MATLAB/Simulink电子信息工程建模与仿真

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　　本书以MATLAB R2016a为平台，以工程建模仿真为背景，将专业技术与大量典型实例相结合，深入浅出地介绍了MATLAB/Simulink在电子信息工程中的建模与仿真应用。

内容简介

　　本书以MATLAB R2016a为平台，以工程建模仿真为背景，将专业技术与大量典型实例相结合，深入浅出地介绍了MATLAB/Simulink在电子信息工程中的建模与仿真应用。全书共分8章，主要介绍了MATLAB R2016a基础知识、Simulink基础知识、MATLAB Simulink系统仿真、Simulink子系统与封装、MATLAB Simulink动力系统仿真、MATLAB Simulink通信系统仿真、MATLAB Simulink模糊控制系统仿真、MATLAB Simulink神经网络系统仿真等内容。让读者轻松快速掌握MATLAB/Simulink，并进一步应用MATLAB/Simulink进行工程的建模与仿真，领略到MATLAB/Simulink的简单、易学、功能强大。

前言序言

　　张德丰，□， 1963年9月生，辽宁大连人。1993年毕业于哈尔滨工业大学□□学院，获得工学硕士学位。现佛山科学技术学院，电子信息工程学院计算机系，计算机应用技术教授。学院数字图像处理与识别学术带头人。
　　前    言
　　MATLAB是由美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB在以商品形式出现后的短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包纷纷被淘汰，而改在MATLAB平台上重建。
　　Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，其建模较一般程序建模更直观，操作更简单，不用死记各种参数即命令的使用方法，只需用鼠标就能完成非常复杂的工作。其广泛应用于线性系统、数字控制、非线性系统以及数字信号处理的建模和仿真中。
　　Simulink不但功能强大、应用广泛，而且还是一个开放性系统，用户可以自己开发模块来增强Simulink的功能。对于同一个系统模型，利用Simulink可采用多个采样速率。Simulink不但能够实时地显示计算结果，还能够显示模型所表示实物的实际运动形式。使用MATLAB/Simulink进行仿真建模，已成为大量仿真工程师必须掌握的技术之一，也成为高等院校专业学生的必选课程。
　　MATLAB/Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对于各种时□系统，包括通信、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来进行设计、仿真、执行和测试。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两者混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
　　本书基于MATLAB R2016a版，由浅入深地全面讲解MATLAB/Simulink的相关知识，帮助读者尽快掌握MATLAB/Simulink的应用。本书具有如下特点：
　　1．全面细致，循序渐进
　　本书以MATLAB R2016a为平台，简要全面、由浅入深地介绍MATLAB软件的特色、使用，再辅以MATLAB/Simulink在工程中的应用案例，帮助读者尽快地掌握使用MATLAB/Simulink进行工程应用分析的技能。
　　2．内容新颖，应用典型
　　本书结合MATLAB/Simulink解决工程应用中的各种实际问题，详细地讲解MATLAB/Simulink软件的使用方法与技巧，并通过大量典型的应用例子来实操，在讲解过程中辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速地掌握书中的内容。
　　3．轻松易学，上手快速
　　本书理论与实例相结合，并通过MATLAB的在线帮助、自带实例等内容，使读者轻松地掌握所学内容，快速上手，还可以提高快速分析和解决实际问题的能力，从而能够在最短的时间内，以最好的效率解决实际通信系统中遇到的问题，提升工作效率。
　　本书围绕着MATLAB/Simulink在工程中的仿真与建模等内容，分为8章，主要包括：
　　第1章  MATLAB R2016a基础知识，主要包括MATLAB的发展史、MATLAB的功能特性、MATLAB的工作环境、MATLAB的计算基础等内容。
　　第2章  Simulink基础知识，主要包括Simulink的功能特点、Simulink工作环境、Simulink的工作原理、Simulink基本模块库及Simulink基本操作等内容。
　　第3章  MATLAB/Simulink系统仿真，主要包括建模仿真的概述、MATLAB建模仿真、Simulink建模仿真等内容。
　　第4章  Simulink子系统与封装，主要包括子系统介绍、高级子系统、Simulink控制流语句及封装子系统等内容。
　　第5章  MATLAB/Simulink动力系统仿真，主要包括动力学微分模型、数值微积分法、传递函数模型、状态空间模型等内容。
　　第6章  MATLAB/Simulink通信系统仿真，主要包括通信系统的介绍、通信仿真方法、信源与信道模块、滤波器及调制与解调等内容。
　　第7章  MATLAB/Simulink模糊控制系统仿真，主要包括模糊理论的概述、模糊逻辑控制函数、模糊逻辑控制箱图形界面及模糊聚类分析等内容。
　　第8章  MATLAB/Simulink神经网络系统仿真，主要包括神经网络的概述、感知器神经网络、BP神经网络、RBF神经网络及自组织竞争人工神经网络等内容。
　　本书由张德丰编著，此外参加编写工作的还有赵书兰、周品、梁志成、梁仲轩、卢佳华、卢伟彬、罗嘉甫、彭伟星、施洁、许兴杰、杨平、叶利辉、詹锦超、张金林。
　　本书可作为控制工程、通信工程、电子信息方面的广大科研人员、学者、工程技术人员的参考用书，也可作为高等院校教师、在读理工学生及相关领域的广大科研人员的参考用书。
　　由于时间仓促，加之作者水平有限，错误和疏漏之处在所难免。在此，诚恳地期望得到各领域的专家和广大读者的批评指正。
　　编 著 者

目录

第1章  MATLAB R2016a基础知识 1
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  □□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
第2章  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
第3章  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
第4章  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
第5章  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□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
第6章  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□□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
第7章  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
第8章  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

作者简介

　　张德丰，□， 1963年9月生，辽宁大连人。1993年毕业于哈尔滨工业大学□□学院，获得工学硕士学位。现佛山科学技术学院，电子信息工程学院计算机系，计算机应用技术教授。学院数字图像处理与识别学术带头人。