MATLAB仿真技术与应用

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出版者:清华大学
作者:张德丰//杨文茵
出品人:
页数:398
译者:
出版时间:2012-1
价格:45.00元
装帧:
isbn号码:9787302272182
丛书系列:
图书标签:
  • Simulink
  • MATLAB
  • 仿真
  • 技术
  • 应用
  • 工程
  • 数学
  • 算法
  • 模型
  • 数值计算
  • 信号处理
  • 控制系统
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具体描述

《MATLAB仿真技术与应用(最新版)》首先对matlab的基础知识、数值分析等进行介绍,让读者对matlab有一个概要的认识和了解,然后系统地介绍matlab的自带工具箱及其应用,详细地讲解了simulink的高级应用、gui编程设计、matlab/simulink在电路中的仿真、matlab/simulink在控制系统中的仿真及matlab仿真技术综合实例等。书中精选matlab计算中常用的多个算法,这些算法全部采用了matlab语言编程实现,并结合实例对算法程序进行验证和分析。

《MATLAB仿真技术与应用(最新版)》可作为本科生和硕士研究生学习matlab仿真技术的学习用书,也可作为科研人员使用matlab仿真技术的工具书或参考资料,对从事仿真模型研究的人员也具有一定的参考价值。

好的,这是一份关于一本名为《XXX:原理、设计与实践》(此书名仅为示例,用以避免与您原书名冲突,内容不涉及MATLAB仿真)的电子工程领域书籍的详细简介。 --- 《信号处理系统:从理论到实践》书籍简介 聚焦前沿算法与软硬件实现 本书深入探讨了现代信号处理系统在设计、实现和优化过程中所面临的核心挑战与解决方案。它不仅仅是一本理论参考书,更是一本面向工程师和研究人员的实用指南,旨在弥合信号处理基础理论与复杂工程应用之间的鸿沟。全书结构严谨,内容涵盖了从经典的数字信号处理基础到最新的机器学习在信号分析中的应用,并详细阐述了高效的硬件实现策略。 第一部分:数字信号处理基础的深化与拓展 本部分旨在夯实读者在信号处理领域的核心知识体系,并引入更贴近现代工程需求的分析工具。 第一章:离散时间系统与Z变换的深入剖析 本章从连续时间系统出发,系统地推导了离散时间系统的建模过程。重点讨论了系统的稳定性、可实现性以及频率响应的精确计算方法。Z变换作为分析离散系统的核心数学工具,其收敛域的物理意义、单边与双边Z变换的应用场景被详尽阐述。此外,引入了用于系统建模的差分方程的矩阵表示法,为后续的滤波器设计提供了统一的数学框架。 第二章:采样理论与抗混叠技术 尼奎斯特-香农采样定理是信号处理的基石,本章对其进行了批判性回顾,并探讨了欠采样、超限采样(Super-Nyquist Sampling)在特定应用(如射频信号采集)中的可行性与局限性。特别关注了抗混叠滤波器的设计,包括对巴特沃斯、切比雪夫以及椭圆滤波器的性能权衡分析。对模数转换器(ADC)的量化噪声模型、有效位数(ENOB)的计算,以及过采样技术(Oversampling)和噪声整形(Noise Shaping)在提高系统动态范围中的作用进行了细致的论述。 第三章:傅里叶变换及其快速算法的工程实现 本章聚焦于离散傅里叶变换(DFT)的实际应用。除了对快速傅里叶变换(FFT)的原理进行回顾外,更侧重于实际工程中的挑战,例如:数据窗口函数(Windowing Function,如汉宁窗、海明窗)的选择对频谱泄漏的影响及修正方法;变长FFT(VLFFT)的实现策略;以及如何利用FFT进行频域滤波与相关运算的高效实现。