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目录1

第1章 系统仿真及MATLAB概述1

1.1 系统、模型与仿真1

1.1.1 系统与模型1

1.1.2 仿真的概念和应用2

1.1.3 仿真的基本步骤5

1.1.4 仿真技术的发展6

1.1.5 控制系统分类及仿真技术的应用7

1.2 MATLAB简介8

1.2.1 MATLAB的发展历程8

1.2.2 MATLAB语言的特色9

1.2.3 MATLAB的工具箱10

1.2.4 MATLAB的技术支持11

1.2.5 本书学习方法12

习题113

第2章 MATLAB运行环境及程序设计14

2.1 MATLAB的安装环境14

2.1.1 MATLAB的安装、启动及退出14

2.1.2 MATLAB的基本组成15

2.1.3 MATLAB的目录结构16

2.2 MATLAB的操作界面16

2.2.1 主窗口16

2.2.2 命令窗口17

2.2.3 历史命令窗口18

2.2.4 工作空间浏览器18

2.2.5 程序编辑／调试器19

2.2.6 内存数组编辑器19

2.2.7 路径浏览器20

2.2.8 启动平台窗口21

2.2.9 帮助系统21

2.3 变量、表达式及运算符22

2.3.1 变量的命名和赋值22

2.3.2 系统默认变量25

2.3.3 运算符25

2.4 MATLAB的程序设计和调试30

2.4.1 M文件30

2.4.2 流程控制32

2.4.3 程序的调试36

2.4.4 程序的优化37

2.5 MATLAB文件操作39

2.5.1 文件的打开与关闭39

2.5.2 文件的读写操作40

2.6 常用命令函数42

2.7 文字处理工具NOTEBOOK44

2.7.1 Notebook操作基础44

2.7.2 细胞的使用44

2.7.3 输出格式46

习题246

第3章 MATLAB的数学运算48

3.1 矩阵的创建和矩阵元素操作48

3.1.1 创建矩阵48

3.1.2 提取矩阵元素52

3.2 数组运算52

3.2.1 代数运算52

3.2.2 常用运算函数53

3.3.1 代数运算55

3.3 矩阵运算55

3.2.3 字符串55

3.3.2 矩阵分析57

3.3.3 方程组求解62

3.3.4 稀疏矩阵64

3.4 多项式运算65

3.4.1 多项式的基本运算65

3.4.2 多项式的求根及求值66

3.4.3 多项式求导数67

3.5 插值与曲线拟合67

3.5.1 一维数据插值67

3.5.2 二维数据插值68

3.5.3 三维及多维插值68

3.5.4 曲线拟合68

3.6.1 最大值和最小值69

3.6 数据分析及统计69

3.6.2 求和与求积70

3.6.3 平均值和中值71

3.6.4 累加和与累乘积71

3.6.5 标准方差与相关系数71

3.6.6 排序72

3.7 数值微积分73

3.7.1 数值积分73

3.7.2 数值微分75

3.7.3 微分方程初值问题的数值解法76

3.7.4 函数的零点和极值76

3.8 符号运算77

3.8.1 符号变量及表达式定义78

3.8.2 符号表达式运算79

3.8.3 符号方程求解81

3.8.4 符号微积分82

3.8.5 级数84

3.8.6 调用Maple函数85

习题386

第4章 MATLAB的绘图及图像处理87

4.1 二维绘图87

4.1.1 基本绘图87

4.1.2 特殊坐标图形93

4.1.3 统计分析图形95

4.2 三维绘图98

4.2.1 三维曲线及曲面98

4.2.2 图形修饰101

4.2.3 特殊三维图形104

4.3.1 电影动画107

4.3 动画制作107

4.3.2 程序动画108

4.4 图形对象及其属性109

4.4.1 图形对象及其句柄109

4.4.2 图形对象属性110

4.4.3 图形对象的创建111

4.5 图像处理112

4.5.1 图像处理工具箱简介113

4.5.2 图像处理的基本方法和函数113

4.5.3 应用实例120

习题4127

第5章 控制系统的仿真基础128

5.1 控制系统概述128

5.1.1 建立数学模型的方法128

5.1.3 微分方程与传递函数129

5.1.2 控制系统的组成符号及术语129

5.1.4 控制系统典型环节及常见的典型结构131

5.1.5 控制系统仿真的性能要求132

5.1.6 控制系统工具箱简介132

5.2 常用仿真算法133

5.2.1 连续系统仿真算法133

5.2.2 离散事件系统仿真算法136

