第3版前言

本书第2 版自出版至今已近15 年。在此期间，MATLAB/Simulink 平台与系统仿真技术均

取得了长足发展。随着软件版本的持续迭代，早期版本中的部分内容已逐渐不再适用，而诸多

新技术与编程方法不断涌现，为基于MATLAB/Simulink 的系统仿真注入了新的活力。为顺应

技术发展趋势并满足当前学习与研究需求，推出本书第3 版显得尤为必要。

经过了十余年教学与科研实践的不断打磨与优化，本书的主体框架已经稳定并得到广泛

认可。因此，第3 版在章节布局上保持了延续性，未进行大的结构性变动，主要改动集中在技术

内容的更新与深化上。本版重点围绕以下几个方面展开了大幅修订与增强。

第1 章更全面地综述了系统仿真技术发展的历史脉络，并阐述了系统仿真技术作为第三

种研究范式的核心地位。

第2 章对MATLAB 编程基础内容进行了全面更新与强化：在数据与科学运算方面，系

统引入符号运算等数据结构，显著提升了复杂问题的解析求解能力；在编程规范上，新增

arguments 段落功能，使得函数输入变元的检测与验证更为简洁规范；界面设计方法全面升

级，以现代化的App Designer 替代传统的Guide，极大提高了交互界面与应用程序的开发效

率；同时，本章简要介绍了MATLAB 与Python 的接口机制，拓展了跨语言协同的编程生态；特

别值得关注的是，引入了基于DeepSeek、通义千问等人工智能大语言模型的半自动辅助编程

方法，为代码开发与调试提供了前沿的智能化支持，全面赋能现代科学计算与工程实践。

第3 章显著加强了在科学运算领域的系统性介绍：在线性代数与微积分方面，更全面地阐

述了各类问题的解析求解方法，并改进了数值微分的计算精度；最优化问题的建模与求解得到

了重点拓展，不仅引入了基于问题的描述与求解框架，还开发了用于搜索全局最优解的专用工

具以及多解矩阵方程的求解程序；此外，本章全面更新并整合了新版本MATLAB 对有向图描

述与求解的支持，从而在数学理论与工程计算应用之间建立了更高效、更精确的桥梁。

第4 章显著增强了对Simulink 仿真基础知识的系统性介绍，全面更新了常用模块库的内

容与使用方法。本章重点介绍了可提升仿真结果、可访问性与精度的Simulink 模板设计方法，

并阐述了基于模型资源浏览器等实用工具的建模技巧。此外，针对线性代数多变量系统及带有

内部延迟的状态方程模型，本章引入了相应的快速建模与仿真方法，使复杂动态系统的仿真实

现更为高效和可靠。

第5 章深入介绍了Simulink 建模与仿真的中级技术，引入了向量化建模方法及快速模型

重启技术，显著提升了建模与仿真的执行效率。本章建立了常微分方程建模的统一框架，并拓

展至Caputo 分数阶微分方程的建模与仿真方法。此外，系统阐述了利用Simulink 查看器、仿真

信号检查器与表盘仪表等工具对输出信号进行观测与分析的方法，同时全面更新并介绍了新

版本所支持的三维动画建模与场景驱动技术。

II 基于MATLAB/Simulink 的系统仿真技术与应用（第3 版）

第6 章系统阐述了Simulink 建模与仿真的高级技术，显著增强了基于语句的建模方法的

实用性与灵活性。本章深入演示了命令行仿真的核心数据结构与并行仿真实现方法，详细介绍

了二级S-函数的编程规范及其基于DeepSeek 的自动转换流程。此外，本章进一步引入了基于

通义千问的Simulink 智能建模方法，为复杂系统的自动化模型构建尝试了前沿的解决方案。

第7 章基于新版的Simscape 平台，全面介绍了工程系统多领域物理建模与仿真的方法。本

章系统演示了电气系统、电子系统、电力电子系统、力学系统以及机械系统的建模与仿真流程，

演示了如何利用Simscape 组件库构建跨物理域的集成化模型，并进行联合仿真分析。

第8 章主要介绍非工程系统的建模与仿真方法。本章更新了药物动力学模型的交互式分

析界面，增加了基于Simulink 音频系统工具箱的音频信号处理方法，并演示了利用深度学习模

型进行音频分类的应用。同时，本章开发了支持摄像头实时采集的Simulink 模块，可用于视频

信号的在线处理。此外，还更新了基于Stateflow 与SimEvents 新版本的离散事件系统建模与

仿真方法，涵盖从逻辑控制到排队系统等多种典型场景。

第3 版移除了C 语言联合编程与半实物仿真相关内容。

本书的部分写作受东北大学2024 年度本科教育教学改革研究立项项目与2024 年第一批

教育部产学合作协同育人项目（项目编号：231101663020737）的资助，在此表示感谢。

特别感谢团队的同事潘峰教授在课程建设、教材建设与教学团队建设中的出色贡献和所

做的具体工作。感谢美国加利福尼亚大学Merced 分校的陈阳泉教授30 年来的真诚合作及对

诸多问题的有意义的探讨。我几十年来与同事、学生、同行甚至网友进行有益交流，其中有些内

容已经形成了本书的重要素材，在此一并表示感谢。本书的出版还得到了美国MathWorks 公

司图书计划的支持，在此表示谢意。

最后但同样重要的，我衷心感谢相濡以沫的妻子杨军教授，她数十年如一日的无私关怀是

