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| 內容簡介： |
本书全面系统地讲解了MATLAB控制仿真在车辆工程中的应用。书中结合理论和求解对象，解决复杂的工程问题，为实际工程所用，并且对网络论坛上讨论的大部分相关疑难问题，本书均有涉及。本书注重实战，讲解时给出了大量的实例以求解车辆工程的常见问题，从而帮助读者更好地学习。
本书共20章，分为3篇。涵盖的内容有：MATLAB基础知识、图形显示及GUI设计、简单工程应用分析、滤波器设计及控制系统仿真建模、弹簧阻尼系统建模、基于PID的控制算法、基于人群搜索算法的PID参数整定、基于LQR和PID的倒立摆小车控制、结构静力学设计仿真计算、悬臂梁振动主动控制、结构学运动仿真、敞篷汽车优化设计及模态分析、列车系统控制仿真、汽车振动控制仿真、汽车车灯光源优化分析、椭圆拟合和微分方程计算、隐式逐步积分法、基于PSO的优化设计、基于GA的优化分析和基于PSO的机构优化。
本书适合所有想全面学习MATLAB算法的人员阅读，尤其适合车辆工程等相关从业人员阅读。对于各高校的相关师生，本书也不失为一本很好的参考书。另外，本书还适合Simulink的相关从业人员阅读。
快速了解本书内容：
详解48个工程应用案例、54个算法案例和39种算法应用
详解24种常用数据处理算法：转可执行代码、十六进制转十进制、符号变量求解、FFT、低通滤波器、Z变换、控制系统仿真、专家PID、增量式PID、积分分离PID、卡尔曼滤波、模态分析、动画仿真、振动动力学分析、信号频谱分析、偏微分方程、椭圆拟合、欧拉方法、龙格库塔法、数值计算、线性加速度法、威尔逊法、优化工具箱、复合形法
详解10种常用控制系统：连杆机构仿真、电磁悬浮控制系统、空调控制系统、列车控制系统、车辆悬架系统、四自由度汽车系统、汽车灯光源亮区及光照度系统、一阶延迟环节、单自由度弹簧阻尼系统、半正定三自由度系统
详解7种控制系统仿真算法：PID控制、卡尔曼的PID控制、人群搜索算法的PID、线性二次控制、主动控制、复向量坐标系下控制仿真、模糊控制器
详解4种生物智能算法：粒子群算法、遗传算法、人群搜索算法、基于遗传算法的粒子群混合优化算法
的机构优化
主要知识点：
MATLAB基础知识
GUI应用及数值分析
简单工程应用分析
滤波器设计及控制系统建模
弹簧阻尼系统建模
基于PID的控制算法
基于人群搜索算法的PID整定
基于PID和LQR的倒立摆小车控制
结构静力学设计仿真计算
基于PID的悬臂梁振动主动控制
机构学运动仿真
敞篷汽车优化设计及模态分析
列车系统控制仿真
汽车振动控制仿真
汽车车灯光源优化分析
椭圆拟合和微分方程计算
隐式逐步积分法
基于PSO的优化设计
基于GA的优化设计
基于PSO的机构优化
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| 關於作者： |
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余胜威 毕业于西南交通大学。有6年MATLAB应用经验，精通MATLAB算法开发，对程序设计有独到的见解。荣获省级、国家级数学建模竞赛一等奖4项、二等奖3项、优秀奖1项，还获得了编程和其他类竞赛奖4项。已录用论文3篇，参与项目10余个，并独立编写了4部MATLAB应用领域的图书。目前主要从事图像处理、人工智能、信号分析、故障诊断和算法开发等相关方面的研究。
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| 目錄：
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第1篇 MATLAB常见技巧应用及控制系统分析基础
第1章 MATLAB基础知识2
1.1 本章导读2
1.2 MATLAB界面功能简介2
1.3 MATLAB矩阵基本运算7
1.4 MATLAB图形点线样式的设置9
1.5 MATLAB绘图函数的使用11
1.5.1 平面绘图11
1.5.2 三维绘图13
1.5.3 图形动画的显示16
1.5.4 数据趋势逼近17
1.5.5 基本图像处理19
1.6 MATLAB代码转可执行软件20
1.7 MATLAB代码执行时间的计算21
1.8 使用Notebook22
1.9 读取十六进制数并转换成十进制数22
1.10 解决Simulink模型打不开的问题23
1.11 结果保存至文本文件24
第2章 图形显示及GUI设计26
2.1 本章导读26
2.2 Annoation图形标注26
2.3 图形局部放大27
2.4 给图像加上缩放滚动条28
2.5 GUI应用分析29
2.5.1 图像加载和存储29
2.5.2 GUI图形显示31
2.5.3 可变GUI窗体设置32
2.6 随机变量分布图34
2.7 符号变量应用求解36
2.8 对数函数图绘制38
2.9 在界面上显示特殊字符40
