商品簡介
《薛定宇教授大講堂（卷5）：Simulink建模與仿真》系統地介紹了基於Simulink的系統建模與仿真方法，包括Simulink仿真環境與操作方法、微分方程的Sim ulink建模、控制系統的建模方法、S-函數編寫、子系統與模塊封裝、多媒體信息處理與仿真、工程與非工程系統的仿真方法。該書還將Sim ulink仿真與數值優化技術有機結合，解決微分方程邊值問題與最優控制問題的求解方法。
《薛定宇教授大講堂（卷5）：Simulink建模與仿真》可作為一般讀者系統學習Simulink建模與仿真技術的教材，也可作為高等學校理工科各類專業的本科生和研究生學習系統建模與仿真技術的教材或參考書，還可作為查詢仿真問題求解方法的工具書。
作者簡介
薛定宇，分別在沈陽工業大學、東北大學和英國Sussex大學獲得學士（1985年）、碩士（1988年）和博士學位（1992年），1997年起任東北大學信息學院教授。深耕於計算機在數學與自動控制學科的應用，主持了國家精品課程建設，並於1996年在清華大學出版社出版《控制系統計算機輔助設計——MATLAB與應用》（該教材被評為國家精品教材，被認為是國內MATLAB應用領域具有深遠影響的一部圖書，為MATLAB在國內高校教學與科研中的普及起到了巨大的作用）。先後被評為遼寧省教學名師、遼寧省優秀教師，獲得國家教學成果二等獎、中國自動化學會教育教學成果一等獎、遼寧省教學成果一等獎等獎勵。主講的“控制系統仿真與CAD”課程被評為國家精品課程、國家精品資源共享課程；主講的“現代科學運算-MATLAB語言與應用”課程被評為首批國家本科課程，配套錄制的全新慕課課程均上線於愛課程與中國大學MOOC（慕課）網站。
名人/編輯推薦
本書是MathWorks圖書計劃作品。本書凝聚了薛定宇教授30年的MATLAB科研與教學積澱、30年的MATLAB推廣與普及經歷！其授課視頻在愛課程與中國慕課數擁有十萬讀者學習的視頻課程！英文版全球同步發行！
視頻公開課： 愛課程或中國大學MOOC（慕課） “現代科學運算——MATLAB語言與應用”“控制系統仿真與CAD”（非嚴格配套本書視頻，僅供讀者參考）。
配書源代碼： 配書源代碼可以到清華大學出版社網站本書頁面下載。
薛定宇大講堂系列圖書已經出版：
薛定宇教授大講堂（卷Ⅰ）：MATLAB程序設計
薛定宇教授大講堂（卷Ⅱ）：MATLAB微積分運算
薛定宇教授大講堂（卷Ⅲ）：MATLAB線性代數運算
薛定宇教授大講堂（卷Ⅳ）：MATLABz優化計算
薛定宇教授大講堂（卷Ⅴ）：MATLAB微分方程求解
薛定宇教授大講堂（卷Ⅵ）：MATLAB/Simulink仿真
序
科學運算問題是每個理工科學生和科技工作者在課程學習、科學研究與工程實踐中常常會遇到的問題，不容回避。對於非純數學專業的學生和研究者而言，從底層全面學習數學相關問題的求解方法並非一件簡單的事情，也不易得出復雜問題的解。因此，利用當前最先進的計算機工具，高效、準確、創造性地求解科學運算問題是一種行之有效的方法，尤其能夠滿足理工科人士的需求。
作者曾試圖在同一部著作中敘述各個數學分支典型問題的直接求解方法，通過清華大學出版社出版了《高等應用數學問題的MATLAB求解》。該書從2004年出版之後多次重印再版，並於2018年出版了第4版，還配套發布了全新的MOOC課程①，2020年發布了英文版的MOOC課程②，一直受到廣泛的關注與歡迎。首次MOOC開課的選課人數接近14000人，教材內容也被數萬篇期刊文章和學位論文引用。
從作者首次使用MATLAB語言算起，已經有30多年的時間了，通過相關領域的研究、思考與一線教學實踐，積累了大量的實踐經驗資料。這些不可能在一部著作中全部介紹，所以通過清華大學出版社策劃，作者編寫了這套“薛定宇教授大講堂”系列著作，系統深入地介紹基於MATLAB語言與工具的科學運算問題的求解方法。本系列著作的英文版在德國De Gruyter出版社同步出版。
本系列著作不是原來版本的簡單改版，而是通過十余年的經驗和資料積累，全面貫穿“再認識”的思想寫作而成，深度融合科學運算數學知識與基於MATLAB的直接求解方法與技巧，力圖更好地詮釋計算機工具在每個數學分支中的作用，幫助讀者用不同的思維與視角了解、學習工程數學問題的求解方法，創造性地得出問題的解。
本系列著作卷I可以作為學習MATLAB入門知識的教材與參考書，也為讀者深入學習與熟練掌握MATLAB語言編程技巧，深度理解科學運算領域MATLAB的應用奠定堅實的基礎。後續每卷對應一個數學專題或一門數學課程進行展開。全套系列著作的寫作貫穿“計算思維”的思想，深度探討數學專題的問題求解方法。本系列著作既適合於學完相應的數學課程之後，深入學習利用計算機工具的科學運算問題的求解方法與技巧，也可作為相應數學課程同步學習的伴侶，在學習相應課程理論知識的同時，側重學習基於計算機的數學問題的求解方法，從另一個角度觀察、審視數學課程所學的內容，擴大知識面，更好地學習、理解和實踐相應的數學課程。
