第1章 MATLAB知识简介

1.1 MATLAB概述

1.2 MATLAB的基本操作

1.2.1 MATLAB语言特点

1.2.2 MATLAB的M文件介绍

1.2.3 MATLAB的使用命令

1.2.4 MATLAB函数举例

1.3 MATLAB 窗口的基本操作

1.3.1 命令窗口的使用

1.3.2 Figure窗口的图形操作功能

1.3.3 GUI（图形用户接口）

1.3.4 自定义函数

1.3.5 交互控制

第2章 MATLAB数组与矩阵运算

2.1 MATLAB的数组与矩阵运算

2.1.1 数组与矩阵的基本概念

2.1.2 数组或矩阵元素的标识

2.1.3 数组与矩阵的输入方法

2.1.4 向量的生成及其运算

2.1.5 矩阵的特有运算

2.1.6 字符串作为字符数组的示例

2.2 多项式及其运算

2.2.1 多项式运算函数

2.2.2 多项式运算举例

第3章 符号运算

3.1 算术符号操作

3.2 基本运算

3.2.1 函数计算器

3.2.2 微积分

3.2.3 符号函数的作图

3.2.4 积分变换

3.2.5 Taylor级数

3.2.6 其他

3.3 复变函数计算的MATLAB实现

3.3.1 复数的概念

3.3.2 MATLAB关于复变量的函数命令

3.3.3 复数的生成与创建复矩阵

3.3.4 复数的几何表示

3.3.5 复数代数运算的MATLAB实现

第4章 MATLAB程序设计

4.1 文件与程序结构

4.1.1 M文件

4.1.2 输入与输出

4.2 参数与变量

4.2.1 参数

4.2.2 全局变量和局部变量

4.3 数据类型

4.4 程序结构

4.4.1 顺序结构

4.4.2 循环结构

4.4.3 分支结构

4.4.4 程序终止控制语句

4.4.5 程序异常处理语句

4.5 程序流控制语句

4.5.1 echo指令

4.5.2 pause指令

4.5.3 keyboard指令

4.5.4 break指令

4.6 MATLAB函数

4.6.1 函数

4.6.2 子函数

4.6.3 私有函数

4.6.4 嵌套函数

4.7 MATLAB程序调试

4.7.1 调试方法

4.7.2 调试工具

第5章 控制系统理论基础

5.1 自动控制系统概述

5.1.1 自动控制系统基本概念

5.1.2 自动控制系统的分类

5.1.3 控制系统性能要求

5.2 经典控制理论基础

5.2.1 传递函数模型

5.2.2 零极点增益模型

5.2.3 控制系统的时域分析

5.2.4 控制系统的频域分析

5.2.5 控制系统的根轨迹分析

5.3 现代控制理论基础

5.3.1 状态空间模型

5.3.2 控制系统的可控性与可观测性

5.3.3 极点配置设计

5.3.4 最优控制设计

5.3.5 鲁棒控制理论

第6章 仿真环境Simulink使用基础

6.1 Simulink库模块简介

6.1.1 连续（Continuous）模块组

6.1.2 非连续（Discontinuities）模块组

6.1.3 离散（Discrete）模块组

6.1.4 数学运算（Math Operations）模块组

6.1.5 接收器（Sinks）模块组

6.1.6 输入源（Sources）模块组

6.2 Simulink基本建模方法

6.2.1 模型窗口的建立

6.2.2 模块的操作

6.2.3 信号线的操作

6.2.4 模型的运行

6.2.5 模型的保存

6.3 Simulink模型举例

6.3.1 模型演示

6.3.2 模型的应用举例

6.4 Simulink 的应用

6.4.1 Simulink子系统

6.4.2 封装模块与创建模块库

6.5 S-函数及其应用

6.5.1 Simulink仿真过程

6.5.2 用MATLAB语句编写S-函数

6.5.3 S-函数设计举例

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《MATLAB控制系统设计与仿真》分两篇，共10章。上篇为MATLAB程序设计基础，主要介绍MATLAB的基础知识、MATLAB数值运算、MATLAB符号运算、MATLAB程序设计。下篇为自动控制系统的MATLAB实现，主要介绍控制系统理论基础、仿真环境Simulink的使用基础、控制系统数学模型的MATLAB实现、控制系统分析、经典控制系统设计与仿真、现代控制系统设计与仿真。

《MATLAB控制系统设计与仿真》各章节之间既相互联系又相互独立，读者可根据自己的需要选择阅读。《MATLAB控制系统设计与仿真》可作为高校理工科本科生和研究生的教学参考用书，也可供自动控制、计算机仿真及其相关领域的工程技术和研究人员参考。

