第一篇 MWORKS 程序设计基础
第 1 章 Syslab 环境认识与基础操作 ................................................................................................................ 3
微课视频 15 分钟
1.1 科学计算语言概述..................................................................................................................................................................3
1.2 MWORKS 介绍.......................................................................................................................................................................4
1.2.1 MWORKS 平台体系 ...................................................................................................................................................4
1.2.2 MWORKS 系列工具箱 ...............................................................................................................................................5
1.3 Julia 介绍 .................................................................................................................................................................................6
1.3.1 Julia 的优势..................................................................................................................................................................7
1.3.2 Julia 与其他科学计算语言的差异 ..............................................................................................................................7
1.4 Syslab 安装及界面介绍 ..........................................................................................................................................................9
1.4.1 Syslab 的下载与安装...................................................................................................................................................9
1.4.2 Syslab 环境认识.........................................................................................................................................................10
第 2 章 Julia语法基础 ..................................................................................................................................... 16
微课视频 82 分钟
2.1 科学计算环境平台层 API 详细说明....................................................................................................................................16
2.1.1 基础输入指令 ............................................................................................................................................................17
2.1.2 环境与设置 ................................................................................................................................................................28
2.2 基本数据类型........................................................................................................................................................................31
2.2.1 变量及其赋值 ............................................................................................................................................................31
2.2.2 整数与浮点数 ............................................................................................................................................................32
2.2.3 复数与有理数 ............................................................................................................................................................35
2.2.4 字符与字符串 ............................................................................................................................................................36
2.3 数组........................................................................................................................................................................................40
2.3.1 数组的基本概念 ........................................................................................................................................................40
2.3.2 数组的基础操作 ........................................................................................................................................................46
2.3.3 数组索引 ....................................................................................................................................................................50
2.4 元组与字典............................................................................................................................................................................54
2.4.1 元组............................................................................................................................................................................54
2.4.2 字典............................................................................................................................................................................55
第 3 章 MWORKS的数值运算与基础函数..................................................................................................... 60
微课视频 15 分钟
3.1 数学运算符............................................................................................................................................................................60
IV MWORKS 实用教程：编程、计算与仿真
3.1.1 算术运算符 ................................................................................................................................................................60
3.1.2 位运算符 ....................................................................................................................................................................61
3.1.3 复合赋值运算符 ........................................................................................................................................................62
3.1.4 向量化“dot”运算符 ...............................................................................................................................................62
3.1.5 数值比较运算符 ........................................................................................................................................................62
3.2 运算符的优先级....................................................................................................................................................................64
3.3 算术运算函数........................................................................................................................................................................65
3.3.1 加法函数 ....................................................................................................................................................................65
3.3.2 减法函数 ....................................................................................................................................................................67
3.3.3 乘法函数 ....................................................................................................................................................................68
3.3.4 除法函数 ....................................................................................................................................................................69
3.4 其他运算函数........................................................................................................................................................................71
第 4 章 MWORKS的程序设计....................................................................................................................... 74
微课视频 15 分钟
4.1 复合表达式............................................................................................................................................................................74
4.2 条件表达式............................................................................................................................................................................75
4.2.1 if 语句.........................................................................................................................................................................75
4.2.2 三元运算符 ................................................................................................................................................................76
4.3 循环表达式............................................................................................................................................................................77
4.3.1 for 循环语句...............................................................................................................................................................77
4.3.2 while 循环语句 ..........................................................................................................................................................77
4.3.3 其他常用于循环表达式函数.....................................................................................................................................78
4.4 短路求值................................................................................................................................................................................79
4.5 异常处理................................................................................................................................................................................80
4.5.1 throw 函数..................................................................................................................................................................80
4.5.2 try/catch 语句 .............................................................................................................................................................80
4.5.3 finally 关键字.............................................................................................................................................................81
第 5 章 MWORKS的基础绘图函数 ............................................................................................................... 82
微课视频 77 分钟
5.1 线图........................................................................................................................................................................................82
5.1.1 简单线图 ....................................................................................................................................................................83
5.1.2 对数图 ........................................................................................................................................................................95
5.1.3 函数图 ........................................................................................................................................................................98
5.2 数据分布图..........................................................................................................................................................................101
5.2.1 直方图 ......................................................................................................................................................................101
5.2.2 散点图、饼图和热图 ..............................................................................................................................................107
5.3 离散数据图.......................................................................................................................................................................... 111
5.3.1 条形图 ...................................................................................................................................................................... 111
5.3.2 针状图 ......................................................................................................................................................................116
5.4 极坐标图..............................................................................................................................................................................119
目 录 V
5.5 等高线图、曲面图和网格图 ..............................................................................................................................................126