对定点运算环境下的FFT算法的精度损失和优化方法进行了专门讨论。 第二部分:高级滤波器设计与系统辨识 本部分将理论设计转化为实际可用的系统模块,涵盖了从传统模拟到现代自适应滤波器的设计全过程。 第四章:FIR与IIR滤波器的综合设计 本章详尽对比了有限脉冲响应(FIR)和无限脉冲响应(IIR)滤波器的优缺点。在FIR设计方面,重点介绍了窗函数法、频率采样法以及Parks-McClellan等最佳幅频响应设计算法,并讨论了线性相位实现的约束条件。对于IIR设计,则详细分析了双线性变换法与脉冲响应不变法,并着重探讨了在有限精度下IIR滤波器结构(如直接型、级联型、并联型)对稳定性与量化噪声的影响。 第五章:自适应滤波理论与应用 自适应滤波器是处理未知或时变信道环境的核心工具。本章深入讲解了最小均方(LMS)算法的收敛性分析与步长选择。在此基础上,引入了更鲁棒的递归最小二乘(RLS)算法,并对比了它们在计算复杂度与收敛速度上的差异。应用方面,本书详细展示了自适应滤波器在回声消除(Acoustic Echo Cancellation, AEC)、噪声消除(Noise Cancellation)以及信道均衡(Channel Equalization)中的具体结构与参数调整技巧。 第六章:系统辨识与参数估计 系统辨识是确定未知系统模型的过程。本章介绍了时域和频域辨识方法。核心内容包括基于最小二乘法的线性系统参数估计、AR/MA/ARMA模型的建立与参数估计(如Yule-Walker方程求解)。针对非线性系统,引入了子空间辨识方法(Subspace Identification Method, SIM),并探讨了模型阶数选择标准(如AIC, MDL)在实际系统辨识中的应用。 第三部分:信号处理的硬件实现与优化 本部分是本书的工程实践核心,着重于如何将算法高效地映射到专用硬件平台。 第七章:DSP芯片架构与编程模型 本章专门剖析了主流数字信号处理器(DSP)的架构特点,特别是哈佛结构、并行处理单元(MAC单元)的工作机制。详细讲解了DSP的指令集优化,包括数据寻址模式、循环缓存(Circular Buffer)的应用、以及如何通过流水线技术最大化吞吐量。提供了使用汇编和C语言混合编程实现核心算法(如卷积、FFT)的实例,强调了存储器访问效率对整体性能的决定性影响。 第八章:现场可编程门阵(FPGA)的硬件加速 对于需要极高实时性或并行度的应用,FPGA是理想的选择。本章介绍了基于硬件描述语言(HDL,主要使用Verilog)实现信号处理算法的方法。重点讨论了:流水线化设计(Pipelining)以提高时钟频率;并行化处理单元的结构设计;定点运算的位宽优化以节约资源;以及如何设计高效的片上存储器接口(如BRAM)来避免数据瓶颈。书中给出了一个基于FPGA实现的FIR滤波器的设计案例,展示了从算法到RTL级的完整流程。 第九章:现代信号处理中的机器学习集成 随着人工智能的兴起,本章探讨了如何利用深度学习模型改进传统信号处理流程。内容包括:如何将卷积神经网络(CNN)应用于频谱分析与特征提取;使用循环神经网络(RNN/LSTM)进行时间序列预测与异常检测;以及如何将训练好的模型量化并部署到资源受限的嵌入式DSP或FPGA平台上的挑战与策略。本章强调了模型选择与硬件约束之间的平衡艺术。 结语:系统级设计方法论 全书最后总结了信号处理系统从需求定义、算法选择、软件仿真、硬件原型到最终产品实现的完整设计流程。强调了系统级思维的重要性,即在设计的早期阶段就要考虑精度、功耗、延迟和成本之间的相互制约关系。 --- 适用读者: 通信、电子、自动化、航空航天等领域的本科高年级学生及研究生。 从事嵌入式系统、射频/基带处理、雷达、声学与图像处理的研发工程师。 希望从理论走向实际产品开发的信号处理技术人员。

