Basic Matlab, Simulink And Stateflow (Aiaa Education Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:AIAA (American Institute of Aeronautics & Ast

作者:Richard Colgren

出品人:

页数:350

译者:

出版时间:2006-08-14

价格:USD 94.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781563478383

丛书系列:

图书标签:

• Simulink
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MATLAB/Simulink/Stateflow 进阶指南：释放复杂系统建模与仿真的全部潜能 本书并非一本基础入门的教材，而是专为那些已经掌握 MATLAB、Simulink 和 Stateflow 基本操作，并希望深入理解其高级功能、优化工作流程、并将其应用于解决复杂工程问题的工程师、研究人员和高级学生而设计。我们将超越简单的函数调用和模型搭建，深入探讨如何构建更加高效、鲁棒且可维护的仿真环境，如何驾驭 Simulink 的强大功能进行系统级设计，以及如何利用 Stateflow 精准建模和分析离散事件系统和状态驱动逻辑。 第一部分：MATLAB 深度解析与高效编程 在 MATLAB 部分，我们将聚焦于那些能显著提升开发效率和代码性能的进阶技术。 高级数据管理与内存优化： 掌握 MATLAB 内存管理机制，学习如何有效地分配和释放内存，避免因内存溢出导致的程序崩溃。我们将探讨稀疏矩阵、`memmapfile` 等工具在处理海量数据时的优势，以及如何利用 `pack` 和 `clearvars` 等命令进行系统化的内存清理。此外，还将介绍自定义数据结构和类的设计，以实现更高效的数据组织和访问。 面向对象编程（OOP）在 MATLAB 中的应用： 深入理解 MATLAB 的面向对象特性，包括类、对象、继承、多态性和封装。我们将通过实际案例演示如何构建可重用的组件、设计灵活的仿真框架，以及如何利用 OOP 提高代码的可读性、可维护性和扩展性。重点将放在如何设计更具结构化的仿真模型，以及如何通过继承实现不同系统模块之间的通用性。 MEX 文件与 JIT 编译： 探索 MATLAB 与 C/C++/Fortran 混合编程的技术，通过 MEX 文件调用底层高性能代码，从而加速计算密集型任务。我们将详细讲解 MEX 文件的编写、编译和集成流程，包括如何处理数据类型转换和错误管理。同时，我们将深入剖析 MATLAB 的即时（JIT）编译技术，了解其工作原理，并学习如何通过代码结构优化来最大化 JIT 编译的性能提升效果。 并行计算与 GPU 加速： 充分利用多核处理器和 GPU 资源，大幅缩短仿真时间。本书将详细介绍 MATLAB 的并行计算工具箱，包括 `parfor` 循环、`spmd` 语句以及并行池的管理。我们将探讨如何识别和并行化仿真中的计算瓶颈，并提供 GPU 计算的实践指南，涵盖矩阵运算、图像处理和深度学习等常见应用场景。 性能分析与代码优化： 掌握 MATLAB Profiler 的高级用法，准确识别代码中的性能瓶颈。我们将学习如何基于分析结果进行有针对性的代码优化，包括算法改进、向量化操作、函数重构等。还将介绍一些鲜为人知的性能调优技巧，例如利用 `feval` 的惰性求值、函数句柄的缓存以及避免不必要的拷贝操作。 第二部分：Simulink 复杂系统建模与仿真策略 Simulink 是复杂系统建模与仿真的核心平台。在本部分，我们将深入挖掘其高级功能，并分享构建健壮、高效仿真模型的策略。 模型解算器与仿真精度： 深入理解不同 Simulink 解算器（例如 ODE45, ODE15s, ode113, etc.）的工作原理、适用范围和参数设置。我们将探讨如何根据系统的动态特性选择最优解算器，以及如何调整容差参数（`AbsTol`, `RelTol`）以在仿真精度和计算效率之间取得平衡。重点将放在如何诊断和解决仿真中的数值不稳定性问题，例如刚性系统和代数约束。 状态空间与传递函数模型的高级应用： 除了基本的时域和频域分析，我们将探讨如何利用 MATLAB 的系统对象（System Objects）和 Simulink 的 `ss`、`tf` 函数构建和操作更复杂的系统模型。我们将深入研究如何进行模型降阶（Model Order Reduction）以简化仿真，以及如何利用传递函数矩阵（Transfer Function Matrices）和状态空间矩阵（State-Space Matrices）进行系统互联和分析。 可变步长与固定步长仿真： 详细分析可变步长和固定步长仿真的优缺点，以及它们在不同应用场景下的选择依据。我们将重点探讨在嵌入式系统开发中，如何将固定步长仿真模型转换为可执行代码，并详细讲解模型参数的整数化和定点数（Fixed-Point）表示，以满足嵌入式硬件的限制。 