本书以MATLAB R2016a为平台，以工程建模仿真为背景，将专业技术与大量典型实例相结合，深入浅出地介绍了MATLAB/Simulink在电子信息工程中的建模与仿真应用。全书共分8章，主要介绍了MATLAB R2016a基础知识、Simulink基础知识、MATLAB Simulink系统仿真、Simulink子系统与封装、MATLAB Simulink动力系统仿真、MATLAB Simulink通信系统仿真、MATLAB Simulink模糊控制系统仿真、MATLAB Simulink神经网络系统仿真等内容。让读者轻松快速掌握MATLAB/Simulink，并进一步应用MATLAB/Simulink进行工程的建模与仿真，领略到MATLAB/Simulink的简单、易学、功能强大。

本书以MATLAB R2016a为平台，以工程建模仿真为背景，将专业技术与大量典型实例相结合，深入浅出地介绍了MATLAB/Simulink在电子信息工程中的建模与仿真应用。

前 言
MATLAB是由美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB在以商品形式出现后的短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包纷纷被淘汰，而改在MATLAB平台上重建。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，其建模较一般程序建模更直观，操作更简单，不用死记各种参数即命令的使用方法，只需用鼠标就能完成非常复杂的工作。其广泛应用于线性系统、数字控制、非线性系统以及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink不但功能强大、应用广泛，而且还是一个开放性系统，用户可以自己开发模块来增强Simulink的功能。对于同一个系统模型，利用Simulink可采用多个采样速率。Simulink不但能够实时地显示计算结果，还能够显示模型所表示实物的实际运动形式。使用MATLAB/Simulink进行仿真建模，已成为大量仿真工程师必须掌握的技术之一，也成为高等院校专业学生的必选课程。
MATLAB/Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对于各种时变系统，包括通信、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来进行设计、仿真、执行和测试。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两者混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
本书基于MATLAB R2016a版，由浅入深地全面讲解MATLAB/Simulink的相关知识，帮助读者尽快掌握MATLAB/Simulink的应用。本书具有如下特点：
1．全面细致，循序渐进
本书以MATLAB R2016a为平台，简要全面、由浅入深地介绍MATLAB软件的特色、使用，再辅以MATLAB/Simulink在工程中的应用案例，帮助读者尽快地掌握使用MATLAB/Simulink进行工程应用分析的技能。
2．内容新颖，应用典型
本书结合MATLAB/Simulink解决工程应用中的各种实际问题，详细地讲解MATLAB/Simulink软件的使用方法与技巧，并通过大量典型的应用例子来实操，在讲解过程中辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速地掌握书中的内容。
3．轻松易学，上手快速
本书理论与实例相结合，并通过MATLAB的在线帮助、自带实例等内容，使读者轻松地掌握所学内容，快速上手，还可以提高快速分析和解决实际问题的能力，从而能够在最短的时间内，以最好的效率解决实际通信系统中遇到的问题，提升工作效率。
本书围绕着MATLAB/Simulink在工程中的仿真与建模等内容，分为8章，主要包括：
第1章 MATLAB R2016a基础知识，主要包括MATLAB的发展史、MATLAB的功能特性、MATLAB的工作环境、MATLAB的计算基础等内容。
第2章 Simulink基础知识，主要包括Simulink的功能特点、Simulink工作环境、Simulink的工作原理、Simulink基本模块库及Simulink基本操作等内容。
第3章 MATLAB/Simulink系统仿真，主要包括建模仿真的概述、MATLAB建模仿真、Simulink建模仿真等内容。
第4章 Simulink子系统与封装，主要包括子系统介绍、高级子系统、Simulink控制流语句及封装子系统等内容。
第5章 MATLAB/Simulink动力系统仿真，主要包括动力学微分模型、数值微积分法、传递函数模型、状态空间模型等内容。
第6章 MATLAB/Simulink通信系统仿真，主要包括通信系统的介绍、通信仿真方法、信源与信道模块、滤波器及调制与解调等内容。
第7章 MATLAB/Simulink模糊控制系统仿真，主要包括模糊理论的概述、模糊逻辑控制函数、模糊逻辑控制箱图形界面及模糊聚类分析等内容。
第8章 MATLAB/Simulink神经网络系统仿真，主要包括神经网络的概述、感知器神经网络、BP神经网络、RBF神经网络及自组织竞争人工神经网络等内容。
本书由张德丰编著，此外参加编写工作的还有赵书兰、周品、梁志成、梁仲轩、卢佳华、卢伟彬、罗嘉甫、彭伟星、施洁、许兴杰、杨平、叶利辉、詹锦超、张金林。
本书可作为控制工程、通信工程、电子信息方面的广大科研人员、学者、工程技术人员的参考用书，也可作为高等院校教师、在读理工学生及相关领域的广大科研人员的参考用书。
由于时间仓促，加之作者水平有限，错误和疏漏之处在所难免。在此，诚恳地期望得到各领域的专家和广大读者的批评指正。

