《MATLAB车辆工程应用实战》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，《MATLAB车辆工程应用实战》均有涉及。 《MATLAB车辆工程应用实战》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。《MATLAB车辆工程应用实战》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。
《MATLAB车辆工程应用实战》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。
MATLAB中文论坛鼎力支持，提供“在线交流，有问必答”网络互动答疑服务
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、10种常用控制系统、7种控制系统仿真算法、4种生物智能算法，从而帮助读者解决复杂的工程问题
结合大量的工程案例，对车辆电子和精密仪器等领域的热门问题进行了深入分析
内容涵盖广泛，涉及土木、机械、电气、高效编程及科学计算等多个领域
MATLAB作为一款科学计算软件逐渐被广大科研人员所接受。其强大的数据计算功能、图像的可视化界面及代码的可移植性受到了广大科研人员和高校师生的认可，成为了科研和学习的必备工具。MATLAB是一款功能强大的仿真软件，MathWorks公司也一直在不断地开发各种开发板的集成接口及仿真器，以做到理论与实际相结合。因此，作为一名数据分析和计算等方面的工作人员和学习者，MATLAB是很好的选择。
1．MATLAB简介
MATLAB是美国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。Simulink仿真器与实际芯片紧密相连，能够完成开发平台实时效果显示，Simulink模块式搭建框架直观，简约明了，在车辆工程应用行业经常用到。
2．MATALB车辆工程应用
本书结合深受读者欢迎的MATLAB案例进行讲解。书中的所有案例均采用MATLAB进行设计，并针对具体工程背景，编写相应的特征函数进行分析。通过仿真实现，可以让读者结合理论推导过程，学习和掌握MATLAB在车辆控制仿真中的应用。
本书涉及面广，从基本操作到高级算法应用，几乎涉及MATLAB车辆控制仿真开发的所有重要知识。
当前，图书市场上还鲜见MATLAB在车辆工程中的应用类书籍。为了帮助读者掌握MATLAB车辆工程仿真应用，笔者结合自己的专业和研究成果编写了本书。本书涉及土木（模态分析、桁架、梁和钢架的设计计算）、机械（机构运动仿真、汽车控制和列车系统等）、电气（电机正反转、数控车床和算法设计等）及其他（高效编程和科学计算等）领域。本书针对相关科研人员和高校师生，选择了应用广泛且有一定难度的工程问题进行分析，适合想全面学习MATLAB算法和使用MATLAB进行开发的工程技术人员阅读。
本书特色
1．提供“在线交流，有问必答”网络互动答疑服务
国内最大的MATLABandSimulink技术交流平台——MATLAB中文论坛（www.iLoveMatlab.cn）联合本书作者和编辑，一起为您提供与本书相关的问题解答和MATLAB技术支持服务，让您获得最佳的阅读体验。具体参与方式请详细阅读本书封底的说明。
2．内容讲解不枯燥
本书结合相关理论和实践案例，以控制对象仿真相关的理论作为支撑，通过理论推导及程序实现，让读者容易理解并且掌握。书中的案例都是经常碰到的例子，读起来不枯燥。
3．内容丰富，覆盖面广
本书紧跟时代背景，结合具体工程实例，例如数控机床PID控制、倒立摆控制、悬臂梁主动控制、模态分析、汽车控制仿真及列车系统仿真等，对车辆电子行业、精密仪器等领域的热门问题进行了分析和研究。针对每一个工程案例，笔者结合理论分析和具体的MATLAB实现，让读者可以真正掌握和应用所学知识。
4．循序渐进，由浅入深
本书从最简单的工程案例开始分析，让读者通过简单的工程案例，更好地熟悉和了解MATLAB的编程思路，然后逐步引入车辆控制仿真，并由此列举了不同系统的控制仿真，可以让读者轻松地掌握。考虑到不同控制对象可以转化为传递函数控制输出模型，因此本书后面章节也给出了常用的遗传算法和粒子群算法实例。通过对智能算法的学习，读者可以真正了解对象控制的方法。
