MATLAB车辆工程应用实战

第1篇 MATLAB常见技巧应用及控制系统分析基础

第1章 MATLAB基础知识

1.1 本章导读

1.2 MATLAB界面功能简介

1.3 MATLAB矩阵基本运算

1.4 MATLAB图形点线样式的设置

1.5 MATLAB绘图函数的使用

1.5.1 平面绘图

1.5.2 三维绘图

1.5.3 图形动画的显示

1.5.4 数据趋势逼近

1.5.5 基本图像处理

1.6 MATLAB代码转可执行软件

1.7 MATLAB代码执行时间的计算

1.8 使用Notebook

1.9 读取十六进制数并转换成十进制数

1.10 解决Simulink模型打不开的问题

1.11 结果保存至文本文件

第2章 图形显示及GUI设计

2.1 本章导读

2.2 Annoation图形标注

2.3 图形局部放大

2.4 给图像加上缩放滚动条

2.5 GUI应用分析

2.5.1 图像加载和存储

2.5.2 GUI图形显示

2.5.3 可变GUI窗体设置

2.6 随机变量分布图

2.7 符号变量应用求解

2.8 对数函数图绘制

2.9 在界面上显示特殊字符

第3章 简单工程应用分析

3.1 本章导读

3.2 反射定理证明求解

3.3 椭圆面积积分求解

3.4 天然气井的开采量求解

3.5 烟草摄入量求解

3.6 阻力大小与下落速度求解

第4章 滤波器设计及控制系统仿真建模

4.1 本章导读

4.2 傅立叶变换的性质

4.3 Fourier变换

4.3.1 MATLAB Fourier工具箱实例

4.3.2 快速傅立叶变换与仿真

4.3.3 低通滤波器设计

4.4 Z变换的应用

4.5 系统传递函数模型

4.5.1 传递函数定义

4.5.2 传递函数的特性

4.6 动力学系统基本元件

4.6.1 惯性元件

4.6.2 弹性元件

4.6.3 阻尼元件

4.7 机械手臂控制系统仿真

第5章 弹簧阻尼系统建模

5.1 本章导读

5.2 弹簧振子简谐振动动画

5.3 一阶延迟环节

5.4 单自由度弹簧阻尼系统

5.4.1 机械系统

5.4.2 力-电系统

5.5 多自由度振动系统

5.5.1 二自由度系统

5.5.2 半正定三自由度系统

第2篇 MATLAB PID控制及车辆控制仿真应用

第6章 基于PID的控制算法

6.1 本章导读

6.2 PID控制原理

6.3 专家PID控制

6.4 增量式PID控制算法及仿真

6.5 积分分离PID控制算法及其仿真

6.6 PID恒温控制

6.7 PID直流电机速度控制

6.8 基于卡尔曼滤波器的PID控制

6.8.1 卡尔曼滤波

6.8.2 卡尔曼温度跟踪

6.8.3 卡尔曼的PID控制

6.9 基于PID的智能小车循迹控制仿真

第7章 基于人群搜索算法的PID参数整定

7.1 SOA算法在PID控制中的运用

7.1.1 PID控制原理

7.1.2 PID的离散化处理

7.1.3 基于SOA的PID参数整定的基本原理

7.2 基于SOA的PID参数整定的设计方案

7.2.1 参数的编码

7.2.2 适应度函数的选取

7.2.3 搜索步长的确定

7.2.4 搜索方向的确定

7.2.5 个体位置的更新

7.2.6 算法流程

7.2.7 算法实例

7.2.8 PID参数整定结果

7.3 进给伺服系统传递函数模型

7.4 基于SOA算法的进给伺服系统PID整定

7.4.1 参数的编码

7.4.2 适应度函数的选取

7.4.3 搜索步长的确定

7.4.4 搜索方向的确定

7.4.5 个体位置的更新

7.4.6 SOA算法流程

