本书有两大部分内容。除自动控制原理MATLAB实现概述外，本书上篇为MATLAB计算及仿真基础部分，本书下篇自动控制原理的MATLAB实现部分，本书既可作为电子信鼠工程、电子信息科学与技术、测控技术与仪器、光电信息工程、机械工程及自动化、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程等专业学生学习自动控制技术的仿真教材，同时也可作为自动控制领域工程技术人员学习MATLAB的参考用书。

在高等学校中，“自动控制原理”是自动控制类、电子信息工程类及机械与控制工程类各专业学生必修的课程，在其教学计划里各高校可能有各种不同叫法，或自动控制或控制理论或自动控制理论或机械工程控制基础或自动控制工程基础或过程控制原理等。针对这些专业学生学习“自动控制原理”课程的需要，作者本着把最优秀的计算仿真软件MATLAB与“自动控制原理”两者结合起来的宗旨专门撰写了本书。

本书有两大部分内容。除自动控制原理MATLAB实现概述外，本书上篇为MATLAB计算及仿真基础部分，内容包括MATLAB 7.1系统概述；MATLAB数值运算；MATLAB符号运算基础；MATLAB程序设计；MATLAB 7.1常用图形命令与符号函数图形命令等。

本书下篇自动控制原理的MATLAB实现部分，内容包括：MATLAB 7.1的仿真集成环境Simulink6.3；控制系统数学模型的MATLAB实现；连续系统时域分析的MATLAB实现；连续系统稳定性分析的MATLAB实现；连续系统稳态误差计算的MATLAB实现；连续系统根轨迹分析的MATLAB实现；连续系统频域分析的MATLAB实现；连续线性控制系统校正的MATLAB实现；描述函数法分析非线性系统的MATLAB实现；离散系统分析的MATLAB实现；线性系统状态空间分析的MATIAB实现；线性二次型最优控制的MATLAB实现等。

书后给出了2个附录：附录A为作者编写的MATLAB函数，附录B为常用无源校正网络与有源校正网络，以供读者查阅。

本书既可作为电子信息工程、电子信息科学与技术、测控技术与仪器、光电信息工程、机械工程及自动化、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程等专业学生学习自动控制技术的仿真教材(当然首先适合自动控制类各专业(工业自动化、电气自动化、机电一体化、过程控制、化工自动化、电站自动化、纺织自动化、高层建筑自动化、印刷造纸自动化)师生)，同时也可作为自动控制领域工程技术人员学习MATLAB的参考用书。