本書是系列著作的卷Ⅵ。本書系統介紹基於MATLAB與Simulink的各種系統的仿真方法。首先介紹Simulink的常用模塊與常用界面使用方法，然後介紹各種微分方程的框圖求解方法。對線性系統而言，介紹一般的仿真框架並給出非零初值傳遞函數的一般仿真方法。對非線性系統而言，構造了通用的靜態非線性模塊，並介紹Simulink模型的近似方法。本書還介紹了子系統與模塊封裝、基於命令的建模與仿真方法等技術。特別探討了將Simulink仿真與數值最優化技術有機結合的方法，解決一些傳統方法無法解決的問題。本書還專門介紹了多媒體信息的處理與仿真、工程與非工程系統仿真等應用問題。
值此系列著作付梓之際，衷心感謝相濡以沫的妻子楊軍教授，她數十年如一日的無私關懷是我堅持研究、教學與寫作工作的巨大動力。
薛定宇教授2021年6月，於東北大學
目次
第1 章Simulink 與系統仿真 1
1.1 系統仿真技術概述 1
1.2 數學建模與物理建模 2
1.3 計算機仿真工具發展概述 4
1.3.1 模擬與混合計算機仿真 4
1.3.2 數字計算機仿真語言 5
1.3.3 面向物件的仿真語言 7
1.3.4 MATLAB 與Simulink 發展歷程 7
1.4 本書的主要結構與說明 8
1.4.1 本書的結構 8
1.4.2 排版的特殊說明 10
本章習題 10
第2 章Simulink 的常用模塊 12
2.1 Simulink 環境的啟動 12
2.1.1 基於界面的啟動方法 13
2.1.2 MATLAB 命令式啟動方法 15
2.1.3 信號線與模塊端子 16
2.2 輸入輸出類模塊組 17
2.2.1 輸入信號源模塊組 17
2.2.2 信號構造器界面 21
2.2.3 輸出池模塊組 21
2.2.4 儀表板模塊組 24
2.3 系統類模塊組 26
2.3.1 線性連續模塊組 26
2.3.2 線性離散模塊組 28
2.3.3 不連續模塊組 29
2.4 數學運算與處理類模塊組 31
2.4.1 數學運算模塊組 31
2.4.2 自定義函數模塊組 33
2.4.3 查表模塊組 34
2.4.4 邏輯與位操作模塊組 35
2.5 信號操作類模塊組 36
2.5.1 信號路由模塊組 36
2.5.2 信號屬性模塊組 38
2.5.3 端子與子系統模塊組 38
2.6 Simulink 工具箱與模塊集 39
本章習題 40
第3 章模塊處理與模型菜單系統 43
3.1 模塊的簡單處理與修飾 43
3.1.1 模塊的快捷菜單 44
3.1.2 模塊的復制與移動 44
3.1.3 模塊的字體設置 45
3.1.4 模塊的連接 46
3.1.5 模塊的旋轉與翻轉 47
3.1.6 模塊的顏色設置和陰影設置 48
3.2 模塊的參數修改 49
…
3.3 早期版本Simulink 的菜單系統 53
…
3.4 新版本的工具欄與菜單系統 64
…
3.4.4 格式設置 68
3.4.5 APP 調用 69
3.5 模型瀏覽器的操作界面 69
本章習題 71
第4 章常微分方程建模與仿真 72
4.1 Simulink 的模板設計 72
…
4.1.5 過零點檢測 78
4.2 一階顯式微分方程組的建模 80
…
4.3 一般高階微分方程的建模 89
…
4.4 高階微分方程組的建模 101
…
4.5 分數階微分方程的建模與求解 111
…
4.6 差分方程的建模 117
本章習題 120
第5 章控制系統的Simulink 建模 126
5.1 連續線性模型的Simulink 建模 126
…
5.2 離散線性模型的建模與仿真 139
…
5.3 非線性環節的Simulink 構造 145
…
5.4 模塊運行的自動排序 151
5.5 非線性控制系統的近似方法 154
…
本章習題 164
第6 章子系統與模塊封裝 169
6.1 子系統建模 169
…
6.2 復雜的流程子系統 175
…
6.3 模塊封裝 180
…
6.4 Simulink 模型的語句繪制 195
6.4.1 建立空白的Simulink 模型 195
6.4.2 模塊的復制 198
6.4.3 模塊的連線 199
6.4.4 模塊參數的填寫 201
6.4.5 利用語句的建模舉例 202
6.4.6 基於MATLAB 命令的模塊封裝 205
6.5 用MATLAB 命令控制仿真進程 207
6.5.1 用MATLAB 啟動仿真過程 207
6.5.2 仿真參數的設定 208