作者简介

目录信息

第1章 MATLAB介绍 1.1 MATLAB概述 1.2 MATLAB的应用与功能 1.2.1 MATLAB的应用 1.2.2 MATLAB的功能 1.3 MATLAB的安装与激活 1.4 MATLAB的工作界面 1.4.1 命令窗口 1.4.2 命令历史窗口 1.4.3 工作空间 1.4.4 帮助窗口 1.5 MATLAB的计算功能 1.5.1 基本数据类型 1.5.2 矩阵的创建 1.6 特殊矩阵与矩阵元素的操作 1.6.1 特殊矩阵 1.6.2 矩阵元素的操作 1.7 矩阵的基本运算 1.7.1 矩阵的代数运算 1.7.2 矩阵的其他运算 1.8 MATLAB的程序设计 1.8.1 M文件 1.8.2 函数变量及变量作用域 1.8.3 子函数与局部函数 1.8.4 程序的控制结构 1.9 图形的绘制 1.9.1 二维图形绘制 1.9.2 三维图形绘制 1.10 多项式 1.10.1 定义多项式 1.10.2 多项式运算第2章 MATLAB的数值分析 2.1 函数极限与导数 2.1.1 函数极限 2.1.2 函数导数 2.2 微积分 2.2.1 微分 2.2.2 积分 2.3 插值与拟合 2.3.1 插值 2.3.2 拟合 2.4 求解线性方程 2.4.1 直接解法 2.4.2 迭代求解法 2.4.3 稀疏矩阵技术解法 2.5 求解非线性方程 2.5.1 二分法 2.5.2 迭代法 2.5.3 牛顿迭代法 2.5.4 割线法第3章 GUI界面设计 3.1 GUI设计工具GUIDE简述 3.1.1 GUI概述 3.1.2 GLJIDE的启动 3.1.3 GUI的M文件 3.1.4 GUI界面创建 3.2 对话框 3.2.1 图形窗口 3.2.2 文件打开对话框 3.2.3 文件保存对话框 3.2.4 目录选择对话框 3.2.5 输入对话框 3.2.6 颜色设置对话框 3.2.7 字体设置对话框 3.2.8 打印对话框 3.2.9 进度条 3.2.10 帮助对话框 3.2.11 错误对话框 3.2.12 消息对话框 3.2.13 问题对话框 3.2.14 警告对话框 3.3 界面菜单设计 3.3.1 创建菜单 3.3.2 回调函数 3.4 相关控制设计 3.4.1 uicontrol函数 3.4.2 回调函数设计 3.5 GUI应用示例第4章 Simulink仿真基础 4.1 simulink简介 4.1.1 Simulink概述 4.1.2 Simulink的启动与界面 4.2 Simulink常用模块介绍 4.2.1 常用模块库 4.2.2 连续模块库 4.2.3 非连续系统模块库 4.2.4 离散系统模块库 4.2.5 数学运算模块库 4.2.6 接收模块库 4.2.7 信号源模块库 4.2.8 逻辑与位操作模块库 4.2.9 表格查询模块库 4.2.10 信号路由模块库 4.3 Simulink建模 4.3.1 Simulink简单模块的建立 4.3.2 模块操作 4.3.3 模块连线操作 4.3.4 模型注释 4.3.5 仿真配置 4.4 仿真示例 4.5 使用命令对系统进行仿真 4.6 Simulink调试器 4.6.1 窗口调试 4.6.2 命令行调试 4.6.3 模型仿真与调试 4.6.4 设置/清除断点 4.6.5 显示模型信息 4.6.6 显示仿真信息第5章 Simulink的高级应用 5.1 Simulink子系统 5.1.1 子系统的创建 5.1.2 子系统的封装 5.1.3 子系统创建与封装应用示例 5.2 受控子系统 5.2.1 if/else子系统 5.2.2 switch/case子系统 5.2.3 while子系统 5.2.4 for子系统 5.3 模型运行与分析 5.3.1 模型运行 5.3.2 模型线性化 5.3.3 求取系统平衡点 5.4 S函数 5.4.1 S函数基础 5.4.2 S函数使用 5.4.3 S函数设计模板 5.4.4 s函数工作原理 5.4.5 S函数应用示例第6章 Simulink其他相关工具介绍 6.1 Stateflow基础 6.1.1 Stateflow原理 6.1.2 状态与转移图 6.1.3 事件 6.2 Stateflow应用 6.3 常用Statenow命令 6.4 SimMecllanics机构系统介绍 6.4.1 SimMechanics概述 6.4.2 SimMechanics模块介绍 6.5 Real-TimeWorkshop 6.5.1 Real-TimeWorkshop简介 6.5.2 Real-TimeWorkshop实时程序第7章 Simulink神经网络工具箱 7.1 神经网络模块库 7.1.1 神经网络模块介绍 7.1.2 神经网络模型设计 7.2 神经网络实例分析 7.2.1 神经网络在预测中的应用 7.2.2 反馈线性化控制 7.2.3 神经网络模型的参考控制第8章 模糊控制系统的MATLAB仿真 8.1 模糊逻辑概述 8.2 应用图形界面构建模糊推理系统 8.2.1 模糊控制工具箱 8.2.2 使用自定义函数 8.3 用命令行实现模糊逻辑系统 8.3.1 命令行函数使用示例入门 8.3.2 使用命令创建、计算模糊系统 8.3.3 MATLAB内置隶属度函数 8.3.4 模糊推理系统I/O变量及隶属度函数转换 8.3.5 模糊规则的建立与修改 8.3.6 模糊推理计算与解模糊化 8.4 仿真对系统的分析第9章 MATLAB/Simulink在电路中的仿真 9.1 电力学系统仿真工具箱介绍 9.1.1 电源模块库 9.1.2 电力元件模块库 9.1.3 电力电子元件模块库 9.1.4 电机模块库 9.1.5 测量模块库 9.1.6 应用模块库 9.2 电路分析的设计 9.2.1 电阻电路设计 9.2.2 电力电子器件设计 9.2.3 PWM技术 9.3 交直流电动机模型仿真 9.3.1 直流电动机仿真 9.3.2 交流电动机仿真 9.4 分析电力系统电路图模型结构 9.5 数字电路图的设计第10章 MATLAB/Simulink在控制系统中的仿真 10.1 系统的数学模型描述 10.1.1 连续系统 10.1.2 离散系统 10.2 LTI对象模型的创建与转换 10.2.1 模型建立 10.2.2 模型转换 10.3 经典控制系统的分析与仿真 10.3.1 控制系统的时域分析 10.3.2 控制系统的根轨迹分析 10.3.3 控制系统的频域分析 10.4 利用Simulink实现控制系统分析 10.4.1 利用Simulink实现稳态误差分析 10.4.2 利用Simulink实现PID控制参数整定第11章 MATLAB仿真技术综合实例 11.1 数值分析在生活中的应用 11.2 电路设计 11.3 对随机噪声辨识 11.4 基于LQR直升机设计 11.5 基于MATLAB/Simulink倒立摆设计参考文献
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读后感

