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第1章 MATLAB知识简介1

1.1 MATLAB概述1

1.2 MATLAB的基本操作2

1.2.1 MATLAB语言特点2

1.2.2 MATLAB的M文件介绍3

1.2.3 MATLAB的使用命令6

1.2.4 MATLAB函数举例10

1.3 MATLAB窗口的基本操作12

1.3.1 命令窗口的使用12

1.3.2 Figure窗口的图形操作功能13

1.3.3 GUI（图形用户接口）14

1.3.4 自定义函数18

1.3.5 交互控制20

第2章 MATLAB数组与矩阵运算21

2.1 MATLAB的数组与矩阵运算21

2.1.1 数组与矩阵的基本概念21

2.1.2 数组或矩阵元素的标识22

2.1.3 数组与矩阵的输入方法25

2.1.4 向量的生成及其运算28

2.1.5 矩阵的特有运算31

2.1.6 字符串作为字符数组的示例41

2.2 多项式及其运算41

2.2.1 多项式运算函数42

2.2.2 多项式运算举例42

第3章 符号运算47

3.1 算术符号操作47

3.2 基本运算49

3.2.1 函数计算器62

3.2.2 微积分63

3.2.3 符号函数的作图66

3.2.4 积分变换72

3.2.5 Taylor级数77

3.2.6 其他79

3.3 复变函数计算的MATLAB实现90

3.3.1 复数的概念90

3.3.2 MATLAB关于复变量的函数命令90

3.3.3 复数的生成与创建复矩阵91

3.3.4 复数的几何表示93

3.3.5 复数代数运算的MATLAB实现95

第4章 MATLAB程序设计99

4.1 文件与程序结构99

4.1.1 M文件99

4.1.2 输入与输出100

4.2 参数与变量102

4.2.1 参数102

4.2.2 全局变量和局部变量104

4.3 数据类型105

4.4 程序结构105

4.4.1 顺序结构106

4.4.2 循环结构106

4.4.3 分支结构108

4.4.4 程序终止控制语句111

4.4.5 程序异常处理语句111

4.5 程序流控制语句112

4.5.1 echo指令112

4.5.2 pause指令112

4.5.3 keyboard指令112

4.5.4 break指令113

4.6 MATLAB函数113

4.6.1 函数113

4.6.2 子函数114

4.6.3 私有函数115

4.6.4 嵌套函数115

4.7 MATLAB程序调试116

4.7.1 调试方法116

4.7.2 调试工具117

第5章 控制系统理论基础119

5.1 自动控制系统概述119

5.1.1 自动控制系统基本概念119

5.1.2 自动控制系统的分类119

5.1.3 控制系统性能要求121

5.2 经典控制理论基础121

5.2.1 传递函数模型122

5.2.2 零极点增益模型122

5.2.3 控制系统的时域分析123

5.2.4 控制系统的频域分析124

5.2.5 控制系统的根轨迹分析126

5.3 现代控制理论基础127

5.3.1 状态空间模型127

5.3.2 控制系统的可控性与可观测性128

5.3.3 极点配置设计128

5.3.4 最优控制设计129

5.3.5 鲁棒控制理论131

第6章 仿真环境Simulink使用基础135

6.1 Simulink库模块简介135

6.1.1 连续（Continuous）模块组135

6.1.2 非连续（Discontinuities）模块组137

6.1.3 离散（Discrete）模块组139

6.1.4 数学运算（Math Operations）模块组140

6.1.5 接收器（Sinks）模块组143

6.1.6 输入源（Sources）模块组144

6.2 Simulink基本建模方法146

6.2.1 模型窗口的建立146

6.2.2 模块的操作147

6.2.3 信号线的操作148

6.2.4 模型的运行148

6.2.5 模型的保存152

6.3 Simulink模型举例152

6.3.1 模型演示152

6.3.2 模型的应用举例156

6.4 Simulink的应用161

6.4.1 Simulink子系统161

6.4.2 封装模块与创建模块库164

6.5 S-函数及其应用170

6.5.1 Simulink仿真过程170

6.5.2 用MATLAB语句编写S-函数171

6.5.3 S-函数设计举例173

第7章 控制系统数学模型的MATLAB实现177

7.1 控制系统的数学模型177

7.1.1 线性定常连续系统177

7.1.2 线性定常离散系统178

7.2 数学模型的建立179

7.2.1 传递函数模型180

7.2.2 状态空间模型184

7.2.3 零极点增益模型188

7.2.4 频率响应数据模型191

7.3 数学模型参数的获取194

7.4 数学模型的转换196

7.4.1 连续时间模型转换为离散时间模型197

7.4.2 离散时间模型转换为连续时间模型198

7.4.3 离散时间系统重新采样199

7.4.4 传递函数模型转换为状态空间模型199

7.4.5 传递函数模型转换为零极点增益模型200

7.4.6 状态空间模型转换为传递函数模型201

7.4.7 状态模型转换为零极点增益模型202

7.4.8 零极点增益模型转换为传递函数模型203

7.4.9 零极点增益模型转换为状态空间模型204

7.5 数学模型的连接204

7.5.1 优先原则205

7.5.2 串联连接205

7.5.3 并联连接206

7.5.4 反馈连接209

7.5.5 添加连接211

7.5.6 复杂模型的连接213

第8章 控制系统分析217

8.1 控制系统的时域分析217

8.1.1 时域分析基础217

8.1.2 与时域分析相关的MATLAB函数219

8.2 控制系统根轨迹法234

8.2.1 根轨迹法的基础234

8.2.2 与根轨迹分析相关的MATLAB函数235

8.2.3 其他形式的根轨迹240

8.3 控制系统的频域分析243

8.3.1 频域分析的基础243

8.3.2 与频域分析相关的MATLAB函数245

8.4 状态空间模型的线性变换及简化262

8.4.1 基础知识262

8.4.2 线性变换及简化264

8.5 状态空间法分析270

8.5.1 基础知识270

8.5.2 可控性与可观测性分析273

8.5.3 稳定性分析279

第9章 经典控制系统设计与仿真283

9.1 经典控制系统设计概述283

9.2 控制系统的根轨迹设计284

9.2.1 根轨迹超前校正设计284

9.2.2 根轨迹滞后校正设计292

9.3 控制系统的波特图设计296

9.3.1 波特图超前校正设计296

9.3.2 波特图滞后校正设计300

9.3.3 波特图滞后-超前校正设计303

9.4 PID控制器设计308

9.4.1 PID控制原理308

9.4.2 PID控制器设计311

第10章 现代控制系统设计与仿真319

10.1 现代控制系统设计概述319

10.2 状态反馈与极点配置319

10.2.1 状态反馈319

10.2.2 输出反馈320

10.2.3 极点配置322

10.3 状态观测器329

10.3.1 状态观测器的基本概念329

10.3.2 全维状态观测器331

10.3.3 降维状态观测器339

10.4 线性二次型最优控制器设计344

10.4.1 线性二次型最优控制概述345

10.4.2 连续系统线性二次型最优控制345

10.4.3 离散系统线性二次型最优控制348

10.4.4 线性二次型Gauss最优控制349

10.5 鲁棒控制系统设计353

10.5.1 鲁棒控制工具箱354

10.5.2 H∞控制器设计357

参考文献363