第l章 自动控制原理M俎LAB实现概述

1.1自动控制概述

1.1.1自动控制的概念

1.1.2自动控制原理的内容

1.1.3自动控制系统的分类

1.2反馈控制系统的基本概念

1.2.1自动控制系统的基本控制方式

1.2.2分析自动控制系统工作原理的方法

1.2.3对控制系统的性能要求

1.3自动控制原理的MATLAB实现

1.3.1先进的软件系统MATLAB

1.3.2自动控制原理的MATLAB实现的特点

习题

上篇MATLAB计算及仿真基础

第2章 MATLAB 7.1系统概述

2.1 MATLAB7.1安装与启动

。2.1.1 MATLAB 7.1的安装

2.1.2 Notebook的安装

2.1.3 MATLAB 7.1的启动

2.1.4 Notebook的启动

2.2 MATLAB 7.1的系统界面

2.2.1 MATLAB 7.1系统的4个小窗口

2.2.2 MATLAB 7.1的命令窗口(Command.Wimdow)

2.2.3 MATLAB 7.1菜单项命令

2.2.4 MATLAB 7.1工具栏按钮

2.2.5 Start开始按钮

2.3 MATLAB 7.1的内容及其查找

2.3.1 MATLAB 7.1的内容

2.3.2 MATLAB7.1内容的查找

2.3.3 MATLAB7.1的work子目录

2.4 MATLAB的文字处理工具Notebook

2.4.1 Notebook菜单命令简介

2.4.2 Notebook的使用

2.4.3 Notebook使用的几个问题

习题

第3章 MATLAB数值运算一

3.1 MATLAB的数值运算基础

3.1.1常量

3.1.2变量

3.1.3 MATLAB运算符

3.2 MATLAB的数组、矩阵运算

3.2.1数组、矩阵的概念

3.2.2数组或矩阵元素的标识

3.2.3数组与矩阵的输入

3.2.4数组、矩阵的算术运算

3.2.5向量及其运算

3.2.6矩阵的特有运算

3.2.7数组的关系运算

3.2.8数组的逻辑运算

3.2.9特殊字符数组——字符串

3.3MATLAB的数组函数与矩阵函数

3.3.1数组函数

3.3.2矩阵函数

3.4多项式及其运算

3.4.1多项式运算函数

3.4.2多项式运算举例

3.5 MATLAB的数学表达式及其书写

3.5.1 MATLAB的数学表达式

3.5.2 MATLAB数学表达式的书写

习题

第4章 MATLAB符号运算基础

4.1 MATLAB符号运算概述

4.1.1 MATLAB符号运算入门

4.1.2 MATLAB符号运算的几个基本概念

4.2 MATLAB符号对象的基本运算与关系运算

4.3 MATLAB符号运算的基本函数

4.3.1符号变量代换及其函数subs()

4.3.2符号对象转换为数值对象的函数double()、digits()、vpa()、numeric()

4.3.3 MATLAB符号表达式的化简

4.4 MATLAB符号微积分运算

4.4.1 MATLAB符号极限运算

4.4.2 MATLAB的符号函数微分运算

4.4.3 MATLAB符号函数积分运算

4.4.4符号求和函数与Taylor(泰勒)级数展开函数

4.5 MATLAB符号矩阵的几种特殊运算

4.5.1矩阵的微分与积分

4.5.2 Jacobian矩阵

4.5.3矩阵的Jordall标准形

4.6 MATLAB符号方程求解

4.6.1 MATLAB符号代数方程求解

4.6.2 MATLAB符号微分方程求解

4.7复变函数计算的MATIAB实现

4.7.1复数的概念

4.7.2 MATIAB关于复变量的函数命令

4.7.3复数的生成与创建复矩阵

4.7.4复数的几何表示

4.7.5复数代数运算的MATIAB实现一

4.7.6复数计算在自动控制系统频率特性计算中的应用一

习题

第5章 MATLAB程序设计

5.1 M文件、MATLAB函数与MATLAB程序

5.1.1 M文件

5.1.2 MATLAB函数

5.1.3 MATLAB命令文件或程序

5.2 MATLAB程序设计基础

5.2.1 M蜘AB程序设计基本规则

5.2.2表达式、表达式语句与赋值语句

5.2.3程序流程控制语句

5.2.4程序流程控制指令

5.3 MATLAB程序的交互式、调试与警示

指令

5.3.1 MATLAB程序的交互式指令

5.3.2 MATLAB程序的调试指令

5.3.3 MATLAB程序的常用警示指令

5.4.MATLAB程序设计再举例

习题

第6章 MATLAB常用图形命令与符号函数图形命令

6.1 MATLAB的常用图形命令

6.1.1绘图函数plot()

6.1.2绘图坐标系的调整

6.1.3图形标注

6.1.4多次重叠绘制图形

6.1.5图形窗口的分割

6.2 MATI_AB的特殊坐标绘图函数

6.2.1对数坐标曲线

6.2.2极坐标曲线

6.2.3双y轴坐标曲线

6.2.4复数的图形曲线

6.3 MATI AB离散数据与步进图形的绘图函数

6.3.1 MATIAB绘制离散数据图形的函数命令stem()

6.3.2 MATIAB绘制步进图形的函数命令stairs()

6.4 MATLAB符号函数的图形命令

6.4.1符号函数的简捷绘图函数命令czplot()

6.4.2符号函数的绘图函数命令fplot()

6.4.3符号函数的极坐标绘图函数命令ezpoar()

