matlab是基于矩阵和向量运算的,是为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件,拥有针对许多专门领域而开发的功能强大的模块集和工具箱,如simulink是基于matlab的组件,truetime是基于matlab/simulink的网络控制系统仿真工具箱。《MATLAB在电气信息类专业中的应用》首先概要介绍了matlab的基本编程方法、功能和使用方法,并重点介绍了matlab工具箱和simulink在电气信息类各专业课程中的应用方法,还介绍了truetime在网络控制系统中的应用。《MATLAB在电气信息类专业中的应用》内容新颖、翔实,针对性强,并配有完整的电子课件及习题解答,方便读者自学。
《MATLAB在电气信息类专业中的应用》可作为高等院校电气信息类专业高年级本科生及相关学科研究生的教材或参考书,也可作为电气信息类专业教师针对专业课程备课的辅助工具,还可供相关工程技术人员参考。
从系统设计与应用的角度,介绍M灯LAB的基本知识、编程方法,以及Simulink、TrueTime的应用,方便读者自学。 使学生快速掌握模块化的设计方法,避免陷入繁琐的程序语法的学习中。 提高学生的应用及设计能力,加深对专业课程的理解。
MATLAB是基于矩阵和向量运算的,它集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体,是为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件。它包含将近100个附加产品,是工程师、科学家、数学家、研究者使用的一种数学计算软件。自1984年由两名美国人Jack Little 和 Cleve Moler开发以来,MATLAB在科学计算及工程领域产生了深远、广泛的影响,成为工程项目和科学研究的基本工具,在世界各地的大学、政府实验室、研究院所、公司研发部门等获得了广泛应用。
MATLAB拥有针对许多专门领域开发的功能强大的模块集和工具箱。一般来说,它们都是由特定领域的专家开发的,用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。MATLAB的工具箱已广泛涵盖了科学研究和工程应用的各领域。例如,Simulink是MATLAB的重要组件之一,它是基于模块化设计的可视化仿真工具,是MATLAB提供的可用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包;TrueTime是基于MATLAB/Simulink的网络控制系统仿真工具箱,该工具箱针对每一特定的网络协议,可以实现控制系统与实时调度的综合仿真研究,是目前网络控制系统理想的虚拟仿真工具之一。
现代通信系统、信号处理系统、控制系统等复杂性的大幅提高,计算机技术及计算方法的飞速发展,促进了仿真技术的广泛使用。通过仿真可以方便地对研究对象进行测量、参数测试,并观测各种因素对系统性能的影响,总之,仿真能更便捷、更经济地对各种假设进行研究,为系统设计、研发及运行提供一个重要的依据。然而,正如美国数学家R.W.汉明所言,仿真的主要作用不在于获得数值而在于获得深入的理解,它是深入理解系统特性的有价值的工具。MATLAB对处于学习基本理论及技术过程当中的学生有极大的帮助,它不仅是一个在科学研究及各类工程设计中便于使用的计算工具,也是一个在数学、数值分析和工程计算等课程教学中优秀的教学工具,在电气信息类课程教学中同样获得了广泛的应用,几乎是必用工具之一。
