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）。

前 言 MATLAB是由美国Mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化及交互式程序设计的仿真计算环境，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究尤其是工程设计提供了一种全面的解决方案。本书精心挑选了30个工程仿真实例，用于展示MATLAB在工程仿真中的广泛应用和解决能力。 在编写本书时，我们努力遵循如下5点准则： （1）精心选择、安排实例内容。在工程实例选取时，主要选取船舶、飞机、汽车和卫星4个具有典型代表的工程对象。这4个工程对象系统复杂，代表了现代工程中多学科、多领域融合的方向。 （2）难度由浅入深，易于理解。本书从MATLAB基础知识开始到各种工具箱介绍，使读者逐渐掌握MATLAB在工程实践中的多项应用。 （3）涉及范围广、实例集中。书中介绍了MATLAB在控制、通信、电力电子、结构、热、图像和逻辑等多个工程领域的应用，但是实例主要集中在船舶、飞机、汽车和卫星4个工程对象，从多个方面展示工程对象的特征，更易于读者理解和掌握。 （4）理论和实践相结合。书中的每一部分都是由理论基础到工程实际应用，读者既可以全面地了解理论知识，又可以掌握在工程中的使用方法。 （5）目标和任务明确。每一个实例都介绍本例学习目标及本例小结，使读者在阅读时带着明确的任务，效率更高。 本书内容安排大致如下： 第一部分（第1例至第4例）为控制工程仿真，在介绍MATLAB编程基础和Simulink建模基础后，介绍基于MATLAB设计控制器的方法，并通过船舶、飞机、汽车和卫星4个实例予以介绍。 第二部分（第5例至第8例）为通信工程仿真，基础知识部分介绍了MATLAB通信工具箱、MATLAB文件操作、串口操作和S函数第一部分。在实例部分以车载数字电视调制解调、舰载雷达通信系统、机载GPS信号接收及处理建模和GPS的C/A码及导航电文建模为例，介绍通信工程部分的仿真。 第三部分（第9例至第12例）为电力电子工程仿真，基础知识部分介绍了SimPowerSystems工具箱、Simdriveline工具箱、RF工具箱、Simscape工具箱和SimElectronics工具箱基础知识。在实例部分介绍了燃料电池汽车仿真、雷达射频前端电路仿真、飞机供电系统仿真和重力场卫星加速度计读取电路仿真。 第四部分（第13例至第16例）为结构工程仿真，基础知识部分介绍了SimMechanics工具箱和基于M语言的GUI设计。实例部分介绍了汽车stewart平台仿真、舰载四杆机构仿真、基于SolidWorks的stewart平台三维模型转换和卫星三维建模与有限元仿真。 第五部分（第17例至第20例）为热工程仿真，基础知识部分介绍了Simscape语言、Level-2S函数和基于C语言S函数的使用方法。工程实例部分介绍了汽车温度调节系统仿真、船舶温度调节系统和卫星温度调节系统等仿真。 第六部分（第21例至第24例）为图像工程仿真，基础知识介绍了图像处理工具箱和地图工具箱，工程实例部分介绍了基于图像处理的交通车辆辨识、大型飞机航拍图处理、基于地图工具箱的船舶定位研究和卫星星下点轨迹图生成等仿真。 第七部分（第25例至第30例）为逻辑系统仿真，基础知识介绍了Stateflow工具箱基础知识，工程实例部分介绍了发射终止系统、月球登陆器自动驾驶仪、飞机俯仰轴容错控制、汽车电动车窗升降控制、汽车传动系统和导弹制导系统等仿真。 本书主要由施梨编著，此外，参与编写、修改工作的还有李龙、魏勇、王华、李辉、刘峰、徐浩、李建国、马建军、唐爱华、苏小平、朱丽云、马淑娟、周毅、张玉兰等。 本书编著者在编写过程中一直从读者的角度出发，力求通俗易懂，并充分考虑了当前工程实践的需求，其内容和难度符合广大学生和科研工作者在学习和生产实践中的使用需求。由于编著者水平有限，书中缺点和疏漏在所难免，恳请读者批评指正。 编著者 2015年2月于上海松江

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

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