5.5.1 等高线图 ..................................................................................................................................................................126
5.5.2 曲面图和网格图 ......................................................................................................................................................129
5.6 向量场..................................................................................................................................................................................134
5.7 标签与注释..........................................................................................................................................................................138
5.7.1 标签..........................................................................................................................................................................138
5.7.2 注释..........................................................................................................................................................................142
5.8 坐标区外观..........................................................................................................................................................................149
5.8.1 坐标区范围和纵横比 ..............................................................................................................................................149
5.8.2 网格线、刻度值和标签 ..........................................................................................................................................152
5.8.3 组合绘图与图块化绘图 ..........................................................................................................................................156
第二篇 MWORKS 工程应用
第 6 章 MWORKS控制系统基础及稳定性分析 ........................................................................................... 163
微课视频 46 分钟
6.1 MWORKS 中控制系统常用工具箱 ...................................................................................................................................163
6.1.1 控制系统工具箱 ......................................................................................................................................................163
6.1.2 系统辨识工具箱 ......................................................................................................................................................164
6.1.3 鲁棒控制工具箱 ......................................................................................................................................................165
6.2 动态系统的基本模型 ..........................................................................................................................................................165
6.2.1 传递函数模型 tf.......................................................................................................................................................165
6.2.2 零点增益模型 zpk....................................................................................................................................................171
6.2.3 状态空间模型 ss ......................................................................................................................................................176
6.2.4 频率响应数据模型 frd.............................................................................................................................................179
6.2.5 以 DSP 格式指定离散传递函数 filt........................................................................................................................180
6.2.6 生成随机的连续时间状态空间模型 rss .................................................................................................................182
6.2.7 生成随机的离散时间状态空间模型 drss ...............................................................................................................183
6.3 PID 控制器 ..........................................................................................................................................................................184
6.3.1 并行形式的 PID 控制器 ..........................................................................................................................................184
6.3.2 标准形式的 PID 控制器 ..........................................................................................................................................186
6.3.3 并行形式的二自由度 PID 控制器 ..........................................................................................................................188
6.3.4 标准形式的二自由度 PID 控制器 ..........................................................................................................................189
6.3.5 线性模型的 PID 整定算法 ......................................................................................................................................191
6.4 时域与频域响应..................................................................................................................................................................191
6.4.1 时域响应 ..................................................................................................................................................................191
6.4.2 频域响应 ..................................................................................................................................................................198
6.5 控制系统稳定性分析 ..........................................................................................................................................................204
6.5.1 极点和零点位置 ......................................................................................................................................................205
6.5.2 裕度..........................................................................................................................................................................207
VI MWORKS 实用教程：编程、计算与仿真
第 7 章 典型控制系统建模与仿真................................................................................................................. 211
微课视频 12 分钟
7.1 经典控制系统设计..............................................................................................................................................................211
7.1.1 动态系统的根轨迹图绘制.......................................................................................................................................211
7.1.2 PI 控制器的参数配置二阶系统的极点选择 ..........................................................................................................213
7.1.3 传递函数 P(s)的稳定区域边界生成 .......................................................................................................................213
7.2 线性二次调节器（LQR）设计 ..........................................................................................................................................214
7.3 极点配置问题......................................................................................................................................................................216
7.3.1 极点配置设计 ..........................................................................................................................................................216
7.3.2 阿克曼法进行极点配置 ..........................................................................................................................................218
第 8 章 数字图像处理及可视化分析............................................................................................................. 219
微课视频 18 分钟
8.1 数字图像处理工具箱 ..........................................................................................................................................................219
8.2 数字图像处理的基本操作 ..................................................................................................................................................220
8.2.1 转换图像类型 ..........................................................................................................................................................220
8.2.2 修改图像颜色 ..........................................................................................................................................................221
8.3 图像的显示与几何变换 ......................................................................................................................................................224
8.3.1 图像的显示 ..............................................................................................................................................................224
8.3.2 图像的几何变换 ......................................................................................................................................................227
8.4 图像滤波与分割方法 ..........................................................................................................................................................231
8.4.1 图像滤波 ..................................................................................................................................................................231
8.4.2 图像分割 ..................................................................................................................................................................233
第 9 章 MWORKS综合案例分析 ................................................................................................................. 236
微课视频 51 分钟
9.1 MWORKS.Sysplorer 引例...................................................................................................................................................236
9.1.1 简单一阶系统 ..........................................................................................................................................................236
9.1.2 环境冷却系统 ..........................................................................................................................................................238
9.1.3 电气系统 ..................................................................................................................................................................240
9.1.4 机械系统 ..................................................................................................................................................................242
9.2 双摆运动系统......................................................................................................................................................................244
9.2.1 双摆运动系统介绍 ..................................................................................................................................................244
9.2.2 双摆运动系统状态反馈模型仿真分析...................................................................................................................245
9.2.3 双摆运动系统物理模型仿真分析...........................................................................................................................247
9.3 光伏逆变器发电系统 ..........................................................................................................................................................250
9.3.1 光伏逆变器发电系统介绍.......................................................................................................................................250
9.3.2 光伏逆变器发电系统模型仿真分析.......................................................................................................................253
9.4 房屋温度控制系统综合案例 ..............................................................................................................................................254
9.4.1 房屋模型系统组成及其仿真...................................................................................................................................254
9.4.2 冷凝系统组成及其仿真 ..........................................................................................................................................256
9.4.3 基于 PID 的室内环境控制系统 ..............................................................................................................................258
参考文献 ........................................................................................................................................................ 262