第3章 简单工程应用分析44
3.1 本章导读44
3.2 反射定理证明求解44
3.3 椭圆面积积分求解46
3.4 天然气井的开采量求解47
3.5 烟草摄入量求解52
3.6 阻力大小与下落速度求解55
第4章 滤波器设计及控制系统仿真建模58
4.1 本章导读58
4.2 傅立叶变换的性质58
4.3 Fourier变换59
4.3.1 MATLAB Fourier工具箱实例59
4.3.2 快速傅立叶变换与仿真60
4.3.3 低通滤波器设计62
4.4 Z变换的应用73
4.5 系统传递函数模型75
4.5.1 传递函数定义75
4.5.2 传递函数的特性76
4.6 动力学系统基本元件76
4.6.1 惯性元件76
4.6.2 弹性元件76
4.6.3 阻尼元件77
4.7 机械手臂控制系统仿真78
第5章 弹簧阻尼系统建模90
5.1 本章导读90
5.2 弹簧振子简谐振动动画90
5.3 一阶延迟环节91
5.4 单自由度弹簧阻尼系统93
5.4.1 机械系统95
5.4.2 力-电系统98
5.5 多自由度振动系统100
5.5.1 二自由度系统101
5.5.2 半正定三自由度系统109
第2篇 MATLAB PID控制及车辆控制仿真应用
第6章 基于PID的控制算法114
6.1 本章导读114
6.2 PID控制原理114
6.3 专家PID控制115
6.4 增量式PID控制算法及仿真119
6.5 积分分离PID控制算法及其仿真121
6.6 PID恒温控制127
6.7 PID直流电机速度控制129
6.8 基于卡尔曼滤波器的PID控制132
6.8.1 卡尔曼滤波133
6.8.2 卡尔曼温度跟踪136
6.8.3 卡尔曼的PID控制138
6.9 基于PID的智能小车循迹控制仿真141
第7章 基于人群搜索算法的PID参数整定145
7.1 SOA算法在PID控制中的运用145
7.1.1 PID控制原理145
7.1.2 PID的离散化处理146
7.1.3 基于SOA的PID参数整定的基本原理146
7.2 基于SOA的PID参数整定的设计方案147
7.2.1 参数的编码147
7.2.2 适应度函数的选取147
7.2.3 搜索步长的确定147
7.2.4 搜索方向的确定148
7.2.5 个体位置的更新148
7.2.6 算法流程149
7.2.7 算法实例149
7.2.8 PID参数整定结果149
7.3 进给伺服系统传递函数模型154
7.4 基于SOA算法的进给伺服系统PID整定155
7.4.1 参数的编码155
7.4.2 适应度函数的选取156
7.4.3 搜索步长的确定156
7.4.4 搜索方向的确定157
7.4.5 个体位置的更新157
7.4.6 SOA算法流程157
7.4.7 PID参数整定结果157
第8章 基于LQR和PID的倒立摆小车控制164
8.1 本章导读164
8.2 问题背景164
8.3 线性系统165
8.3.1 状态空间表达式165
8.3.2 系统状态线性变换166
8.3.3 线性系统的能控性166
8.4 最优控制167
8.4.1 线性二次型控制167
8.4.2 LQR状态反馈矩阵求解168
8.4.3 PID状态反馈矩阵求解169
8.5 单摆运动系统仿真动画170
8.6 倒立摆系统173
8.6.1 一级倒立摆系统分析174
8.6.2 利用LQR法设计控制器175
8.6.3 利用PID法设计控制器179
8.7 倒立摆系统平衡控制系统设计180
8.7.1 线性二次型倒立摆控制181
8.7.2 PID倒立摆控制183
第9章 结构静力学设计仿真计算186
9.1 本章导读186
9.2 桁架的静力分析186
9.3 梁的静力分析188
9.4 桁架模态分析动画设计194
9.5 基于单元刚度矩阵的结构受力分析199
9.5.1 平面桁架单元刚度矩阵199
9.5.2 平面梁单元的刚度方程204
9.5.3 平面钢架单元的刚度方程207
第10章 悬臂梁振动主动控制212
10.1 本章导读212
10.2 振动主动控制原理分析212
10.3 悬臂梁振动动力学模型213
10.3.1 悬臂梁振动力学分析213
10.3.2 悬臂梁振动微分方程213
10.3.3 固有频率和主振型214
10.4 悬臂梁的PID控制仿真220
10.4.1 PID控制理论220
10.4.2 PID控制器设计与算法仿真221
第11章 机构学运动仿真226
11.1 本章导读226
11.2 曲柄摇杆机构点迹的动态仿真226
11.2.1 曲柄摇杆机构模型的分析226
11.2.2 Simulink仿真程序设计227
11.3 曲柄摇杆机构运动仿真229
11.4 双曲柄机构232
11.5 双曲柄机构运动仿真235
11.6 曲柄滑块机构运动学仿真建模241
11.7 复向量坐标系下的曲柄滑块机构仿真243
11.8 曲柄滑块机构运动仿真248
第12章 敞篷汽车优化设计及模态分析250
