29．5 发动机表格 307
29．6 变速逻辑 308
29．7 本例小结 309
第30例 导弹制导系统仿真 310
30．1 导弹三自由度动力学 310
30．1．1 三自由度导弹动力学 311
30．1．2 大气模型 313
30．1．3 自动驾驶仪模型 314
30．2 导弹制导系统 314
30．3 目标动力学 316
30．4 仿真结果 316
30．5 本例小结 317
^ 收 起
第一部分 控制工程仿真实例 1
引言―控制工程建模与分析方法 1
第1例 船舶运动控制仿真 7
1．1 MATLAB编程基础 7
1．1．1 变量 7
1．1．2 运算符 11
1．1．3 常用数学函数 12
1．1．4 文件建立 15
1．2 船舶运动动力学及控制器 15
1．3 船舶运动控制器设计及仿真程序 16
1．4 本例小结 21
第2例 F-14战斗机俯仰轴控制仿真 22
2．1 Simulink建模及仿真基础 22
2．2 F-14俯仰轴动力学模型 25
2．3 基于Simulink的 F-14俯仰轴仿真模型 26
2．4 本例小结 29
第3例 汽车主动悬架控制器设计与仿真 30
3．1 汽车被动悬架系统仿真 30
3．1．1 被动悬架系统动力学模型 31
3．1．2 被动悬架系统Simulink模型 32
3．2 汽车主动悬架系统控制器设计 33
3．2．1 主动悬架系统动力学模型 33
3．2．2 主动悬架系统控制器设计及建模仿真 34
3．3 本例小结 37
第4例 卫星对地定向姿态控制设计 38
4．1 LMI工具箱简介 38
4．1．1 LMI基本概念 38
4．1．2 LMI求解问题类型 39
4．1．3 LMI建模求解函数 40
4．2 卫星对地定向动力学模型 42
4．3 控制器设计及仿真 43
4．4 本例小结 45
第二部分 通信工程仿真实例 46
引言―通信系统分类及MATLAB通信工具箱简介 46
第5例 车载数字电视调制解调设计 56
5．1 MATLAB通信工具箱简介（下） 56
5．2 车载数字电视调制解调设计 59
5．3 本例小结 63
第6例 舰载雷达通信系统仿真 64
6．1 S函数简介（1） 64
6．2 舰载雷达通信系统建模仿真 67
6．3 本例小结 71
第7例 机载GPS信号接收及处理过程建模 72
7．1 基于MATLAB文件操作简介 72
7．1．1 文件的打开与关闭 72
7．1．2 二进制文件的读/写操作 73
7．1．3 文本文件的读/写操作 74
7．1．4 MATLAB读txt文件 74
7．2 机载GPS信号接收及处理建模 75
7．3 本例小结 80
第8例 GPS卫星发射信号模拟 81
8．1 MATLAB串口操作简介 81
8．2 GPS的C/A码及导航电文建模 83
8．3 本例小结 89
第三部分 电力电子仿真实例 90
引言―SimPowerSystems简介 90
第9例 燃料电池汽车动力系统仿真 96
9．1 Simdriveline简介 96
9．1．1 SimDriveline功能概述 96
9．1．2 SimDriveline工具箱分类 98
9．1．3 基于SimDriveline建模特点 99
9．2 燃料电池汽车仿真 99
9．2．1 燃料电池汽车简介 99
9．2．2 燃料电池汽车仿真电路设计 99
9．2．3 仿真结果及分析 102
9．3 本例小结 103
第10例 船舶雷达系统射频前端电路分析 104
10．1 RF工具箱简介 104
10．1．1 基于M语言的RF工具箱特点及仿真过程 104
10．1．2 基于Simulink的RF工具箱分类 108
10．2 雷达射频前端电路设计与仿真 111
10．3 本例小结 112
第11例 飞机供配电系统设计与仿真 113
11．1 Simscape工具箱简介 113
11．1．1 Simscape功能及特点 113
11．1．2 Simscape分类 114
11．1．3 Simscape数学方程及仿真流程 115
11．2 飞机供配电系统建模与仿真 117
11．2．1 飞机供配电系统电路设计 118
11．2．2 仿真结果 121
11．3 本例小结 122
第12例 重力场卫星加速度计读取电路设计 123
12．1 SimElectronics工具箱简介 123
12．1．1 SimElectronics工具箱特点 123
12．1．2 SimElectronics工具箱分类介绍 124
12．2 重力场卫星加速度计敏感电路设计与仿真 127
12．2．1 重力场卫星读取电路设计 127
12．2．2 仿真结果及分析 128
12．3 本例小结 131
第四部分 结构工程仿真实例 132
引言―SimMechanics工具箱简介（上） 132
第13例 车载stewart平台建模与仿真 141
13．1 SimMechanics工具箱简介（中） 141
13．2 车载stewart平台建模与仿真 145
13．3 本例小结 148
第14例 舰载雷达四杆机构建模与仿真―SimMechanics工具箱简介（下） 149
14．1 基于SimMechanics工具箱的三维显示系统 149
14．1．1 SimMechanics工具箱可视化准备工作 149
14．1．2 可视化仿真窗口介绍 150
14．2 舰载雷达四杆机构仿真 152
14．3 本例小结 154
第15例 基于Solidworks的机载stewart平台建模与仿真 155
15．1 从CAD建模工具中输入模型 155
15．1．1 转换步骤 155
15．1．2 生成模型特性 158
15．1．3 转换后模型修改 159
15．2 基于SolidWorks的stewart平台三维模型转换 160
15．3 本例小结 162