编 著 者

张德丰，男， 1963年9月生，辽宁大连人。1993年毕业于哈尔滨工业大学航天学院，获得工学硕士学位。现佛山科学技术学院，电子信息工程学院计算机系，计算机应用技术教授。学院数字图像处理与识别学术带头人。

目 录
第1章 MATLAB R2016a基础知识1
1.1 MATLAB的概述1
1.1.1 MATLAB的发展史1
1.1.2 MATLAB的主要功能3
1.1.3 MATLAB的技术特点4
1.1.4 MATLAB R2016a新增功能5
1.1.5 MATLAB产品说明8
1.2 MATLAB的安装与激活9
1.3 MATLAB的工作环境13
1.3.1 菜单/工具栏15
1.3.2 命令窗口15
1.3.3 历史窗口16
1.3.4 工作空间16
1.3.5 当前文件夹17
1.3.6 搜索路径及设置18
1.3.7 M文件编辑20
1.4 MATLAB帮助系统20
1.4.1 纯文本帮助21
1.4.2 Demos帮助22
1.4.3 帮助导航浏览器22
1.5 MATLAB的工具箱23
1.6 MATLAB的实例演示23
1.7 MATLAB计算基础26
1.7.1 数据类型27
1.7.2 数组38
1.7.3 矩阵及其运算50
1.7.4 高维数组56
1.7.5 稀疏矩阵59
1.8 控制语句62
1.8.1 for循环结构62
1.8.2 while循环结构63
1.8.3 if-else-end结构64
1.8.4 switch-case结构65
1.8.5 try-catch模块68
1.9 M函数70
1.10 可视化72
1.10.1 二维绘图72
1.10.2 三维绘图81
第2章 Simulink基础知识88
2.1 Simulink的概述88
2.1.1 Simulink的功能88
2.1.2 Simulink的特点89
2.2 Simulink的导引90
2.2.1 Simulink的安装90
2.2.2 Simulink的启动91
2.2.3 Simulink工作环境92
2.2.4 第一个Simulink模型实例92
2.3 Simulink的扩展功能94
2.4 Simulink的工作原理95
2.4.1 计算机动态系统仿真95
2.4.2 Simulink求解器97
2.4.3 求解器参数设置98
2.5 Simulink的组成102
2.5.1 应用工具箱103
2.5.2 扩展模块库104
2.6 Simulink环境104
2.7 Simulink模块库105
2.7.1 常用模块库106
2.7.2 连续模块库106
2.7.3 仪表板模块库107
2.7.4 不连续模块库108
2.7.5 离散模块库108
2.7.6 逻辑与位操作模块库110
2.7.7 查表模块库111
2.7.8 数学运算模块库111
2.7.9 模型扩展模块库113
2.7.10 模型验证模块库114
2.7.11 端口与子系统模块库115
2.7.12 信号属性模块库116
2.7.13 信号路由模块库117
2.7.14 信号接收器模块库118
2.7.15 输入源模块库118
2.7.16 用户自定义模块库119
2.8 Simulink系统模型120
2.8.1 Simulink菜单120
2.8.2 打开系统模型121
2.8.3 输入Simulink命令121
2.8.4 保存系统模型124
2.8.5 打印模型及生成报告124
2.9 Simulink的基本操作128
2.9.1 模块的基本操作128
2.9.2 信号线的基本操作129
2.9.3 系统模型的基本操作130
2.9.4 子系统建立131
2.10 Simulink仿真实例133
第3章 MATLAB/Simulink系统仿真135
3.1 系统仿真与仿真概述135
3.1.1 仿真方法与仿真工具的关系135
3.1.2 仿真环境的要求136
3.2 MATLAB建模仿真138
3.2.1 MATLAB实现静态系统139
3.2.2 MATLAB实现动态系统141
3.2.3 MATLAB实现状态方程146
3.3 Simulink建模仿真149
3.3.1 Simulink实现简单系统149
3.3.2 Simulink实现离散系统153
3.3.3 Simulink实现连续系统158
3.3.4 Simulink实现混合系统165
3.4 命令行方式实现动态仿真169
3.4.1 sim命令实现动态仿真169
3.4.2 模型线性化176
3.4.3 求取平均点179
第4章 Simulink子系统与封装181
4.1 子系统介绍181
4.1.1 子系统定义181
4.1.2 创建子系统183
4.1.3 子系统的基本操作184
4.1.4 浏览层级子系统184
4.2 高级子系统186
4.2.1 使能子系统186
4.2.2 触发子系统191
4.2.3 触发使能子系统195
4.2.4 交替创建执行子系统196
4.3 Simulink控制流语句198
4.3.1 if-else语句198
4.3.2 Switch语句200
4.3.3 While语句201
4.3.4 for语句203
4.3.5 Simulink控制流的实现204
4.4 封装子系统207
4.4.1 封装子系统的概述207
4.4.2 创建封装模块动态对话框213
4.5 S-function函数217
