本書系統地講解了MATLAB控制仿真在車輛工程中的應用。書中結合理論和求解對象，解決復雜的工程問題，為實際工程所用，并且對網絡論壇上討論的大部分相關疑難問題，本書均有涉及。本書注重實戰，講解時給出了大量的實例以求解車輛工程的常見問題，從而幫助讀者更好地學習。
本書共20章，分為3篇。涵蓋的內容有：MATLAB基礎知識、圖形顯示及GUI設計、簡單工程應用分析、濾波器設計及控制系統仿真建模、彈簧阻尼系統建模、基于PID的控制算法、基于人群搜索算法的PID參數整定、基于LQR和PID的倒立擺小車控制、結構靜力學設計仿真計算、懸臂梁振動主動控制、結構學運動仿真、敞篷汽車優化設計及模態分析、列車系統控制仿真、汽車振動控制仿真、汽車車燈光源優化分析、橢圓擬合和微分方程計算、隱式逐步積分法、基于PSO的優化設計、基于GA的優化分析和基于PSO的機構優化。
本書適合所有想學習MATLAB算法的人員閱讀，尤其適合車輛工程等相關從業人員閱讀。對于各高校的相關師生，本書也不失為一本很好的參考書。另外，本書還適合Simulink的相關從業人員閱讀。
快速了解本書內容：
詳解48個工程應用案例、54個算法案例和39種算法應用
詳解24種常用數據處理算法：轉可執行代碼、十六進制轉十進制、符號變量求解、FFT、低通濾波器、Z變換、控制系統仿真、專家PID、增量式PID、積分分離PID、卡爾曼濾波、模態分析、動畫仿真、振動動力學分析、信號頻譜分析、偏微分方程、橢圓擬合、歐拉方法、龍格庫塔法、數值計算、線性加速度法、威爾遜法、優化工具箱、復合形法
詳解10種常用控制系統：連桿機構仿真、電磁懸浮控制系統、空調控制系統、列車控制系統、車輛懸架系統、四自由度汽車系統、汽車燈光源亮區及光照度系統、一階延遲環節、單自由度彈簧阻尼系統、半正定三自由度系統
詳解7種控制系統仿真算法：PID控制、卡爾曼的PID控制、人群搜索算法的PID、線性二次控制、主動控制、復向量坐標系下控制仿真、模糊控制器
詳解4種生物智能算法：粒子群算法、遺傳算法、人群搜索算法、基于遺傳算法的粒子群混合優化算法
的機構優化
主要知識點：
MATLAB基礎知識
GUI應用及數值分析
簡單工程應用分析
濾波器設計及控制系統建模
彈簧阻尼系統建模
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的倒立擺小車控制
結構靜力學設計仿真計算
基于PID的懸臂梁振動主動控制
機構學運動仿真
敞篷汽車優化設計及模態分析
列車系統控制仿真
汽車振動控制仿真
汽車車燈光源優化分析
橢圓擬合和微分方程計算
隱式逐步積分法
基于PSO的優化設計
基于GA的優化設計
基于PSO的機構優化
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作者8次獲得全國數學建模競賽大獎，4次獲得編程競賽獎。MATLAB中文論壇鼎力支持，提供"在線交流，有問必答"網絡互動答疑服務
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詳解24種常用數據處理算法、10種常用控制系統、7種控制系統仿真算法、4種生物智能算法，從而幫助讀者解決復雜的工程問題
結合大量的工程案例，對車輛電子和精密儀器等領域的熱門問題進行了深入分析
內容涵蓋廣泛，涉及土木、機械、電氣、高效編程及科學計算等多個領域
注重實際，對網絡上討論的大部分相關疑難問題均有涉及
MATLAB典藏大系(在線交流，有問必答，大量實例，視頻教學)
MATLAB GUI設計入門與實戰》
MATLAB應用大全》
MATLAB優化算法案例分析與應用》
MATLAB優化算法案例分析與應用(進階篇)》
MATLAB數學建模經典案例實戰》
MATLAB圖像處理實例詳解》
MATLAB神經網絡原理與實例精解》
基于MATLAB的高等數學問題求解》
我和數學有約——趣味數學及算法解析》