尽管现在关于MATLAB的各类教材几乎可以用数不胜数来形容,但针对电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术、电子科学与技术、电气工程及其自动化、生物医学工程等专业的教学,将MATLAB作为一个教学辅助工具的教材还不多见。本书结合电气信息类专业的几门主干课程(如信号与系统、通信原理、数字信号处理、图像处理、自控原理等)使用MATLAB的设计实例,从系统设计与应用的角度,首先介绍了MATLAB的基本知识和基本编程方法,然后重点介绍了Simulink的应用,最后还介绍了TrueTime的应用方法。本书可使学生快速掌握模块化的设计方法,避免陷入繁琐的基本语法的学习中,从而提高学生的应用及设计能力,加深其对专业课程的理解。该书适合第5学期以后的本科学生使用,也可供研究生使用。对该教材的学习既是对前续主干课程的MATLAB应用的综合与总结,又可为课程设计、毕业设计进行必要的铺垫。建议少学时、2学分,教师讲授时可配合其他课程的学习,选择不同章节讲授,精讲多练。学生也可将本书作为一本手册,随时翻阅。
本书由周又玲任主编,杜锋、汤全武、白勇任副主编,沈荻帆、王晓利、羊大立参编。周又玲提出了全书的结构和写作思路,编写了第1章的第1~3节及第1章的小结,并对全书进行了统稿。全体参编老师参加了写作大纲的讨论,其中杜锋编写了第7章,汤全武编写了第2章,白勇编写了第4章,沈荻帆编写了第3章和第6章,王晓利编写了第1章的第4~5节、第5章的第5~7节和第5章小结,羊大立编写了第5章的第1~4节。清华大学的刘昂立同学参与了第1章1~3节等的编写,为其中的例题进行了解答及程序的编制与调试,海南大学的黎锦钰同学帮助整理了第7章的相关文献资料。
感谢清华大学出版社对本书的编写与出版所给予的大力支持和精心指导,没有编辑们的辛勤工作,就没有本书的问世。
我们还要感谢作者所在单位——海南大学、宁夏大学、宝鸡文理学院、海南师范大学的领导和同事所给予的大力支持和帮助,恕不一一列举,在此一并致谢。
本书为海南大学211工程专项资金资助项目、海南大学2010年度自编教材资助项目,对此,我们深表感谢!
由于作者水平有限,尽管我们尽心尽力,然疏漏或错误之处在所难免,希望读者批评指正。
编 者
第1章 matlab语言总览
1.1 matlab简介
1.1.1 matlab概况
1.1.2 matlab基本工作界面
1.2 matlab的工作环境
1.3 matlab入门
1.4 matlab工具箱
1.4.1 matlab工具箱概述
1.4.2 常用matlab工具箱简介
1.5 基本语法
1.5.1 matlab基本语法概述
1.5.2 矩阵和数组的创建和保存
1.5.3 矩阵和数组的修改、结构变换
1.5.4 矩阵和数组的运算
1.5.5 标量、矢量和矩阵的基本函数
1.5.6 多项式的向量表达和一元方程求根
1.5.7 matlab基本绘图函数
本章小结
习题
第2章 信号与系统的建模与仿真
2.1 simulink模块库简介
2.1.1 常用模块库
2.1.2连续系统模块库
2.1.3 非连续系统模块库
2.1.4 离散系统模块库
2.1.5 逻辑与位操作模块库
2.1.6 数学操作模块库
2.1.7表格查询模块库
2.1.8 端口与子系统模块库
2.1.9 信号属性操作模块库
2.1.10 信号路由模块库
2.1.11 接收模块库
2.1.12 信号源模块库
2.1.13 用户自定义功能模块库
2.2 simulink模型的建立
2.2.1 simulink模块的基本操作
2.2.2 simulink仿真参数的设置
2.2.3 simulink仿真示例
2.3 连续时间系统的建模与仿真
2.3.1 连续系统的数学模型
2.3.2 线性连续时间系统的建模与仿真
2.4 离散系统的建模与仿真
2.4.1 线性时不变离散系统的数学模型
2.4.2 线性离散系统的建模与仿真
本章小结
习题
第3章 simulink信号处理模块及实例分析
3.1 simulink数字信号处理模块库
3.1.1 信号处理输入模块库
3.1.2 信号处理输出模块库
3.1.3滤波模块库
3.1.4变换模块库
3.1.5 信号操作模块库
3.1.6估计模块库
3.1.7统计模块库
3.1.8 数学函数模块库
3.1.9 量化器模块库
3.1.10管理模块库
3.2 simulink信号产生和操作
3.3 simulink信号变换
3.3.1 离散傅里叶变换
3.3.2 离散傅里叶变换的原理
3.3.3 离散傅里叶变换的应用
3.4 simulink滤波器设计和频率分析
3.4.1 利用fdatool设计滤波器