《MATLAB控制系统仿真与设计》系统讲解了MATLAB在控制工程中的应用，包括MATLAB基础知识、MATLAB与外部程序的接口、Simulink仿真、经典控制理论设计与仿真、线性系统理论设计与仿真、PID控制与仿真、最优控制及仿真和智能控制仿真研究。

《MATLAB控制系统仿真与设计》对函数的使用给出了详细介绍，并配以相应仿真过程予以辅助说明，因此即使是初学者，也能很快学会操作；每章的最后都给出了与本章内容相关的实际应用仿真实例；在工程应用部分，从分析、建模和仿真3方面给出了较为详细的解析过程，加深了读者由理论过渡到实际应用的理解。

《MATLAB控制系统仿真与设计》可作为自动控制、机械电子、机械制造、电气、电子信息、汽车等专业的本科生教材或参考书。

《MATLAB控制系统仿真与实例详解》从读者角度出发，以实用、易懂为特点，贴近读者的实际学习过程，充分满足读者的学习需求。

《MATLAB控制系统仿真与实例详解》语言简洁，叙述清晰，图文并茂，实例丰富，是广大读者学习MATLAB的理想选择。

《MATLAB控制系统仿真与实例详解》通过大量的实际案例，对MATLAB7x的功能、操作及其在控制系统中的应用进行了细致的叙述，书中的大部分实例都经过了试验和验证，是作者多年来从事工程与科研项目的结晶。