习题

下篇自动控制原理的MATLAB实现

第7章 MATLAB 7.1的仿真集成环境simulink 6.3

7.1 Simulink仿真特色与其模型窗口

7.1.1 Simulink仿真特色

7.1.2进入MATIAB 7.1的Simulink6.3

7.1.3 Simulink 6.3的模型窗口概述

7.2 Simulink6.3的界面与组成

7.2.1 Simulink 6.3功能模块组的打开与关闭

7.2.2 Simulink 6.3功能模块的分夹及其用途

7.2.3有关Simulink 6.3的几个问题

7.3用Simulink建立系统模型

7.3.1打开模型窗口的方法

7.3.2模块的查找与选择

7.3.3模块的复制、移动与删除

7.3.4模块的连接

7.3.5模块标题名称的修改

7.3.6系统结构图模型标题名称的标注与修改

7.3.7创建模型的取消与复原操作

7.3.8模型文件的保存与打开

7.3.9模型框图的打印

7.3.10 Simulink建模注意事项

7.4模块内部参数的设置或修改

7.4.1常用15个模块内部参数的设置或修改

7.4.2用Simulink建立系统模型举例

7.5观察simuIink的仿真结果

7.5.1使用示波器模块观察仿真输出

7.5.2使用To Workspace模块将仿真输出信息返回到MATIAB命令窗口中

7.5.3使用Outl模块将仿真输出信息返回到MATLAB命令窗口中

7.6 Simulink的分析工具

7.6.1模型线性化概述

7.6.2连续系统的线性化模型

7.6.3离散系统的线性化模型

7·6·4Simulink平衡点的求取

7.6.5 Simulink里由状态方程转换成 LTI(线性时不变)对象

7.6.6在Simulink里绘制波德(Bode)图与时间响应图

习题

第8章 控制系统数学模型的MATIAB实现

8.1 LTI三种对象及其属性

8.1.1 LTI对象与set()函数

8.1.2三种对象的属性

8.2控制系统数学模型对象的种类及转换

8.2.1控制系统数学模型

8.2.2三种系统数学模型之间的转换

8.2.3第四种系统数学模型对象(Simulink模型)