第16例 卫星三维建模与有限元分析 163
16．1 基于M语言的GUI界面设计 163
16．2 卫星三维建模与有限元分析 167
16．3 本例小结 173
第五部分 热工程仿真实例 174
引言―Simscape语言简介（上） 174
第17例 车载stewart平台建模与仿真 181
17．1 Simscape语言简介（中） 181
17．2 汽车温度调节系统仿真 186
17．3 本例小结 189
第18例 机载简易温度检测系统 190
18．1 Simscape语言简介（下） 190
18．2 机载简易温度检测仿真 194
18．3 本例小结 197
第19例 船舶温度调节系统 198
19．1 Level-2 S函数简介 198
19．1．1 Level-2 S函数基本特性 198
19．1．2 Level-2 S函数模板 199
19．2 船舶温度调节系统 202
19．3 本例小结 204
第20例 卫星温度调节系统 205
20．1 基于C语言的S函数简介 205
20．2 卫星温度调节系统建模与仿真 211
20．3 本例小结 213
第六部分 图像工程仿真实例 214
引言―图像处理工具箱介绍（上） 214
第21例 汽车图像识别 221
21．1 图像处理工具箱介绍（中） 221
21．1．1 图像合成 221
21．1．2 图像的空间变换 222
21．1．3 邻域和块处理 224
21．2 基于图像处理的交通车辆辨识 225
21．3 本例小结 229
第22例 飞机航拍图处理 230
22．1 图像处理工具箱介绍（下） 230
22．1．1 图像分析 230
22．1．2 图像配准 232
22．2 大型飞机航拍图处理 234
22．3 本例小结 241
第23例 船舶定位研究 242
23．1 地图工具箱介绍（上） 242
23．1．1 创建地图 242
23．1．2 地理计算 244
23．2 基于地图工具箱的船舶定位研究 247
23．2．1 地图工具箱用于导航基本方法 247
23．2．2 船舶最短路程规划实例 250
23．3 本例小结 253
第24例 卫星星下点轨迹仿真 254
24．1 地图工具箱介绍（下） 254
24．1．1 地图投影 254
24．1．2 创建和查看地图 257
24．2 卫星星下点轨迹图生成 261
24．3 本例小结 262
第七部分 逻辑系统仿真实例 263
引言―逻辑系统简介 263
第25例 发射终止系统仿真 264
25．1 Stateflow状态模块与连接模块简介 264
25．1．1 状态模块 264
25．1．2 转移 267
25．2 发射终止系统 269
25．3 本例小结 272
第26例 月球登陆器自动驾驶仪仿真 273
26．1 Stateflow其他模块的概念和基本用法 273
26．1．1 默认转移 274
26．1．2 历史节点 275
26．1．3 连接节点 276
26．1．4 盒子模块 278
26．1．5 连接分类 278
26．2 月球登陆器自动驾驶仪仿真 280
26．2．1 数据存储共享系统 281
26．2．2 动力学系统 281
26．2．3 开关逻辑生成系统 282
26．3 本例小结 283
第27例 飞机俯仰轴容错控制仿真 284
27．1 基于Stateflow建立有限状态机过程 284
27．1．1 建立Stateflow Chart内部结构 284
27．1．2 定义输入/输出变量 286
27．2 飞机俯仰轴容错控制仿真 288
27．3 本例小结 290
第28例 汽车电动车窗升降控制仿真 291
28．1 Stateflow运行机理 291
28．1．1 有限状态自动机与UML状态图理论概述 291
28．1．2 Stateflow机制分析与实现思路 293
28．2 汽车电动车窗升降控制仿真 295
28．2．1 指令输入部分 296
28．2．2 车窗动力学与控制部分 297
28．2．3 车窗控制逻辑部分 299
28．2．4 仿真结果 299
28．3 本例小结 300
第29例 汽车传动系统仿真 301
29．1 变速箱 302
29．1．1 行星齿轮组 302
29．1．2 离合器和制动带 303
29．2 引擎 304
29．3 液力变矩器 304
29．4 驱动系统及设备 306
29．5 发动机表格 307
29．6 变速逻辑 308
29．7 本例小结 309
第30例 导弹制导系统仿真 310
30．1 导弹三自由度动力学 310
30．1．1 三自由度导弹动力学 311
30．1．2 大气模型 313
30．1．3 自动驾驶仪模型 314
30．2 导弹制导系统 314
30．3 目标动力学 316
30．4 仿真结果 316
30．5 本例小结 317
^ 收 起
MATLAB一个突出的特点是能够为工程实践提供强大有效的解决方案，目前已在多个工程领域中得到广泛应用。本书着眼于工程实际，一方面注重内容的实用性，不仅详细介绍MATLAB工程应用的理论基础，并且针对每个应用模块给出了典型的应用实例，使读者在实际练习的过程中能快速提高应用水平；另一方面结合工程应用的广泛性和集中性，将全书分为控制、通信、电力电子、结构、热、图像和逻辑七大部分，每一部分通过4～6个实例讲述MATLAB在某一个特定领域的工程应用，从而使读者充分掌握MATLAB在多个工程领域的应用方法和应用过程。
随书提供案例源程序、教学视频等配套资源，读者可登陆华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）搜索本书免费下载（须先注册）。
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