余勝威，畢業于西南交通大學。有6年MATLAB應用經驗，精通MATLAB算法開發，對程序設計有獨到的見解。榮獲省級、數學建模競賽一等獎4項、二等獎3項、獎1項，還獲得了編程和其他類競賽獎4項。已錄用論文3篇，參與項目10余個，并獨立編寫了4部MATLAB應用領域的圖書。目前主要從事圖像處理、人工智能、信號分析、故障診斷和算法開發等相關方面的研究。
第1篇 MATLAB常見技巧應用及控制系統分析基
第1章 MATLAB基礎知識 2
1.1 本章導讀 2
1.2 MATLAB界面功能簡介 2
1.3 MATLAB矩陣基本運算 7
1.4 MATLAB圖形點線樣式的設置 9
1.5 MATLAB繪圖函數的使用 11
1.5.1 平面繪圖 11
1.5.2 三維繪圖 13
1.5.3 圖形動畫的顯示 16
1.5.4 數據趨勢逼近 17
1.5.5 基本圖像處理 19
1.6 MATLAB代碼轉可執行軟件 20
1.7 MATLAB代碼執行時間的計算 21
1.8 使用Notebook 22
1.9 讀取十六進制數并轉換成十進制數 22
1.10 解決Simulink模型打不開的問題 23
1.11 結果保存至文本文件 24
第2章 圖形顯示及GUI設計 26
2.1 本章導讀 26
2.2 Annoation圖形標注 26
2.3 圖形局部放大 27
2.4 給圖像加上縮放滾動條 28
2.5 GUI應用分析 29
2.5.1 圖像加載和存儲 29
2.5.2 GUI圖形顯示 31
2.5.3 可變GUI窗體設置 32
2.6 隨機變量分布圖 34
2.7 符號變量應用求解 36
2.8 對數函數圖繪制 38
2.9 在界面上顯示特殊字符 40
第3章 簡單工程應用分析 44
3.1 本章導讀 44
3.2 反射定理證明求解 44
3.3 橢圓面積積分求解 46
3.4 天然氣井的開采量求解 47
3.5 煙草攝入量求解 52
3.6 阻力大小與下落速度求解 55
第4章 濾波器設計及控制系統仿真建模 58
4.1 本章導讀 58
4.2 傅立葉變換的性質 58
4.3 Fourier變換 59
4.3.1 MATLAB Fourier工具箱實例 59
4.3.2 快速傅立葉變換與仿真 60
4.3.3 低通濾波器設計 62
4.4 Z變換的應用 73
4.5 系統傳遞函數模型 75
4.5.1 傳遞函數定義 75
4.5.2 傳遞函數的特性 76
4.6 動力學系統基本元件 76
4.6.1 慣性元件 76
4.6.2 彈性元件 76
4.6.3 阻尼元件 77
4.7 機械手臂控制系統仿真 78
第5章 彈簧阻尼系統建模 90
5.1 本章導讀 90
5.2 彈簧振子簡諧振動動畫 90
5.3 一階延遲環節 91
5.4 單自由度彈簧阻尼系統 93
5.4.1 機械系統 95
5.4.2 力-電系統 98
5.5 多自由度振動系統 100
5.5.1 二自由度系統 101
5.5.2 半正定三自由度系統 109
第2篇 MATLAB PID控制及車輛控制仿真應用
第6章 基于PID的控制算法 114
6.1 本章導讀 114
6.2 PID控制原理 114
6.3 專家PID控制 115
6.4 增量式PID控制算法及仿真 119
6.5 積分分離PID控制算法及其仿真 121
6.6 PID恒溫控制 127
6.7 PID直流電機速度控制 129
6.8 基于卡爾曼濾波器的PID控制 132
6.8.1 卡爾曼濾波 133
6.8.2 卡爾曼溫度跟蹤 136
6.8.3 卡爾曼的PID控制 138
6.9 基于PID的智能小車循跡控制仿真 141
第7章 基于人群搜索算法的PID參數整定 145
7.1 SOA算法在PID控制中的運用 145
7.1.1 PID控制原理 145
7.1.2 PID的離散化處理 146
7.1.3 基于SOA的PID參數整定的基本原理 146
7.2 基于SOA的PID參數整定的設計方案 147
7.2.1 參數的編碼 147
7.2.2 適應度函數的選取 147
7.2.3 搜索步長的確定 147
7.2.4 搜索方向的確定 148