8.3环节方框图模型的化简

8.3.1环节串联连接的化简

8.3.2环节并联连接的化简

8.3.3环节反馈连接的化简

8.4用系统Simulink模型结构图化简控制系统模型

8.5控制系统三类数学模型及举例

习题

第9章 连续系统时域分析的MATIAB实现

r 9.1控制系统时域分析的几个基本概念

9.2 LaplLace变换及反变换

9.2.1 Laplace变换与反变换的概念

9.2.2两个特殊函数的表示法

9.2.3计算函数的Laplace变换

9.2.4计算用图形表示的函数的Laplace变换

9.2.5利用留数将像函数表达式展成部分分式

9.2.6用Laplace反变换求原函数

9.2.7用Laplace变换定义传递函数

9.2.8用Laplace反变换求解微分方程

9.3 MATI AB函数指令方式下的时域响应仿真

9.3.1时域响应MAnAB仿真的函数指令格式

9.3.2 MATIAB函数指令时域响应仿真示例

9.4利用Simulink动态结构图的时域响应仿真示例

9.4.1利用Simulink动态结构图模型指令方式下的时域响应仿真实例

9.4.2在simulink窗口里菜单方式下的时域响应仿真实例

习题

第10章 连续系统稳定性分析的MATLAB实现

10.1控制系统稳定性分析概述

10.1.1控制系统稳定性简述

10.1.2控制系统有关稳定性的几个基本概念

10.2代数稳定判据的MATLAB实现

10.3用根轨迹法判定系统稳定性的MATIAB实现

10.4用频率法判定系统稳定性的MATLAB实现

10.4.1用B0de图判定系统稳定性

10.4.2用Nvquist曲线判定系统稳定性

习题

第11章 连续系统稳态误差计算的MATLAB实现

11.1控制系统误差(响应)与稳态误差及误差传递函数

11.1.1控制系统误差

11.1.2控制系统稳态误差

11.1.3控制系统稳态误差的计算原理

11.1.4控制系统两个重要概念

11.1.5闭环系统的误差传递函数

11.2控制系统稳态误差的计算

11.2.1控制系统的静态误差系数与动态误差系数

11.2.2三种典型信号给定输入作用下

的稳态误差

11.2.3典型外作用信号下的给定输入响应与其稳态误差曲线的绘制

11.2.4从输出端定义的非单位负反馈系统的误差计算

11.2.5扰动输入作用下的稳态误差计算

11.3控制系统稳态误差计算举例

习题

第12章 连续系统根轨迹分析的MATLAB实现

12.1有关根轨迹的几个基本概念

12.2控制系统根轨迹分析的MATLAB实现

12.2.1根轨迹分析MATLAB实现的函数指令格式

12.2.2根轨迹分析的MATLAB实现再举例

12.3 MATIAB基于根轨迹的设计工具

12.3.1根轨迹设计工具简述

12.3.2根轨迹设计工具示例

习题

第13章 连续系统频域分析的MATLAB实现

13.1有关频域分析的几个概念

13.2控制系统的频率特性

13.3连续系统频域分析的MATLAB实现

13.3.1频域响应Bode图的函数指令格式及示例

13.3.2频域分析Nyquist曲线的函数指令格式及示例

13.3.3控制系统中延迟特性的处理

13.3.4频域分析Nichols曲线的函数指令格式及示例

13.3.5频域响应的模值裕度与相位裕度函数指令格式及示例

习题

第14章 连续线性控制系统校正的MATLAB实现

14.1控制系统校正设计概述

14.1.1经典控制系统的校正设计

14.1.2控制系统校正设计的几个概念

14.1.3控制系统的无源校正与有源校正

14.1.4控制系统串联校正的基本思路

14.1.5控制系统校正设计应注意的几个问题

14.2控制系统Bode图校正设计法

14.2.1 B0de图超前校正设计

14.2.2 Bod|e图滞后校正设计

14.2.3 BOde图滞后一超前校正设计

14.3控制系统根轨迹设计法

14.3.1根轨迹超前校正设计

14。3.2根轨迹滞后校正设计

14.4控制系统PID校正设计法

14.4.1 PID调节简述

14.4.2 PID调节规律1.

14.4.3 PID调节作用分析

14.4.4 PID校正设计方法

习题

第15章 描述函数法分析非线性系统的MATAB实现

15.1有关非线性系统分析的几个概念

15.2典型非线性特性的描述函数

15.3描述函数法分析非线性系统的MATLAB实现

15.3.1非线性系统自振分析

15.3.2描述函数法分析非线性系统的MATLAB实现示例

习题

第16章 离散系统分析的MAl[LAB实现

16.1离散系统的几个基本概念

16.1.1连续系统与离散系统

16.1.2采样过程与采样定理

16，1.3信号复现与零阶保持器

16.2 z变换与z反变换

16.2.1 z变换与z反变换的概念

16.2.2 MATLAB的z变换函数命令与使用

16.2.3 MATIAB的z反变换函数命令与使用

16.3差分方程的z变换解法

16.3.1差分的概念

16.3.2差分方程的概念

16.3.3差分方程的求解

16.4离散控制系统的脉冲传递函数

16.4.1脉冲传递函数的概念

16.4.2开环系统脉冲传递函数及其举例

16.4.3闭环系统脉冲传递函数及其举例

16.5离散系统稳定性分析的MATLAB实现

16.5.1从s平面到z平面的映射

16.5.2 z域稳定条件及稳定判据

16.5.3 z平面到W平面的映射与在W平面应用稳定判据v

16.6单位反馈离散系统稳态误差的MATLAB计算

16.6.1单位阶跃输入作用时的稳态误差

16.6.2单位斜坡函数输入作用时的稳态误差

16.6.3单位加速度函数输入作用时的稳态误差

16.7离散系统动态性能分析的MATLAB实现示例

习题

第17章 线性系统状态空间分析的MATLAB实现

17.1控制系统状态空间分析的几个基本概念

17.2系统状态空间表达式及其状态方程的解

17.2.1状态空间表达式的建立

17.2.2系统状态方程的解

17.2.3求控制系统的特征方程、特征值及特征向量

17.2.4连续系统状态方程的离散化

17.3系统状态方程的线性变换

17.3.1传递矩阵

17.3.2状态方程的线性变换

17.3.3 Vandermonde(范德蒙特)矩阵与Jordan(约当)标准形

17.4线性系统的可控性与可观性

17.4.1线性系统的可控性

17.4.2线性系统的可观测性

17.4.3线性定常系统的实现问题

17.5系统状态反馈与状态观测器

17.5.1系统的输出反馈与闭环系统的传递矩阵

17.5.2系统的状态反馈与闭环系统的状态矩阵

17.5.3系统的极点配置

17.5.4系统的状态观测器

17.5.5系统的状态降维观测器

17.6 Lyapunov系统稳定性分析的MATIAB实现

17.6.1系统稳定性概述

17.6.2李亚普诺夫意义下的稳定性理论

17.6.3线性定常系统的李亚普诺夫稳定性分析

17.6.4李亚普诺夫方程的求解

习题

第18章 线性二次型最优控制的MATLAB实现

18.1最优控制的基本概念

18.1.1最优控制问题

18.1.2最优控制的性能指标

18.1.3最优控制问题的数学分类法

18.1.4最优控制问题的求解方法

18.1.5线性二次型最优控制

18.2连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现

18.2.1连续系统线性二次型最优控制

18.2.2连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现

18.2.3连续系统线性二次型最优控制的MATLAB实现示例

18.3离散系统线性二次型最优控制的MATLAB实现

18.3.1离散系统稳态线性二次型最优控制

18.3.2离散系统线性二次型最优控制的MATLAB实现与示例

18.4最优观测器的MATLAB实现

18.4.1连续时不变系统的Kalman滤波

18.4.2 Kalman滤波的MATLAB实现

18.4.3 Kalman滤波的MATLAB实现示例

18.5线性二次型Guass最优控制的MATLAB实现

18.5.1 LQG最优控制的求解

18.5.2 LQG最优控制的MATLAB实现与示例

习题

附录A作者编写的MATLAB函数

附录B无源校正网络与有源校正网络

参考文献