5．真实案例，随学随用
本书是一本注重实践的书，书中有大量的篇幅用在了MATLAB解决具体的真实案例中。在车辆工程中列举了两自由度系统、多自由度系统、列车空调系统、磁悬浮系统和汽车振动模态系统等。列举对象和控制方法紧跟实际的科研，因此对这些案例稍加修改，即可用于读者自己正在进行的项目或课题上，从而实现问题的求解。
本书内容及体系结构
第1篇 MATLAB常见技巧应用及控制系统分析基础（第1~5章）
本篇首先介绍了MATLAB基础知识，包括程序编写、图形绘制，GUI界面开发技巧、各种处理技巧等，读者可根据这些应用可以设计可视化界面，掌握MATLAB应用技能。然后介绍了滤波器的设计及控制系统的简单建模，将车辆工程中的案例转化为实际控制对象，即传递函数模型，通过拉斯变换和Z变换等，并基于MATLAB进行一定的控制仿真加以验证。最后介绍了弹簧阻尼系统建模。车辆通常由很多单自由度系统及多自由度系统（包括弹簧和阻尼等）组成，因此掌握基本的弹簧阻尼系统仿真是一个重要的起点。通过学习这些内容，可以为后续的车辆控制仿真打下坚实的基础。
第2篇 MATLAB PID控制及车辆控制仿真应用（第6～15章）
本篇涉及面较广，列举了PID的控制仿真、人群搜索算法的PID控制、机构的运动学仿真、敞篷汽车的优化设计、列车控制系统仿真、汽车震动控制仿真和汽车车灯光源优化分析等内容。本篇通过案例分析，结合理论和程序代码，真正做到了理论结合实践，以适合广大读者的需要。本篇讲解上层层递进，首先从PID出发，引入了独立小车的控制仿真，然后通过车辆工程中的结构静力学设计计算，引入了PID的悬臂梁振动控制和模态分析，最后介绍列车和汽车的控制仿真，可以让读者真正掌握车辆工程的应用实践。
第3篇 MATLAB算法设计提高（第16～20章）
本篇主要涉及车辆工程中常用的微分方程、椭圆方程、隐式逐步积分计算等方法、遗传算法的优化设计、粒子群算法的优化设计及粒子群算法的机构优化设计等。读者可以灵活运用该类算法解决车辆工程中的复杂问题。椭圆方程拟合、椭圆积分等在椭圆斑的应用中经常用到；椭圆形方程在流体力学、弹性力学、电磁学、几何学和变分法中经常用到；逐步积分方法采用迭代的方法，利用系统运动微分方程来求解系统状态空间，学习和掌握好此类设计，可以较好地解决自己的物理模型。了解BP神经网络、Hopfield网络、PSO、SA、SOA和GA等算法，并通过案例分析，结合算法理论和程序代码，可以让读者真正掌握算法的核心，开发和设计出可移植性高的代码。
本书读者对象
* MATLAB算法爱好者；
* MATLAB工程开发人员；
* 车辆工程相关从业人员；
* Simulink相关从业人员；
* 各高校车辆工程专业的师生。
本书作者
本书由余胜威主笔编写。其他参与编写的人员还有李小妹、周晨、桂凤林、李然、李莹、李玉青、倪欣欣、魏健蓝、夏雨晴、萧万安、余慧利、袁欢、占俊、周艳梅、杨松梅、余月、张广龙、张亮、张晓辉、张雪华、赵海波、赵伟、周成、朱森。
阅读本书的过程中若有疑问，可以在MATLAB中文论坛的本书交流版块提问，也可以发邮件到bookservice2008@163.com，我们会及时答复。
编者
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。
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
1.1 本章导读
1.2 MATLAB界面功能简介
1.3 MATLAB矩阵基本运算
1.4 MATLAB图形点线样式的设置
1.5 MATLAB绘图函数的使用
1.5.1 平面绘图
1.5.2 三维绘图
1.5.3 图形动画的显示
1.5.4 数据趋势逼近
1.5.5 基本图像处理
1.6 MATLAB代码转可执行软件
1.7 MATLAB代码执行时间的计算
1.8 使用Notebook
1.9 读取十六进制数并转换成十进制数
1.10 解决Simulink模型打不开的问题
1.11 结果保存至文本文件
第2章 图形显示及GUI设计
2.1 本章导读
2.2 Annoation图形标注
2.3 图形局部放大
2.4 给图像加上缩放滚动条
2.5 GUI应用分析
2.5.1 图像加载和存储
2.5.2 GUI图形显示
2.5.3 可变GUI窗体设置