7.2.5 個體位置的更新 148
7.2.6 算法流程 149
7.2.7 算法實例 149
7.2.8 PID參數整定結果 149
7.3 進給伺服系統傳遞函數模型 154
7.4 基于SOA算法的進給伺服系統PID整定 155
7.4.1 參數的編碼 155
7.4.2 適應度函數的選取 156
7.4.3 搜索步長的確定 156
7.4.4 搜索方向的確定 157
7.4.5 個體位置的更新 157
7.4.6 SOA算法流程 157
7.4.7 PID參數整定結果 157
第8章 基于LQR和PID的倒立擺小車控制 164
8.1 本章導讀 164
8.2 問題背景 164
8.3 線性系統 165
8.3.1 狀態空間表達式 165
8.3.2 系統狀態線性變換 166
8.3.3 線性系統的能控性 166
8.4 控制 167
8.4.1 線性二次型控制 167
8.4.2 LQR狀態反饋矩陣求解 168
8.4.3 PID狀態反饋矩陣求解 169
8.5 單擺運動系統仿真動畫 170
8.6 倒立擺系統 173
8.6.1 一級倒立擺系統分析 174
8.6.2 利用LQR法設計控制器 175
8.6.3 利用PID法設計控制器 179
8.7 倒立擺系統平衡控制系統設計 180
8.7.1 線性二次型倒立擺控制 181
8.7.2 PID倒立擺控制 183
第9章 結構靜力學設計仿真計算 186
9.1 本章導讀 186
9.2 桁架的靜力分析 186
9.3 梁的靜力分析 188
9.4 桁架模態分析動畫設計 194
9.5 基于單元剛度矩陣的結構受力分析 199
9.5.1 平面桁架單元剛度矩陣 199
9.5.2 平面梁單元的剛度方程 204
9.5.3 平面鋼架單元的剛度方程 207
第10章 懸臂梁振動主動控制 212
10.1 本章導讀 212
10.2 振動主動控制原理分析 212
10.3 懸臂梁振動動力學模型 213
10.3.1 懸臂梁振動力學分析 213
10.3.2 懸臂梁振動微分方程 213
10.3.3 固有頻率和主振型 214
10.4 懸臂梁的PID控制仿真 220
10.4.1 PID控制理論 220
10.4.2 PID控制器設計與算法仿真 221
第11章 機構學運動仿真 226
11.1 本章導讀 226
11.2 曲柄搖桿機構點跡的動態仿真 226
11.2.1 曲柄搖桿機構模型的分析 226
11.2.2 Simulink仿真程序設計 227
11.3 曲柄搖桿機構運動仿真 229
11.4 雙曲柄機構 232
11.5 雙曲柄機構運動仿真 235
11.6 曲柄滑塊機構運動學仿真建模 241
11.7 復向量坐標系下的曲柄滑塊機構仿真 243
11.8 曲柄滑塊機構運動仿真 248
第12章 敞篷汽車優化設計及模態分析 250
12.1 本章導讀 250
12.2 汽車敞篷機構設計分析 250
12.3 敞篷汽車三段式折疊軟頂設計 251
12.4 汽車敞篷機構運動仿真 260
12.5 模態分析法 266
12.5.1 二自由度系統傳遞函數 267
12.5.2 二自由度系統模態分析 268
第13章 列車系統控制仿真 271
13.1 本章導讀 271
13.2 伺服電機正反轉仿真 271
13.3 二自由度系統動力消振器模型 275
13.4 無源隔振器的頻率特性分析 277
13.5 二自由度車輛懸架系統優化控制 279
13.6 電磁懸浮模糊控制 282
13.6.1 電磁懸浮過程控制 282
13.6.2 電流放大器控制系統 285
13.6.3 位置控制系統的連續和離散模型 286
13.6.4 模糊調節器控制 288
13.7 空調自動控制系統 295
13.8 列車制動停車過程控制 298
13.8.1 空氣制動力計算 298
13.8.2 閘瓦壓力計算 299
13.8.3 車輛阻力計算 300
13.8.4 列車制動停車過程分析 300
13.8.5 軌面粘著系數 301
13.8.6 仿真計算 302