模型组件化与库管理： 掌握创建和管理自定义 Simulink 库（Libraries）的最佳实践，以提高模型的可重用性和一致性。我们将演示如何设计参数化模块、实现配置集（Configuration Sets）的管理，以及如何利用模型引用（Model Referencing）构建大型、模块化的仿真系统，从而提升团队协作效率和模型维护性。 多速率仿真与联合仿真： 深入理解多速率（Multi-Rate）系统建模的挑战，并学习如何在 Simulink 中有效地处理不同采样率的信号。我们将介绍多速率信号的路由、同步和插值技术。此外，还将探讨与外部软件（如 C/C++ 代码、其他仿真工具）进行联合仿真（Co-simulation）的方法，包括使用 S-Function、Simulink Coder 和外部接口。 仿真加速与代码生成： 探索 Simulink Coder 和 Embedded Coder 的高级功能，以生成高效、优化的 C/C++ 代码。我们将深入讲解代码生成选项的配置，例如代码优化级别、数据类型选择以及代码风格。重点将放在如何为嵌入式系统生成符合特定硬件平台要求的代码，以及如何进行代码验证和调试。 第三部分：Stateflow 离散事件与状态驱动逻辑建模 Stateflow 是建模和仿真基于事件的系统和复杂控制逻辑的强大工具。本部分将深入探讨其高级特性。 状态机设计模式与高级逻辑： 超越基本的状态图，我们将介绍更复杂的状态机设计模式，如并行状态、历史状态、选择状态和转换条件优先级。我们将深入探讨如何利用函数图（Graphical Functions）和 MATLAB 函数（MATLAB Functions）封装复杂的局部逻辑，从而提高状态图的可读性和模块化。 事件驱动建模与同步： 掌握 Stateflow 中不同类型的事件（Machine-level events, Local events, Input events, Output events）的使用，以及如何实现事件的触发、监听和传播。我们将重点讲解如何处理事件的优先级和同步问题，以确保状态转换的确定性和鲁棒性。 数据管理与消息传递： 深入理解 Stateflow 中的数据存储方式（Input, Output, Local, Persistent, Constant），并学习如何通过消息传递（Message Passing）实现不同状态图实例之间或状态图与 Simulink 模型之间的数据交换。我们将探讨如何设计高效的数据流，以及如何避免数据竞争和死锁。 时间约束与定时事件： 学习如何利用 Stateflow 中的时间限制（Time Constraints）和定时事件（Timed Events）来建模具有时间依赖性的系统行为。我们将探讨如何设置延迟、超时以及周期性事件，并将其应用于实时控制系统和调度算法的设计。 模型验证与仿真分析： 利用 Stateflow 提供的测试向量（Test Vectors）和仿真记录（Simulation Logs）功能，进行状态机行为的验证和调试。我们将介绍如何创建全面的测试场景，以覆盖各种可能的执行路径和异常情况。同时，还将探讨如何利用 Stateflow 的属性编辑器（Property Inspector）进行模型的详细配置和参数化。 Stateflow 与 C/C++ 代码生成： 深入讲解 Stateflow Coder 如何将状态机模型转换为可执行的 C/C++ 代码。我们将详细分析代码生成选项，例如目标语言、代码优化策略以及数据导出格式。重点将放在如何为嵌入式应用生成紧凑、高效的状态机代码，并提供代码集成和调试的实践经验。 第四部分：综合应用与最佳实践 本部分将整合前三部分的知识，通过实际案例演示如何将 MATLAB、Simulink 和 Stateflow 结合，解决复杂的工程问题，并分享行业内的最佳实践。 复杂控制系统设计： 演示如何利用 Simulink 搭建多输入多输出（MIMO）控制系统，并利用 Stateflow 对其进行复杂的逻辑控制和故障诊断。我们将深入探讨模型在环（MiL）、软件在环（SiL）和硬件在环（HiL）仿真流程。 嵌入式系统开发流程： 详细阐述从模型设计到嵌入式代码生成的完整流程，包括模型验证、代码优化、目标硬件部署和调试。我们将重点关注如何生成高效、可读性强的代码，并满足嵌入式系统的资源限制。 高级系统集成与测试： 探讨如何将多个 Simulink 和 Stateflow 模型进行集成，构建大型仿真平台。我们将分享模型接口设计、数据字典管理和自动化测试的策略。 项目管理与协作： 分享在大型工程项目中，如何利用 MATLAB 和 Simulink 的版本控制、团队协作工具以及模型管理策略，提高项目效率和质量。 本书将辅以大量精心设计的实例，帮助读者将理论知识转化为实际技能。通过本书的学习，您将能够更自信地驾驭 MATLAB、Simulink 和 Stateflow 的强大功能，应对日益复杂的工程挑战，并显著提升您的系统建模、仿真和软件开发能力。