7.4.7 PID参数整定结果

第8章 基于LQR和PID的倒立摆小车控制

8.1 本章导读

8.2 问题背景

8.3 线性系统

8.3.1 状态空间表达式

8.3.2 系统状态线性变换

8.3.3 线性系统的能控性

8.4 最优控制

8.4.1 线性二次型控制

8.4.2 LQR状态反馈矩阵求解

8.4.3 PID状态反馈矩阵求解

8.5 单摆运动系统仿真动画

8.6 倒立摆系统

8.6.1 一级倒立摆系统分析

8.6.2 利用LQR法设计控制器

8.6.3 利用PID法设计控制器

8.7 倒立摆系统平衡控制系统设计

8.7.1 线性二次型倒立摆控制

8.7.2 PID倒立摆控制

第9章 结构静力学设计仿真计算

9.1 本章导读

9.2 桁架的静力分析

9.3 梁的静力分析

9.4 桁架模态分析动画设计

9.5 基于单元刚度矩阵的结构受力分析

9.5.1 平面桁架单元刚度矩阵

9.5.2 平面梁单元的刚度方程

9.5.3 平面钢架单元的刚度方程

第10章 悬臂梁振动主动控制

10.1 本章导读

10.2 振动主动控制原理分析

10.3 悬臂梁振动动力学模型

10.3.1 悬臂梁振动力学分析

10.3.2 悬臂梁振动微分方程

10.3.3 固有频率和主振型

10.4 悬臂梁的PID控制仿真

10.4.1 PID控制理论

10.4.2 PID控制器设计与算法仿真

第11章 机构学运动仿真

11.1 本章导读

11.2 曲柄摇杆机构点迹的动态仿真

11.2.1 曲柄摇杆机构模型的分析

11.2.2 Simulink仿真程序设计

11.3 曲柄摇杆机构运动仿真

11.4 双曲柄机构

11.5 双曲柄机构运动仿真

11.6 曲柄滑块机构运动学仿真建模

11.7 复向量坐标系下的曲柄滑块机构仿真

11.8 曲柄滑块机构运动仿真

第12章 敞篷汽车优化设计及模态分析

12.1 本章导读

12.2 汽车敞篷机构设计分析

12.3 敞篷汽车三段式折叠软顶设计

12.4 汽车敞篷机构运动仿真

12.5 模态分析法

12.5.1 二自由度系统传递函数

12.5.2 二自由度系统模态分析

第13章 列车系统控制仿真

13.1 本章导读

13.2 伺服电机正反转仿真

13.3 二自由度系统动力消振器模型

13.4 无源隔振器的频率特性分析

13.5 二自由度车辆悬架系统优化控制

13.6 电磁悬浮模糊控制

13.6.1 电磁悬浮过程控制

13.6.2 电流放大器控制系统

13.6.3 位置控制系统的连续和离散模型

13.6.4 模糊调节器控制

13.7 空调自动控制系统

13.8 列车制动停车过程控制

13.8.1 空气制动力计算

13.8.2 闸瓦压力计算

13.8.3 车辆阻力计算

13.8.4 列车制动停车过程分析

13.8.5 轨面粘着系数

13.8.6 仿真计算

13.8.7 CRH动车临界速度分析

第14章 汽车振动控制仿真

14.1 本章导读

14.2 汽车振动分析

14.3 汽车振动响应

14.3.1 汽车振动系统的简化

14.3.2 四自由度系统模型

14.3.3 频响函数求解

14.4 PID于汽车行驶速度控制

14.4.1 汽车行驶控制模型

14.4.2 汽车行驶控制系统动力学模型

14.5 振动信号频谱分析

第15章 汽车车灯光源优化分析

15.1 本章导读

15.2 问题分析

15.2.1 模型假设

15.2.2 模型符号说明

15.3 点光源直射光形成的锥面方程确定

15.3.1 点光源传播中的能量传递规律

15.3.2 光照度公式推导

15.3.3 点光源直射光锥面方程的确定