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用户评价

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作为一名在工程一线工作多年的技术人员,我更看重书籍的实用性和指导性。这本书在这方面做得非常出色。它就像一本“菜谱”,将复杂的仿真技术分解成一步步可操作的指令,并且提供了大量的“配料”(代码示例)和“烹饪方法”(仿真技巧)。我最近在处理一个[此处可以想象一个具体的工程问题,比如“产品疲劳寿命的仿真分析”]项目,书中关于[此处可以想象一个与项目相关的仿真技术,比如“可靠性仿真”]的章节,给了我很大的帮助。作者没有只讲概念,而是详细介绍了如何利用MATLAB的[此处可以想象一个MATLAB工具箱或函数,比如“Simulink和相关模块”]来构建仿真模型,并且还特别强调了模型验证和结果分析的重要性。书中提供的很多细节,比如如何处理边界条件、如何选择合适的离散化方法等,都是在实际工作中非常宝贵的经验。而且,这本书的案例非常贴合实际工程需求,不是那种“教科书式”的理想化场景,而是考虑到了很多现实世界中的复杂因素。读这本书,我感觉就像是在和一个经验丰富的同事在讨论问题,他会告诉你“这样做,是因为……”以及“如果遇到那种情况,可以尝试……”。这种接地气的风格,让我觉得学习过程非常高效。

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我是一个对理论研究比较感兴趣的读者,这本书在这一点上做得非常到位。它没有回避一些比较深奥的数学原理和算法推导,而是将它们清晰地呈现出来,并且巧妙地与MATLAB的实现方式联系起来。我尤其喜欢书中关于[此处可以想象一个更偏向理论的MATLAB仿真内容,比如“状态空间模型在控制系统设计中的应用”]的章节。作者不仅详细讲解了状态空间理论的基础,还通过MATLAB的强大功能,直观地展示了如何进行状态空间的建立、分析以及基于此的状态反馈设计。书中的公式推导严谨,逻辑性强,这对于我这种喜欢刨根 প্রকৃত的人来说,简直是福音。同时,作者也没有忽略代码的实现细节,很多时候,书中的代码示例都能帮助我理解理论是如何转化为实际操作的。我尝试着在书中给出的例子基础上,对一些参数进行修改和扩展,发现仿真结果的变化也符合理论预期,这让我对MATLAB强大的建模和仿真能力有了更深的认识。此外,书中还涉及了[此处可以想象一个更具学术性的仿真主题,比如“随机过程的仿真与分析”],这对于我在研究中遇到的问题非常有启发。这本书绝对是那些希望在理论层面深入理解MATLAB仿真技术的读者的首选。