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从一个资深工程师的角度来看，我更看重这本书是否能提供“最佳实践”和“陷阱规避”的经验分享。一本好的专业书籍不应该只是简单地复述软件手册的功能，而应该融入作者多年实践中总结出来的经验教训。例如，在Simulink中，如何选择合适的求解器（Solver）以兼顾仿真精度和计算效率？如何管理大型模型以保证可读性和模块化？在Stateflow中，如何有效利用Truth Table和函数模块来简化复杂的决策逻辑？这些都是教科书往往会一带而过，但在实际项目中却决定成败的关键点。如果《Basic Matlab, Simulink And Stateflow》能够在这些“潜规则”和高级技巧上有所建树，并提供一些经过验证的模板代码或模型结构，那么它就不再仅仅是一本“基础”读物，而会成为我们日常工作中的生产力工具。我希望它能提供一些关于模型验证和一致性检查的指导，这是从仿真走向实际部署的必经之路。

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我对这本书的侧重点非常好奇，特别是“AIAA Education Series”这个背景。这意味着它的读者群可能更侧重于需要进行系统级分析和验证的专业人士。因此，我期待它在讲解基础工具的同时，能紧密结合经典的航空航天或机械工程问题。例如，它是否会用一个完整的例子贯穿全书，从最初的微分方程推导，到MATLAB脚本的参数化处理，再到Simulink的集成仿真，最后用Stateflow来控制整个流程。如果能看到一个完整的闭环系统建模案例，并且该案例足够复杂到能体现出Simulink和Stateflow联用的威力，我会非常满意。这种系统性、案例驱动的学习方式，远比零散的知识点罗列更能帮助读者建立起完整的认知框架，从而真正掌握如何利用这套工具解决真实世界的工程难题，而不是仅仅学会了如何点击鼠标。

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读完介绍，我立刻被一种严谨的学术气息所吸引，这显然不是那种面向快速入门的“速成手册”。AIAA教育系列的标签本身就保证了内容的专业性和深度，这意味着我们不能期望它像网络上那些轻量级的教程那样，用最简单的例子糊弄过去。我更倾向于认为这是一本需要细嚼慢咽、反复推敲的教材。我的关注点在于它如何处理“基础”这个概念。对于一个完全没有接触过这套工具的人来说，“基础”意味着需要从零开始建立对图形化编程环境（Simulink）的直观理解；而对于一个有一定编程经验的人来说，“基础”则意味着要快速掌握其在特定工程领域（可能是控制系统或信号处理）中的核心应用范式。我希望这本书能在这两者之间找到一个完美的平衡点，提供足够多的理论背景支撑，同时又不至于因为过度理论化而让读者望而却步。如果它的章节安排能够体现出从低阶逻辑到高阶系统集成的渐进性，那就太棒了。

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这本书的名称结构暗示了一个非常清晰的学习路径：先掌握MATLAB的脚本和函数编写能力，这是数字计算的基础；接着过渡到Simulink，学习如何搭建系统的框图模型，实现微分方程和信号流的仿真；最后深入Stateflow，用于处理离散事件和状态转移，这在航空航天控制系统中至关重要。我个人最头疼的就是Stateflow的建模，它常常被描述得过于抽象。因此，我对这本书在Stateflow部分的讲解抱有极高的期望。我希望看到它能用非常具体的、与航空应用紧密相关的例子（比如起落架收放逻辑、模式切换控制）来解释状态图的构建、事件的触发以及转移条件的设置。如果它能深入讲解如何调试复杂的嵌套状态机，那简直是物超所值了。毕竟，在实际工程中，很多问题都出在状态转换的边界条件上，而不是核心的积分运算上。

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这本《Basic Matlab, Simulink And Stateflow (Aiaa Education Series)》似乎是为那些渴望在航空航天领域深度挖掘建模与仿真技术的工程师和学生量身打造的。我之所以这么说，是因为市面上很多基础的MATLAB书籍往往停留在编程语法的层面，而这本书名中明确点出了Simulink和Stateflow，这立刻将它提升到了一个应用层级的工具书行列。我期待它能提供一个扎实的框架，不仅仅是教你如何输入代码，而是教会你如何利用这些强大的工具链来构建复杂的动态系统模型。特别是Stateflow，它在处理有限状态机和实时系统逻辑方面有着不可替代的作用，我非常好奇作者是如何平衡其复杂性与初学者的接受度的。如果这本书能清晰地阐述如何将理论物理模型（比如飞行器动力学）转化为Simulink模块图，并用Stateflow来管理控制逻辑和故障模式，那么它无疑将成为我工具箱里的必备参考。我更看重其实际操作性，而非纯粹的理论堆砌，希望它能通过大量的工程实例来佐证其讲解的有效性，而不是空谈概念。

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