12.1 本章导读250
12.2 汽车敞篷机构设计分析250
12.3 敞篷汽车三段式折叠软顶设计251
12.4 汽车敞篷机构运动仿真260
12.5 模态分析法266
12.5.1 二自由度系统传递函数267
12.5.2 二自由度系统模态分析268
第13章 列车系统控制仿真271
13.1 本章导读271
13.2 伺服电机正反转仿真271
13.3 二自由度系统动力消振器模型275
13.4 无源隔振器的频率特性分析277
13.5 二自由度车辆悬架系统优化控制279
13.6 电磁悬浮模糊控制282
13.6.1 电磁悬浮过程控制282
13.6.2 电流放大器控制系统285
13.6.3 位置控制系统的连续和离散模型286
13.6.4 模糊调节器控制288
13.7 空调自动控制系统295
13.8 列车制动停车过程控制298
13.8.1 空气制动力计算298
13.8.2 闸瓦压力计算299
13.8.3 车辆阻力计算300
13.8.4 列车制动停车过程分析300
13.8.5 轨面粘着系数301
13.8.6 仿真计算302
13.8.7 CRH动车临界速度分析305
第14章 汽车振动控制仿真308
14.1 本章导读308
14.2 汽车振动分析308
14.3 汽车振动响应312
14.3.1 汽车振动系统的简化312
14.3.2 四自由度系统模型314
14.3.3 频响函数求解315
14.4 PID于汽车行驶速度控制320
14.4.1 汽车行驶控制模型320
14.4.2 汽车行驶控制系统动力学模型320
14.5 振动信号频谱分析323
第15章 汽车车灯光源优化分析333
15.1 本章导读333
15.2 问题分析333
15.2.1 模型假设333
15.2.2 模型符号说明334
15.3 点光源直射光形成的锥面方程确定334
15.3.1 点光源传播中的能量传递规律335
15.3.2 光照度公式推导335
15.3.3 点光源直射光锥面方程的确定336
15.3.4 直射功率有效值计算337
15.4 直射光总功率计算341
15.5 测试屏上直射光的亮区模型建立343
15.5.1 区域D1中的任一点处的光照强度确定345
15.5.2 区域D2中的任一点处的光照强度确定346
15.5.3 区域D21中的任一点处的光照强度确定346
15.5.4 区域D22中的任一点处的光照强度确定348
15.5.5 区域D23、D24中的任一点处的光照强度确定348
15.5.6 直射光区域内任一点处的光照强度确定350
15.6 建立测试屏幕上反射光的亮区模型354
15.7 测试屏亮区及光照度计算356
第3篇 MATLAB算法设计提高
第16章 椭圆拟合和微分方程计算362
16.1 本章导读362
16.2 由离散点拟合圆方程362
16.3 由离散点拟合椭圆方程364
16.4 拱形圆顶及椭圆顶分析365
16.5 椭圆形偏微分方程369
第17章 隐式逐步积分法372
17.1 本章导读372
17.2 常用积分表达式372
17.3 欧拉方法376
17.3.1 向前欧拉方法376
17.3.2 向后欧拉方法377
17.4 高阶微分方程（组）的数值计算379
17.5 四阶龙格库塔法及亚当斯法382
17.6 隐式逐步积分法386
17.6.1 线性加速度法386
17.6.2 威尔逊?法389
第18章 基于PSO的优化设计392
18.1 本章导读392
18.2 基本粒子群算法392
18.3 粒子群算法的收敛性394
18.4 粒子群算法函数极值求解395
18.4.1 经典测试函数396
18.4.2 一维函数全局最优401
18.4.3 无约束函数极值寻优405
18.4.4 有约束函数极值寻优410
18.4.5 有约束函数极值寻优413
第19章 基于GA的优化分析418
19.1 本章导读418
19.2 遗传算法特点418
19.3 遗传算法的寻优计算419
19.4 基于GA的曲面极大值寻优427
19.5 基于GA_PSO算法极小值寻优431
第20章 基于PSO的机构优化434
20.1 本章导读434
20.2 微粒群优化算法研究现状434
20.2.1 微粒群优化算法的改进研究434
20.2.2 微粒群优化算法的应用研究435
20.3 机构优化设计理论分析435
20.4 平面连杆机构的模型建立435
20.5 利用复合形法进行设计438
20.5.1 复合形法的算法流程438
20.5.2 模型计算结果438
20.6 利用约束随机方向法进行设计441
20.6.1 初始点的选择442
20.6.2 随机方向法的算法流程442
20.6.3 模型计算结果442
20.7 利用优化工具箱法进行设计445
20.8 利用微粒群优化算法进行设计448
参考文献453
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