我坚持研究、教学与写作的巨大动力。感谢女儿薛杨在文稿撰写与排版过程中提供的宝贵建议

和帮助，尤为感谢薛杨的策划与提议，为本书增设了基于DeepSeek 的半自动编程章节。

薛定宇

2025 年12 月17 日

谨以此书献给本书早期版本的合作者陈阳泉教授（1966—2026）。

第2版前言

子曰：“工欲善其事，必先利其器”（《论语·卫灵公篇》）。如果有一种十分有效的工具能容易

地解决在系统仿真领域的教学与研究中遇到的问题，它可以将使用者从烦琐、无谓的底层编程

中解放出来，把有限的宝贵时间更多地花在解决科学问题中，这样无疑会提高工作效率。本书

介绍的MATLAB/Simulink 语言正是这样的一种工具。在系统仿真、自动控制等领域，国外很

多高校在教学与研究中都将MATLAB/Simulink 语言作为首选的计算机工具。我国的科学工

作者和教育工作者也逐渐认识到MATLAB 语言的重要性，对MATLAB 语言在理工科教学与

科研中的地位也达成了共识。

MATLAB 语言虽然是由计算数学专家倡导并开发的，但其普及和发展离不开自动控制领

域学者的贡献。甚至可以说，MATLAB 语言是自动控制领域学者和工程技术人员捧红的，因为

在MATLAB 语言的发展进程中，许多有代表性的成就和控制界的要求与贡献是分不开的。迄

今为止，大多数工具箱也都是控制方面的。MATLAB 具有强大的数学运算能力、方便实用的绘

图功能及语言的高度集成性，它在其他科学与工程领域的应用也越来越广泛，并且有着更广阔

的应用前景和无穷无尽的潜能。

作者从1988 年开始系统地使用MATLAB 语言进行程序设计与科学研究，积累了丰富的

第一手经验；用MATLAB 语言编写的程序曾作为英国Rapid Data 软件公司的商品在国际范

围内发行；编写的几个通用程序在MathWorks 公司（MATLAB 语言的开发者）的网页上可以

下载，得到了国际上很多用户的关注。

二十余年来，作者一直倡导在教学中引入MATLAB，将其作为主要工具解决科学、工程仿

真教学中的问题。1996 年，在清华大学出版社出版的《控制系统计算机辅助设计——MATLAB

语言与应用》一书被公认为国内关于MATLAB 语言方面的书籍中出版最早、影响最广的著作，

以MATLAB 语言为主线的教学理念已经被广泛接受并成功地用于相关课程的教学，教材入

选国家级精品教材，作者主讲的“控制系统仿真与CAD”课程已列选为国家级精品课程。作者

十余年来出版多部著作，并在美国出版社出版了两部英文著作，在MATLAB 语言教学中的应

用上有一定的造诣。

本书的合作者陈阳泉教授长期在美国Utah 州立大学任教，在系统仿真和MATLAB/Simulink

语言应用领域有很深的造诣和独到见解，在控制系统的理论研究和工业过程的半实物仿

真与实时控制上都颇有建树。

本书第1 版出版于2002 年，出版以来，被很多学校选为教材和主要参考书，直到今年年初

仍重印了一次，这在日新月异的计算机类书籍中是不多见的。多年来，随着MATLAB/Simulink

版本的更新，出现了很多新内容，也出现了很多新的系统仿真方法和新的模块集，在一部教材

中详细介绍所有的内容是不可能的，这使得本书新版的写作取舍困难，部分新内容最终成型于

IV 基于MATLAB/Simulink 的系统仿真技术与应用（第3 版）

作者在上海宝山钢铁集团、美国Utah 州立大学、东北大学和哈尔滨工业大学等单位的讲座和

报告（按报告顺序排序）。本书新版依旧从使用者的角度出发，并结合笔者二十余年的实际编程

经验和体会，系统地介绍MATLAB 语言的编程技术及其在科学运算中的应用，书中融合了作

者的许多编程经验和第一手材料，内容精心剪裁，相信仍会受到广大读者的欢迎。

本书由东北大学信息学院徐心和教授主审。本书从酝酿到最终完稿整个写作过程始终

得到了徐老师的鼓励和支持。作者的导师，东北大学任兴权教授和英国Sussex 大学的Derek

Atherton 教授也对本书的最终成型提供了很多的帮助，是他们将作者引入系统仿真和MATLAB/

Simulink 语言编程的乐园，并在这个领域开始了充满趣味的教学与研究工作。

一些同行和朋友也先后给予作者许多建议和支持，包括北京交通大学的朱衡君教授、中国

科学院系统科学研究所的韩京清研究员、哈尔滨工业大学的张晓华教授等，还有在网上交流的

众多同行，在此对他们表示深深的谢意。在本书部分内容的写作过程中，作者与同事魏颖博士、

高道祥博士、王良勇博士、方正博士等深入的交流为本书提供了许多新的观念和内容，在此一

并表示感谢。潘峰博士、陈大力博士、崔建江博士还参与编写了本书若干内容。

本书及第1 版的出版得到了清华大学出版社蔡鸿程总编辑的关怀和帮助，还得到了欧振

旭、朱英彪编辑细心的编辑加工，作者对他们的辛勤工作深表谢意。

本书的出版还得到了美国MathWorks 公司图书计划的支持，在此表示谢意。

由于作者水平有限，书中的缺点和错误在所难免，欢迎读者批评指正。

多年来，我的妻子杨军和女儿薛杨在生活和事业上给予了我莫大的帮助与鼓励，没有她们

的鼓励和一如既往的支持，本书和前几部著作均不能顺利面世，谨以此书献给她们。

薛定宇

2010 年8 月1 日于东北大学