6.5.3 Simulink 仿真的輸入與輸出數據結構 209
6.5.4 並行仿真 211
本章習題 213
第7 章Simulink 模塊的編程實現 214
7.1 M-函數與實現 214
…
7.2 S-函數的程序設計 217
…
7.3 用C 語言編寫S-函數 231
7.3.1 C 編譯器的設置 231
7.3.2 S-函數編寫舉例 231
7.4 S-函數編程實踐：自抗擾控制系統 233
7.4.1 擴張狀態觀測器的建模 234
7.4.2 自抗擾控制器的建模 235
7.4.3 自抗擾控制系統的仿真 236
本章習題 239
第8 章Simulink 與數值最優化技術的有機結合 241
8.1 微分方程的邊值問題 242
…
8.2 應用程序界面設計 255
8.3 最優控制器設計 260
8.3.1 傳統最優控制潛在的問題 260
8.3.2 伺服控制的性能指標與最優設計 264
8.3.3 最優控制器設計界面 268
8.3.4 最優控制程序的其他應用 272
8.3.5 開放的程序框架 273
8.3.6 PID 型控制器最好的二階控制器結構 274
8.4 最優PID 控制器設計界面 275
8.4.1 控制系統的底層仿真模型 276
8.4.2 OptimPID 程序舉例 277
8.4.3 開放框架與程序擴展 279
本章習題 280
第9 章多媒體信息處理與仿真 284
9.1 音頻信息的輸入與輸出 284
9.1.1 音頻處理工具箱簡介 285
9.1.2 音頻信息的讀入與播放 285
9.1.3 音頻信號的數據結構 289
9.1.4 MATLAB 命令式音頻讀入與輸出 289
9.2 音頻信號的處理 292
9.2.1 音頻信號的濾波處理 292
9.2.2 動態範圍控制 293
9.2.3 音效處理 295
9.2.4 音頻信息的檢測 297
9.3 視頻信息處理與計算機視覺工具箱 299
9.4 圖像與影像的輸入與輸出 300
9.4.1 圖像與影像的讀取 300
9.4.2 圖像與影像的顯示與輸出 301
9.4.3 命令式影像播放語句 302
9.5 圖像的簡單變換 304
9.5.1 圖像的顏色空間表示 304
9.5.2 顏色空間轉換 305
9.5.3 圖像的幾何尺度變換 307
9.5.4 圖像的Gamma 校正 307
9.5.5 圖像的頻域變換與濾波 309
9.6 圖像分析與增強 310
9.6.1 直方圖均衡化 310
9.6.2 邊緣檢測 313
9.6.3 形態學處理 315
9.6.4 實時影像處理 318
本章習題 318
第10 章工程系統的建模與仿真 320
10.1 物理建模仿真模塊集Simscape 321
10.1.1 數學建模方法的局限性 321
10.1.2 Simscape 簡介 323
10.1.3 Simscape 基礎模塊庫簡介 323
10.1.4 兩類信號及其相互轉換 327
10.1.5 創立簡單的Simscape 模型 328
10.1.6 復雜電路網絡建模與仿真 331
10.2 電氣系統模塊集簡介 332
10.2.1 電源模塊 333
10.2.2 傳感器模塊 333
10.2.3 電路與電子元件模塊 333
10.2.4 機電裝置模塊 335
10.3 電氣系統的建模與仿真 336
10.3.1 電子線路及其仿真 336
10.3.2 運算放大器電路仿真 338
10.3.3 數字電子線路仿真舉例 340
10.4 機械系統建模與仿真 345
10.4.1 簡單力學系統的仿真 345
10.4.2 Multibody 模塊集簡介 347
10.4.3 四連桿機構的建模與仿真 349
本章習題 352
第11 章非工程系統的仿真 356
11.1 藥物動力學系統建模與仿真 356
11.1.1 藥物動力學系統簡介 356
11.1.2 藥物動力學系統的艙室模型 357
11.1.3 帶有傳輸延遲的Wada 模型 360
11.1.4 藥物動力學工具箱和Simulink 模型 362
11.1.5 Mapleson 模型、代碼與框圖 362
11.1.6 藥效學建模 366
11.2 有限狀態機仿真及Stateflow 應用 367
…
11.3 基於SimEvents 的離散事件系統仿真方法 378
11.3.1 離散事件動態系統基本概念 378
11.3.2 SimEvents 模塊集簡介 379
11.3.3 離散事件系統仿真演示 379
本章習題 383
參考文獻 385
MATLAB 函數名索引 390
術語索引 394
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