3.4.2利用filterdesigntoolbox设计滤波器
3.5 数字滤波器的基本结构实现
3.5.1 数字滤波器结构的表示方法
3.5.2 无限长单位冲激响应(iir)滤波器的结构
3.5.3 有限长单位冲激响应(fir)滤波器的结构
3.6 simulink功率谱估计
3.6.1 基于周期图的经典功率谱估计方法
3.6.2 ar模型参数的yule-walker方法
3.7 多速率数字信号处理
3.7.1 多速率数字信号处理的基本单元
3.7.2 抽取和插值的变换域研究
3.7.3 抽取滤波器和插值滤波器
3.8 数字信号处理综合实例
本章小结
习题
第4章 通信系统的建模与仿真
4.1 通信系统建模仿真的作用
4.2 通信系统的建模方法
4.3 通信系统的蒙特卡罗仿真方法
4.3.1 蒙特卡罗仿真方法
4.3.2 通信系统的蒙特卡罗仿真实例
4.4 无线数字通信系统仿真方法
4.4.1 系统仿真要求
4.4.2 系统仿真的简化与采样率的考虑
4.4.3 系统仿真的整体方法
4.4.4 系统模拟部分仿真的方法
4.5 matlab通信工具箱
4.5.1 matlab通信工具箱的介绍
4.5.2 matlab通信系统工具箱的应用实例
本章小结
习题
第5章 simuilnk视频、图像处理模块及实例
5.1 视频和图像处理模块集
5.1.1 视频和图像处理模块集概述
5.1.2 分析和增强模块库
5.1.3 转换模块库
5.1.4滤波模块库
5.1.5 几何变换模块库
5.1.6 形态学操作模块库
5.1.7接收器模块库
5.1.8输入源模块库
5.1.9统计模块库
5.1.10 文本和图形模块库
5.1.11 变换模块库
5.1.12 工具模块库
5.2 图像的增强
5.2.1 灰度变换增强
5.2.2 图像平滑增强
5.2.3 图像锐化增强
5.3 图像的几何变换
5.3.1 图像的旋转
5.3.2 图像的切变
5.3.3 图像的缩放
5.3.4 图像的裁切
5.4图像的形态学操作
5.5 图像的恢复操作
5.5.1 利用函数恢复图像
5.5.2 用wiener滤波器进行恢复
5.5.3 用regularized滤波器进行恢复
5.5.4 用lucy-richardson算法进行恢复
5.5.5 用盲去卷积算法进行恢复
5.6 图像的重建操作
5.7 数字图像处理的综合实例及分析
本章小结
习题
第6章 matlab在控制系统仿真中的应用
6.1 控制系统工具箱函数介绍
6.2 控制系统仿真模型的建立和性能分析
6.2.1 控制系统常用的数学模型
6.2.2 线性定常连续系统仿真模型的建立和分析
6.2.3 线性定常离散系统仿真模型的建立和分析
6.2.4 非线性系统仿真模型的建立和分析
6.3 控制系统设计实例
6.3.1 pid控制器的设计
6.3.2 超前/滞后校正控制器的设计
6.4 模糊控制器的分析与设计实例
6.4.1 模糊逻辑工具箱
6.4.2 模糊控制基本原理
6.4.3 模糊控制系统仿真
本章小结
习题
第7章 truetime在网络控制系统仿真中的应用
7.1 网络控制系统基本概念
7.1.1 网络控制系统的定义
7.1.2 网络控制系统的简单结构图
7.1.3 网络控制系统存在的主要问题
7.1.4 常用的仿真网络控制系统的软件
7.2 truetimel.5工具箱介绍
7.2.1 truetime开发工具历史
7.2.2 truetimel.5工具箱的组成
7.2.3 truetime的用途
7.2.4 在matlab中安装truetime工具箱的步骤
7.3 有线网络控制系统的分析与设计实例
7.3.1 有线网络控制系统的组成结构
7.3.2 有线网络控制系统中存在的问题
7.3.3 有线网络控制系统的仿真实例
7.4 无线网络控制系统的分析与设计实例
7.4.1 无线网络控制系统组成结构
7.4.2 无线网络控制系统中存在的问题
7.4.3 无线网络控制系统的仿真实例
7.5 基于智能控制策略的网络控制系统的分析与设计实例
7.5.1 模糊控制原理简介
7.5.2 基于模糊控制的网络控制系统程序设计
本章小结
习题
参考文献