13.8.7 CRH動車臨界速度分析 305
第14章 汽車振動控制仿真 308
14.1 本章導讀 308
14.2 汽車振動分析 308
14.3 汽車振動響應 312
14.3.1 汽車振動系統的簡化 312
14.3.2 四自由度系統模型 314
14.3.3 頻響函數求解 315
14.4 PID于汽車行駛速度控制 320
14.4.1 汽車行駛控制模型 320
14.4.2 汽車行駛控制系統動力學模型 320
14.5 振動信號頻譜分析 323
第15章 汽車車燈光源優化分析 333
15.1 本章導讀 333
15.2 問題分析 333
15.2.1 模型假設 333
15.2.2 模型符號說明 334
15.3 點光源直射光形成的錐面方程確定 334
15.3.1 點光源傳播中的能量傳遞規律 335
15.3.2 光照度公式推導 335
15.3.3 點光源直射光錐面方程的確定 336
15.3.4 直射功率有效值計算 337
15.4 直射光總功率計算 341
15.5 測試屏上直射光的亮區模型建立 343
15.5.1 區域D1中的任一點處的光照強度確定 345
15.5.2 區域D2中的任一點處的光照強度確定 346
15.5.3 區域D21中的任一點處的光照強度確定 346
15.5.4 區域D22中的任一點處的光照強度確定 348
15.5.5 區域D23、D24中的任一點處的光照強度確定 348
15.5.6 直射光區域內任一點處的光照強度確定 350
15.6 建立測試屏幕上反射光的亮區模型 354
15.7 測試屏亮區及光照度計算 356
第3篇 MATLAB算法設計提高
第16章 橢圓擬合和微分方程計算 362
16.1 本章導讀 362
16.2 由離散點擬合圓方程 362
16.3 由離散點擬合橢圓方程 364
16.4 拱形圓頂及橢圓頂分析 365
16.5 橢圓形偏微分方程 369
第17章 隱式逐步積分法 372
17.1 本章導讀 372
17.2 常用積分表達式 372
17.3 歐拉方法 376
17.3.1 向前歐拉方法 376
17.3.2 向后歐拉方法 377
17.4 高階微分方程(組)的數值計算 379
17.5 四階龍格庫塔法及亞當斯法 382
17.6 隱式逐步積分法 386
17.6.1 線性加速度法 386
17.6.2 威爾遜?法 389
第18章 基于PSO的優化設計 392
18.1 本章導讀 392
18.2 基本粒子群算法 392
18.3 粒子群算法的收斂性 394
18.4 粒子群算法函數極值求解 395
18.4.1 經典測試函數 396
18.4.2 一維函數全局 401
18.4.3 無約束函數極值尋優 405
18.4.4 有約束函數極值尋優 410
18.4.5 有約束函數極值尋優 413
第19章 基于GA的優化分析 418
19.1 本章導讀 418
19.2 遺傳算法特點 418
19.3 遺傳算法的尋優計算 419
19.4 基于GA的曲面極大值尋優 427
19.5 基于GA_PSO算法極小值尋優 431
第20章 基于PSO的機構優化 434
20.1 本章導讀 434
20.2 微粒群優化算法研究現狀 434
20.2.1 微粒群優化算法的改進研究 434
20.2.2 微粒群優化算法的應用研究 435
20.3 機構優化設計理論分析 435
20.4 平面連桿機構的模型建立 435
20.5 利用復合形法進行設計 438
20.5.1 復合形法的算法流程 438
20.5.2 模型計算結果 438
20.6 利用約束隨機方向法進行設計 441
20.6.1 初始點的選擇 442
20.6.2 隨機方向法的算法流程 442
20.6.3 模型計算結果 442
20.7 利用優化工具箱法進行設計 445
20.8 利用微粒群優化算法進行設計 448
參考文獻 453
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