内容深入浅出，实例丰富且具有代表性，实用性很强全面系统地介绍了MATLAB在各控制系统中的应用系统地讲解了MATLAB7×中与控制工程相关的基础工具箱函数。

第1章　控制系统仿真基础　1

1.1　自动控制理论与控制技术概述　1

1.1.1　自动控制理论的发展概况　1

1.1.2　自动控制系统简介　4

1.2　计算机仿真概述　5

1.2.1　系统与模型　6

1.2.2　计算机仿真　7

1.2.3　仿真的作用　8

1.2.4　仿真算法和仿真软件　8

1.2.5　计算机仿真的一般过程　9

第2章　MATLAB程序设计语言基础　11

2.1　MATLAB基础　11

2.1.1　MATLAB的产生与发展　11

2.1.2　MATLAB的主要特点　13

2.2　MATLAB操作平台　14

2.2.1　MATLAB的安装与启动　14

2.2.2　MATLAB的运行环境　15

2.3　MATLAB帮助系统　18

2.3.1　联机帮助系统　19

2.3.2　命令窗口查询帮助　20

2.3.3　联机演示系统　22

2.3.4　常用的命令和技巧　23

2.4　MATLAB的数值计算功能　24

2.4.1　MATLAB数据类型　24

2.4.2　矩阵的生成　26

2.4.3　矩阵的基本数学运算　37

2.4.4　数组运算　46

2.4.5　向量和下标　53

2.4.6　矩阵的相关函数　59

2.4.7　多项式运算　69

2.5　MATLAB在数值分析中的应用　71

2.6　MATLAB的图形可视化　74

2.6.1　二维图形的绘制　74

2.6.2　三维图形的绘制　78

2.6.3　图形的输出　80

2.7　MATLAB的程序设计　80

2.7.1　M文件　80

2.7.2　函数变量及变量作用域　82

2.7.3　子函数与局部函数　83

2.7.4　流程控制语句　84

2.8　符号运算功能　86

第3章　控制系统理论基础　91

3.1　经典控制理论基础　91

3.1.1　开环控制系统与闭环控制系统　91

3.1.2　控制系统分类　97

3.2　经典控制理论的研究内容　100

3.2.1　传递函数模型　101

3.2.2　零极点增益模型　105

3.2.3　控制系统的时域分析　105

3.2.4　控制系统的根轨迹分析　114

3.2.5　控制系统的频域分析　115

3.3　现代控制理论基础　117

3.3.1　状态空间模型　117

3.3.2　能控性和能观测性　118

3.3.3　能控性和能观测性实现　118

3.3.4　极点配置设计　125

3.3.5　最优控制设计　126

3.4　智能控制理论基础　128

3.4.1　智能控制的概念和特点　129

3.4.2　神经网络控制　129

3.4.3　模糊控制　134

第4章　Simulink交互式仿真环境　137

4.1　Simulink简介　137

4.1.1　Simulink概述　137

4.1.2　Simulink的启动与界面　138

4.2　Simulink中常用模块　140

4.2.1　CommonlyUsedBlocks(常用模块库)　140

4.2.2　Continuous(连续系统模块库)　142

4.2.3　Discontinuous(非连续系统模块库)　142

4.2.4　Discrete(离散系统模块库)　143

4.2.5　MathOperations(数学运算模块库)　144

4.2.6　Sinks(接收模块库)　145

4.2.7　Sources(信号源模块库)　146

4.3　Simulink建模　147

4.3.1　Simulink简单模型的建立　147

4.3.2　模块的操作　149

4.3.3　信号线的操作　150

4.3.4　模型注释　151

4.3.5　仿真配置　151

4.3.6　建模实例　155

4.4　子系统及其封装技术　157

4.4.1　Simulink子系统　157

4.4.2　封装模块　158

4.5　模型运行及分析　159

4.5.1　模型特征　159

4.5.2　模型运行　159

4.5.3　模型线性化　161

4.5.4　系统平衡点的求取　163

4.6　S-函数　164

4.6.1　S-函数的工作方式　164

4.6.2　用MATLAB语言编写S-函数　166

第5章　控制系统建模　169

5.1　系统的数学模型描述　169

5.1.1　连续系统　169

5.1.2　离散系统　171

5.2　MATLAB中控制系统模型的建立　172

5.2.1　传递函数模型　172

5.2.2　零极点增益模型　176

5.2.3　状态空间模型　179

5.3　系统不同模型之间的转换　181

5.4　系统模型的连接　192

5.5　连续系统与离散系统的相互转化　209

第6章　线性控制系统的分析与仿真　214

6.1　线性系统的时域分析　214

6.2　线性系统的根轨迹分析　231

6.3　线性系统的频域分析　237

6.3.1　频域响应分析　237

6.3.2　频率域稳定性分析　246

6.4　线性系统的状态空间分析　250

6.4.1　能控性分析　250

6.4.2　能观性分析　254

6.4.3　极点配置及其MATLAB实现　257

第7章　PID控制系统设计及仿真　262

7.1　PID控制系统设计原理　262

7.2　连续系统的模拟PID仿真　263

7.3　数字PID控制　264

7.3.1　位置式PID控制算法　264

7.3.2　连续系统的数字PID控制仿真　265

7.3.3　离散系统的数字PID控制仿真　267

7.3.4　增量式PID控制算法及仿真　272

7.3.5　积分分离PID控制算法及仿真　274

7.4　智能PID控制　278

7.4.1　神经元PID控制　278

7.4.2　模糊自适应PID控制　283

7.4.3　专家PID控制　292

第8章　最优控制系统设计　295

8.1　最优控制的基本概念　295

8.1.1　最优控制问题　295

8.1.2　最优控制的性能指标及应用类型　297

8.1.3　最优控制中的变分法　297

8.1.4　用变分法求连续系统最优控制　302

8.2　连续系统线性二次型最优控制　304

8.2.1　连续系统线性二次型最优控制原理　305

8.2.2　连续系统二次型最优控制的MATLAB函数　305

8.3　离散系统线性二次型最优控制　309

8.3.1　离散系统线性二次型最优控制原理　309

8.3.2　离散系统二次型最优控制的MATLAB函数　309

8.4　线性二次型高斯最优控制　311

8.4.1　LQG最优控制原理　311

8.4.2　LQG最优控制的MATLAB实现　312

8.5　最优控制系统设计实例　318

第9章　鲁棒控制系统设计　322

9.1　鲁棒控制系统简介　322

9.1.1　奇异值、H2和范数　323

9.1.2　标准鲁棒控制问题　323

9.1.3　结构与非结构不确定性　324

9.1.4　使用控制方法　324

9.2　鲁棒控制工具箱　326

9.3　鲁棒控制系统设计方法　329

第10章　神经网络系统设计及其MATLAB实现　331

10.1　人工神经网络概述　331

10.2　神经网络工具箱函数　332

10.3　神经网络模型及其MATLAB实现　334

10.3.1　感知器　334

10.3.2　线性神经网络　338

10.3.3　BP网络　344

10.3.4　径向基函数(RBF)神经网络　350

10.3.5　Hopfield网络　353

10.3.6　自组织特征映射神经网络　357

第11章　模糊控制系统设计　361

11.1　模糊控制系统　361

11.1.1　模糊控制系统的基本结构及其原理　361

11.1.2　PD、PI、PID型的模糊控制器　363

11.1.3　模糊控制器的设计方法　364

11.2　模糊控制工具箱简介　366

11.3　模糊推理系统的建立　367

第12章　系统辨识　374

12.1　系统辨识基础　374

12.1.1　辨识的内容和步骤　375

12.1.2　系统辨识的分类　376

12.2　系统辨识常用输入信号　376

12.3　最小二乘辨识及其MATLAB实现　379

12.3.1　最小二乘算法简介　380

12.3.2　最小二乘一次完成算法及其MATLAB实现　381

12.3.3　最小二乘递推算法　383

12.3.4　增广最小二乘算法　385

12.4　极大似然辨识及其MATLAB实现　389

12.4.1　极大似然辨识简介　389

12.4.2　动态模型参数极大似然辨识及其MATLAB实现　389

12.5　神经网络模型辨识及其MATLAB实现　392

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