15.3.4 直射功率有效值计算

15.4 直射光总功率计算

15.5 测试屏上直射光的亮区模型建立

15.5.1 区域D1中的任一点处的光照强度确定

15.5.2 区域D2中的任一点处的光照强度确定

15.5.3 区域D21中的任一点处的光照强度确定

15.5.4 区域D22中的任一点处的光照强度确定

15.5.5 区域D23、D24中的任一点处的光照强度确定

15.5.6 直射光区域内任一点处的光照强度确定

15.6 建立测试屏幕上反射光的亮区模型

15.7 测试屏亮区及光照度计算

第3篇 MATLAB算法设计提高

第16章 椭圆拟合和微分方程计算

16.1 本章导读

16.2 由离散点拟合圆方程

16.3 由离散点拟合椭圆方程

16.4 拱形圆顶及椭圆顶分析

16.5 椭圆形偏微分方程

第17章 隐式逐步积分法

17.1 本章导读

17.2 常用积分表达式

17.3 欧拉方法

17.3.1 向前欧拉方法

17.3.2 向后欧拉方法

17.4 高阶微分方程（组）的数值计算

17.5 四阶龙格库塔法及亚当斯法

17.6 隐式逐步积分法

17.6.1 线性加速度法

17.6.2 威尔逊?法

第18章 基于PSO的优化设计

18.1 本章导读

18.2 基本粒子群算法

18.3 粒子群算法的收敛性

18.4 粒子群算法函数极值求解

18.4.1 经典测试函数

18.4.2 一维函数全局最优

18.4.3 无约束函数极值寻优

18.4.4 有约束函数极值寻优

18.4.5 有约束函数极值寻优

第19章 基于GA的优化分析

19.1 本章导读

19.2 遗传算法特点

19.3 遗传算法的寻优计算

19.4 基于GA的曲面极大值寻优

19.5 基于GA_PSO算法极小值寻优

第20章 基于PSO的机构优化

20.1 本章导读

20.2 微粒群优化算法研究现状

20.2.1 微粒群优化算法的改进研究

20.2.2 微粒群优化算法的应用研究

20.3 机构优化设计理论分析

20.4 平面连杆机构的模型建立

20.5 利用复合形法进行设计

20.5.1 复合形法的算法流程

20.5.2 模型计算结果

20.6 利用约束随机方向法进行设计

20.6.1 初始点的选择

20.6.2 随机方向法的算法流程

20.6.3 模型计算结果

20.7 利用优化工具箱法进行设计

20.8 利用微粒群优化算法进行设计

参考文献

本书全面系统地讲解了MATLAB控制仿真在车辆工程中的应用。书中结合理论和求解对象，解决复杂的工程问题，为实际工程所用，并且对网络论坛上讨论的大部分相关疑难问题，本书均有涉及。本书注重实战，讲解时给出了大量的实例以求解车辆工程的常见问题，从而帮助读者更好地学习。本书共20章，分为3篇。涵盖的内容有：MATLAB基础知识、图形显示及GUI设计、简单工程应用分析、滤波器设计及控制系统仿真建模、弹簧阻尼系统建模、基于PID的控制算法、基于人群搜索算法的PID参数整定、基于LQR和PID的倒立摆小车控制、结构静力学设计仿真计算、悬臂梁振动主动控制、结构学运动仿真、敞篷汽车优化设计及模态分析、列车系统控制仿真、汽车振动控制仿真、汽车车灯光源优化分析、椭圆拟合和微分方程计算、隐式逐步积分法、基于PSO的优化设计、基于GA的优化分析和基于PSO的机构优化。本书适合所有想全面学习MATLAB算法的人员阅读，尤其适合车辆工程等相关从业人员阅读。对于各高校的相关师生，本书也不失为一本很好的参考书。另外，本书还适合Simulink的相关从业人员阅读。

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