2.6 随机变量分布图
2.7 符号变量应用求解
2.8 对数函数图绘制
2.9 在界面上显示特殊字符
第3章 简单工程应用分析
3.1 本章导读
3.2 反射定理证明求解
3.3 椭圆面积积分求解
3.4 天然气井的开采量求解
3.5 烟草摄入量求解
3.6 阻力大小与下落速度求解
第4章 滤波器设计及控制系统仿真建模
4.1 本章导读
4.2 傅立叶变换的性质
4.3 Fourier变换
4.3.1 MATLAB Fourier工具箱实例
4.3.2 快速傅立叶变换与仿真
4.3.3 低通滤波器设计
4.4 Z变换的应用
4.5 系统传递函数模型
4.5.1 传递函数定义
4.5.2 传递函数的特性
4.6 动力学系统基本元件
4.6.1 惯性元件
4.6.2 弹性元件
4.6.3 阻尼元件
4.7 机械手臂控制系统仿真
第5章 弹簧阻尼系统建模
5.1 本章导读
5.2 弹簧振子简谐振动动画
5.3 一阶延迟环节
5.4 单自由度弹簧阻尼系统
5.4.1 机械系统
5.4.2 力-电系统
5.5 多自由度振动系统
5.5.1 二自由度系统
5.5.2 半正定三自由度系统
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
6.1 本章导读
6.2 PID控制原理
6.3 专家PID控制
6.4 增量式PID控制算法及仿真
6.5 积分分离PID控制算法及其仿真
6.6 PID恒温控制
6.7 PID直流电机速度控制
6.8 基于卡尔曼滤波器的PID控制
6.8.1 卡尔曼滤波
6.8.2 卡尔曼温度跟踪
6.8.3 卡尔曼的PID控制
6.9 基于PID的智能小车循迹控制仿真
第7章 基于人群搜索算法的PID参数整定
7.1 SOA算法在PID控制中的运用
7.1.1 PID控制原理
7.1.2 PID的离散化处理
7.1.3 基于SOA的PID参数整定的基本原理
7.2 基于SOA的PID参数整定的设计方案
7.2.1 参数的编码
7.2.2 适应度函数的选取
7.2.3 搜索步长的确定
7.2.4 搜索方向的确定
7.2.5 个体位置的更新
7.2.6 算法流程
7.2.7 算法实例
7.2.8 PID参数整定结果
7.3 进给伺服系统传递函数模型
7.4 基于SOA算法的进给伺服系统PID整定
7.4.1 参数的编码
7.4.2 适应度函数的选取
7.4.3 搜索步长的确定
7.4.4 搜索方向的确定
7.4.5 个体位置的更新
7.4.6 SOA算法流程
7.4.7 PID参数整定结果
第8章 基于LQR和PID的倒立摆小车控制
8.1 本章导读
8.2 问题背景
8.3 线性系统
8.3.1 状态空间表达式
8.3.2 系统状态线性变换
8.3.3 线性系统的能控性
8.4 最优控制
8.4.1 线性二次型控制
8.4.2 LQR状态反馈矩阵求解
8.4.3 PID状态反馈矩阵求解
8.5 单摆运动系统仿真动画
8.6 倒立摆系统
8.6.1 一级倒立摆系统分析
8.6.2 利用LQR法设计控制器
8.6.3 利用PID法设计控制器
8.7 倒立摆系统平衡控制系统设计
8.7.1 线性二次型倒立摆控制
8.7.2 PID倒立摆控制
第9章 结构静力学设计仿真计算
9.1 本章导读
9.2 桁架的静力分析
9.3 梁的静力分析
9.4 桁架模态分析动画设计
9.5 基于单元刚度矩阵的结构受力分析
9.5.1 平面桁架单元刚度矩阵
9.5.2 平面梁单元的刚度方程
9.5.3 平面钢架单元的刚度方程
第10章 悬臂梁振动主动控制
10.1 本章导读
10.2 振动主动控制原理分析
10.3 悬臂梁振动动力学模型
10.3.1 悬臂梁振动力学分析
10.3.2 悬臂梁振动微分方程
10.3.3 固有频率和主振型
10.4 悬臂梁的PID控制仿真
10.4.1 PID控制理论
10.4.2 PID控制器设计与算法仿真
第11章 机构学运动仿真
11.1 本章导读
11.2 曲柄摇杆机构点迹的动态仿真
11.2.1 曲柄摇杆机构模型的分析
11.2.2 Simulink仿真程序设计
11.3 曲柄摇杆机构运动仿真
11.4 双曲柄机构
11.5 双曲柄机构运动仿真
11.6 曲柄滑块机构运动学仿真建模
11.7 复向量坐标系下的曲柄滑块机构仿真