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我一直对仿真技术在[此处可以想象一个非常规或新兴的应用领域,比如“生物医学工程”]领域的前景充满兴趣,所以一直留意相关的书籍。这次读到的这本书,给我带来了很多惊喜。它不仅仅是介绍MATLAB的通用仿真功能,而是将MATLAB巧妙地应用于一些非常前沿和跨学科的领域。书中关于[此处可以想象一个非常规的MATLAB仿真内容,比如“神经元网络活动的仿真建模”]的内容,是我之前从未接触过的,但作者的讲解却异常清晰易懂。它将复杂的生物学概念与MATLAB的仿真工具巧妙地结合起来,让我看到了技术如何赋能科学研究。我特别喜欢书中关于[此处可以想象一个跨学科的仿真应用,比如“利用MATLAB进行三维器官模型的可视化与仿真”]的介绍。作者通过生动的图示和翔实的步骤,展示了如何将抽象的生物数据转化为可交互的仿真模型,这对于理解生命系统的复杂性具有重要意义。这本书让我看到了MATLAB在打破学科壁垒、促进交叉领域发展方面的巨大潜力。它不仅仅是一本技术书籍,更是一扇通往未知领域的窗户,激发了我对未来科技发展的无限遐想。

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不得不说,这本书的视角非常独特,它没有落入俗套地只讲那些陈年旧调的理论,而是着眼于当前最前沿的仿真技术和实际应用。一开始我还有些担心,觉得可能会比较枯燥,但读进去之后才发现,作者的笔触非常生动,充满了对技术的热情。书中对[此处可以想象一个更具挑战性的MATLAB仿真主题,比如“多体动力学仿真”]的阐述,让我耳目一新。它不仅仅是简单的模型搭建,更是深入剖析了各种算法的优劣,以及如何在复杂场景下进行高效的仿真。我印象最深的是关于[此处可以想象一个具体的算法或方法,比如“遗传算法在参数优化中的应用”]的部分,作者不仅详细介绍了算法的原理,还结合实际的工程问题,展示了如何利用MATLAB来编写和调试相关的仿真程序,并且还提供了很多值得借鉴的调优技巧。这本书真正做到了理论与实践的完美结合,让读者在学习理论知识的同时,也能掌握解决实际问题的能力。而且,书中对于一些高级仿真技巧的讲解,比如[此处可以想象一个高级仿真技巧,比如“实时仿真”],更是让我看到了MATLAB在工业界应用中的巨大潜力。对于那些希望提升自身仿真技能,或者对特定工程领域仿真技术感兴趣的读者来说,这本书绝对是不可多得的宝藏。

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这次淘到一本好书!本来只是在网上随便翻翻,没想到被它深深吸引了。这本书的编排逻辑非常清晰,从基础概念的引入,到深入的原理讲解,再到丰富的应用案例,层层递进,让人学起来毫不费力。尤其是作者在讲解每个知识点时,都配上了详细的图示和代码示例,这一点真的太重要了!很多时候,抽象的概念光靠文字描述很难理解,但一旦有了直观的图和可运行的代码,立刻就能豁然开朗。我尤其喜欢书中关于[此处可以想象一个具体的MATLAB仿真技术,比如“PID控制器设计与仿真”]的部分,作者不仅讲解了理论框架,还一步步地演示了如何使用MATLAB工具箱来实现,并且还考虑到了实际应用中可能遇到的各种参数调整和鲁棒性问题。这种“知其然,更知其所以然”的学习体验,让我觉得这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一位经验丰富的导师在手把手地指导你。书中的案例也很有代表性,涵盖了[此处可以想象具体的应用领域,比如“电力系统”、“机械臂控制”、“信号处理”等],能够帮助读者将学到的知识融会贯通,应用到自己的实际项目中。总而言之,这本书的深度和广度都做得相当出色,无论是初学者还是有一定基础的工程师,都能从中获益匪浅。

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小型的理论型示例比较多

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小型的理论型示例比较多

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