5.2.3 仿真精度与系统的稳定性136

5.3 控制系统数学模型的MATLAB描述138

5.3.1 传递函数模型（tf模型）138

5.3.2 状态方程模型（ss模型）139

5.3.3 零极点模型（zpk模型）140

5.2.4 结构图模型140

5.3.5 控制系统工具箱中的LTI对象141

5.3.6 延迟系统的模型143

5.3.7 非线性系统的线性化模型143

5.3.8 连续域与离散域的相互转化145

5.4 系统模型的转换及连接146

5.4.1 系统模型的转换146

5.4.2 系统模型的连接148

5.5 模型的属性描述、降阶与标准化149

5.5.1 控制系统的模型属性149

5.5.2 模型的降阶151

5.5.3 模型的实现151

习题5151

第6章 控制系统的分析与设计152

6.1 稳定性分析152

6.1.1 稳定性分析的原理152

6.1.3 实例分析153

6.1.2 MATLAB判别稳定性的方法153

6.2 时域分析155

6.2.1 时域分析的基本原理155

6.2.2 MATLAB进行时域分析的方法156

6.2.3 实例分析158

6.3 频域分析164

6.3.1 频域分析的基本原理164

6.3.2 MATLAB进行频域分析的方法165

6.3.3 实例分析167

6.4 根轨迹分析169

6.4.1 根轨迹分析的基本原理169

6.4.2 MATLAB进行根轨迹分析的方法170

6.4.3 实例分析171

6.5.1 控制系统设计的基本方法173

6.5 控制系统设计173

6.5.2 MATLAB进行系统设计的方法174

6.5.3 实例分析174

6.6 控制工具箱中的实用工具183

6.6.1 系统分析工具LTIVIEW183

6.6.2 SISO系统设计工具SISO Design Tool186

习题6188

第7章 仿真工具SIMULINK190

7.1 SIMULINK概述190

7.1.1 SIMULINK简介190

7.1.2 SIMULINK的启动和退出191

7.2 SIMULINK的模块库191

7.2.1 SIMULINK公共模块库192

7.2.2 SIMULINK专业模块库196

7.3 模型的建立196

7.3.4 模块外形的调整197

7.3.1 模块的查找与选择197

7.3.2 模块的复制、剪切、移动与删除197

7.3.5 模块名的处理198

7.3.6 模块参数的设置198

7.3.7 模块的连接198

7.3.8 建模时的注意事项199

7.4 仿真参数设置200

7.4.1 参数标签页的设置200

7.4.2 提高仿真性能和精度205

7.5 仿真结果的运行、观察和调试206

7.5.1 使用菜单运行仿真206

7.5.2 使用命令进行仿真206

7.5.3 观察并分析仿真结果208

7.5.4 仿真的调试技术210

7.6.1 模块的合成212

7.6 模块的合成和封装212

7.6.2 模块的封装213

7.7 S-函数216

7.7.1 S-函数的概念216

7.7.2 用MATLAB语言编写S-函数217

7.7.3 用C语言编写S-函数217

7.7.4 MATLAB与C和FORTRAN的动态链接218

习题7218

第8章 MATLAB控制系统解决方案及常用工具箱220

8.1 MATLAB控制系统解决方案220

8.1.1 基于模型设计的开发集成环境220

8.1.2 MATLAB工具箱编写技巧223

8.2 控制系统常用工具箱224

8.2.1 信号处理工具箱224

8.2.2 鲁棒控制工具箱225

8.2.3 系统辨识工具箱226

8.2.4 最优化工具箱227

8.2.5 样条工具箱228

8.2.6 神经网络工具箱228

8.2.7 模糊逻辑工具箱229

8.2.8 小波工具箱231

习题8232

第9章 仿真实验233

9.1 MATLAB环境语法及数学运算233

9.1.1 实验目的233

9.1.2 实验内容233

9.2.1 实验目的234

9.2.2 实验内容234

9.2 MATLAB数学运算及绘图234

9.3 SIMULINK仿真235

9.3.1 实验目的235

9.3.2 实验内容235

9.4 控制系统建模及稳定性分析236

9.4.1 实验目的236

9.4.2 实验内容236

9.5 控制系统的分析与设计237

9.5.1 实验目的237

9.5.2 实验内容237

附录A MATLAB索引238

A.1 MATLAB的标点及符号238

A.2 函数及指令239

附录B 控制系统工具箱函数一览表256

参考文献261