11.8 曲柄滑块机构运动仿真
第12章 敞篷汽车优化设计及模态分析
12.1 本章导读
12.2 汽车敞篷机构设计分析
12.3 敞篷汽车三段式折叠软顶设计
12.4 汽车敞篷机构运动仿真
12.5 模态分析法
12.5.1 二自由度系统传递函数
12.5.2 二自由度系统模态分析
第13章 列车系统控制仿真
13.1 本章导读
13.2 伺服电机正反转仿真
13.3 二自由度系统动力消振器模型
13.4 无源隔振器的频率特性分析
13.5 二自由度车辆悬架系统优化控制
13.6 电磁悬浮模糊控制
13.6.1 电磁悬浮过程控制
13.6.2 电流放大器控制系统
13.6.3 位置控制系统的连续和离散模型
13.6.4 模糊调节器控制
13.7 空调自动控制系统
13.8 列车制动停车过程控制
13.8.1 空气制动力计算
13.8.2 闸瓦压力计算
13.8.3 车辆阻力计算
13.8.4 列车制动停车过程分析
13.8.5 轨面粘着系数
13.8.6 仿真计算
13.8.7 CRH动车临界速度分析
第14章 汽车振动控制仿真
14.1 本章导读
14.2 汽车振动分析
14.3 汽车振动响应
14.3.1 汽车振动系统的简化
14.3.2 四自由度系统模型
14.3.3 频响函数求解
14.4 PID于汽车行驶速度控制
14.4.1 汽车行驶控制模型
14.4.2 汽车行驶控制系统动力学模型
14.5 振动信号频谱分析
第15章 汽车车灯光源优化分析
15.1 本章导读
15.2 问题分析
15.2.1 模型假设
15.2.2 模型符号说明
15.3 点光源直射光形成的锥面方程确定
15.3.1 点光源传播中的能量传递规律
15.3.2 光照度公式推导
15.3.3 点光源直射光锥面方程的确定
15.3.4 直射功率有效值计算
15.4 直射光总功率计算
15.5 测试屏上直射光的亮区模型建立
15.5.1 区域D1中的任一点处的光照强度确定
15.5.2 区域D2中的任一点处的光照强度确定
15.5.3 区域D21中的任一点处的光照强度确定
15.5.4 区域D22中的任一点处的光照强度确定
15.5.5 区域D23、D24中的任一点处的光照强度确定
15.5.6 直射光区域内任一点处的光照强度确定
15.6 建立测试屏幕上反射光的亮区模型
15.7 测试屏亮区及光照度计算
第3篇 MATLAB算法设计提高
第16章 椭圆拟合和微分方程计算
16.1 本章导读
16.2 由离散点拟合圆方程
16.3 由离散点拟合椭圆方程
16.4 拱形圆顶及椭圆顶分析
16.5 椭圆形偏微分方程
第17章 隐式逐步积分法
17.1 本章导读
17.2 常用积分表达式
17.3 欧拉方法
17.3.1 向前欧拉方法
17.3.2 向后欧拉方法
17.4 高阶微分方程（组）的数值计算
17.5 四阶龙格库塔法及亚当斯法
17.6 隐式逐步积分法
17.6.1 线性加速度法
17.6.2 威尔逊?法
第18章 基于PSO的优化设计
18.1 本章导读
18.2 基本粒子群算法
18.3 粒子群算法的收敛性
18.4 粒子群算法函数极值求解
18.4.1 经典测试函数
18.4.2 一维函数全局最优
18.4.3 无约束函数极值寻优
18.4.4 有约束函数极值寻优
18.4.5 有约束函数极值寻优
第19章 基于GA的优化分析
19.1 本章导读
19.2 遗传算法特点
19.3 遗传算法的寻优计算
19.4 基于GA的曲面极大值寻优
19.5 基于GA_PSO算法极小值寻优
第20章 基于PSO的机构优化
20.1 本章导读
20.2 微粒群优化算法研究现状
20.2.1 微粒群优化算法的改进研究
20.2.2 微粒群优化算法的应用研究
20.3 机构优化设计理论分析
20.4 平面连杆机构的模型建立
20.5 利用复合形法进行设计
20.5.1 复合形法的算法流程
20.5.2 模型计算结果
20.6 利用约束随机方向法进行设计
20.6.1 初始点的选择
20.6.2 随机方向法的算法流程
20.6.3 模型计算结果
20.7 利用优化工具箱法进行设计
20.8 利用微粒群优化算法进行设计
参考文献
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