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

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

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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