4.5.1 S-function的概述217
4.5.2 S-function的概念218
4.5.3 S-function模块221
4.5.4 S-function的工作原理223
4.5.5 S-function的仿真流程224
4.5.6 S-function的回调程序225
4.5.7 编写M文件的S-function函数225
4.5.8 S-function模板实现230
第5章 MATLAB/Simulink动力系统仿真241
5.1 动力学微分模型241
5.1.1 动力学建模概述241
5.1.2 动力学建模基本定理242
5.2 数值微积分法246
5.2.1 数值积分法246
5.2.2 数值微分法248
5.2.3 龙格-库塔法252
5.2.4 四阶龙格-库塔法254
5.2.5 隐式逐步积分法257
5.2.6 微分方程的边值问题260
5.3 传递函数模型265
5.3.1 传递函数的概述265
5.3.2 传递函数的基本环节265
5.3.3 传递函数的形式267
5.3.4 传递函数的仿真与建模272
5.4 状态空间模型281
5.4.1 状态空间模型的形式282
5.4.2 状态空间的相似变换284
5.4.3 状态空间与传递函数模型间的转换286
5.4.4 串并联法实现模型间转换294
5.4.5 建立状态空间仿真模型299
5.5 系统的瞬态响应分析303
5.5.1 一阶系统的瞬态分析304
5.5.2 二阶系统的瞬态分析306
5.5.3 MATLAB/Simulink仿真建模311
5.6 系统频域分析313
5.6.1 单位脉冲与频率响应函数313
5.6.2 频率响应建模与仿真317
第6章 MATLAB/Simulink通信系统仿真324
6.1 通信系统的介绍324
6.1.1 通信系统的分类324
6.1.2 通信系统的组成326
6.1.3 模拟通信系统的概述328
6.1.4 数字通信系统的概述328
6.2 通信仿真方法330
6.2.1 状态方程求解法330
6.2.2 蒙特卡罗方法333
6.2.3 混合方法336
6.3 信源与信道模块339
6.3.1 信源模块339
6.3.2 信道模块345
6.3.3 信源与信道模块应用349
6.4 滤波器351
6.4.1 滤波器最小阶和3dB截止频率352
6.4.2 线性滤波器的常用命令353
6.4.3 滤波器的实现353
6.5 调制与解调361
6.5.1 基带模型与调制通带362
6.5.2 调制/解调MATLAB实现362
6.5.3 调制/解调模块367
6.5.4 调制/解调模块实现374
6.6 数字调制/解调模型376
6.6.1 数字调制/解调模型介绍376
6.6.2 数字调制/解调模型实现385
第7章 MATLAB/Simulink模糊控制系统仿真388
7.1 模糊理论的概述388
7.1.1 模糊集合388
7.1.2 模糊关系389
7.1.3 模糊逻辑390
7.1.4 模糊语言390
7.1.5 模糊推理391
7.1.6 模糊控制系统的组成392
7.2 模糊逻辑控制函数395
7.2.1 高斯型隶属函数395
7.2.2 三角形隶属函数397
7.3 模糊逻辑控制箱图形界面398
7.3.1 基本FIS编辑器398
7.3.2 隶属函数编辑器399
7.3.3 绘制FIS400
7.3.4 设置模糊系统属性401
7.3.5 规则编辑器401
7.3.6 规则观察器402
7.3.7 曲面观察器403
7.4 模糊聚类分析403
7.4.1 模糊C-均值聚类403
7.4.2 减法聚类408
7.4.3 其他聚类412
7.5 模糊控制系统仿真417
7.5.1 模糊逻辑工具箱417
7.5.2 PID控制器424
7.5.3 Rule观察器427
7.5.4 Surface观察器427
7.5.5 自带的模糊控制实例428
第8章 MATLAB/Simulink神经网络系统仿真431
8.1 神经网络的概述431
8.1.1 神经元模型432
8.1.2 神经网络结构434
8.1.3 神经网络的学习规则435
8.2 MATLAB神经网络工具箱436
8.3 感知器神经网络441
8.3.1 感知器网络结构442
8.3.2 感知器的应用442
8.4 BP神经网络444
8.4.1 BP神经网络模型444
8.4.2 BP网络学习算法446
8.4.3 BP神经网络应用447
8.5 RBF神经网络451
8.5.1 RBF神经元模型451
8.5.2 RBF网络模型452
8.5.3 RBF神经网络传递函数452
8.5.4 RBF神经网络的创建与学习过程453
8.5.5 径向基网络的应用454
8.6 自组织竞争人工神经网络458
8.6.1 网络结构458
8.6.2 竞争学习规则459
8.6.3 竞争网络的训练过程461
8.6.4 自组织竞争网络的应用461
8.7 反馈型神经网络468
8.7.1 Elman网络469
8.7.2 Hopfield网络472
8.8 基于Simulink神经网络476
8.8.1 神经网络模块476
8.8.2 创建模块478
8.9 基于Simulink神经网络控制系统480
8.9.1 神经网络预测控制器481
8.9.2 反馈线性化控制器483
8.9.3 模型参考控制器486
参考文献490