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第1章 MATLAB的功能和基本应用1

1.1 MATLAB R2016a的工作环境1

1.1.1 MATLAB R2016a窗口界面1

1.1.2 MATLAB R2016a工具栏菜单2

1.1.3 MATLAB R2016a的主要功能3

1.1.4 MATLAB窗口常用操作命令4

1.1.5 MATLAB新建变量5

1.2 MATLAB语言基础5

1.2.1变量命令规则5

1.2.2全局变量与数据类型6

1.2.3常用标点符号及功能8

1.3代数运算9

1.3.1 MATLAB的常量表示9

1.3.2基本运算9

1.3.3数学函数13

1.3.4转换函数16

1.3.5字符串操作函数17

1.3.6判断数据类型函数17

1.3.7文件操作函数18

1.3.8常用特殊矩阵19

1.3.9句柄函数20

1.3.10数组表示21

1.4多项式处理23

1.4.1多项式的四则运算23

1.4.2多项式求根24

1.4.3多项式求导24

1.4.4多项式求解25

1.5空间向量表示26

1.5.1用线性等间距生成向量矩阵26

1.5.2线性及对数空间表示26

1.6逻辑函数27

1.6.1查找函数27

1.6.2测试向量函数28

1.7符号运算28

1.7.1符号变量表示29

1.7.2常用符号运算31

1.7.3求解符号方程33

1.7.4傅里叶变换与反变换36

1.7.5拉普拉斯变换与反变换37

1.7.6 Z变换与Z反变换37

1.7.7符号极限38

1.7.8符号导数38

1.7.9符号积分39

1.7.10级数40

1.8插值运算41

第2章 MATLAB程序设计45

2.1数据的输入和输出45

2.1.1数据输入45

2.1.2数据输出46

2.2程序结构47

2.2.1顺序结构47

2.2.2选择结构48

2.2.3循环结构52

2.2.4 try语句57

2.3 M文件58

2.3.1脚本文件与函数文件58

2.3.2函数文件的使用59

2.4文件操作60

2.4.1文件的打开61

2.4.2二进制文件的读写61

2.4.3文件的关闭62

2.4.4文本文件的读写63

2.4.5文件定位和文件状态65

2.4.6按行读取数据66

第3章 MATLAB的静态与动态绘图功能67

3.1二维绘图功能67

3.1.1绘制一般函数曲线67

3.1.2图形对象及其句柄71

3.1.3绘制对数坐标图74

3.1.4绘制特殊二维图形函数曲线75

3.1.5绘制符号函数曲线76

3.2三维绘图功能79

3.2.1绘制三维空间曲线79

3.2.2绘制网格矩阵80

3.2.3绘制常用三维图形81

3.2.4绘制三维曲面图83

3.2.5特殊三维立体图87

3.2.6图形颜色的修饰90

3.2.7色彩的渲染91

3.3创建动画过程92

3.3.1三维图形不同姿态92

3.3.2动画函数93

3.3.3创建动画步骤94

3.4图像动画98

3.4.1图像文件操作98

3.4.2播放电影动画98

3.4.3电影动画文件保存99

第4章 MATLAB在时域分析中的应用101

4.1传递函数的建立方法及形式转换101

4.1.1自动控制理论中常用传递函数的表示101

4.1.2传递函数的形式转换105

4.1.3多项式传递函数分解108

4.2框图化简109

4.2.1串联结构109

4.2.2并联结构110

4.2.3反馈结构111

4.2.4复杂结构112

4.3二阶系统阶跃响应114

4.3.1典型二阶系统114

4.3.2阶跃响应曲线115

4.3.3计算二阶系统特征参数117

4.4提高系统动态品质的方法121

4.4.1微分反馈121

4.4.2串联比例微分环节121

4.5高阶系统稳定性分析123

4.5.1特征方程的根对稳定性的影响123

4.5.2使用劳斯判据分析系统稳定性124

4.5.3系统零极点对稳定性的影响127

4.5.4系统增益对稳定性的影响129

4.5.5控制系统稳态误差计算131

第5章 MATLAB在频域及根轨迹分析的应用136

5.1频域分析法136

5.1.1绘制伯德图136

5.1.2绘制奈奎斯特曲线140

5.1.3绘制尼柯尔斯图142

5.1.4控制系统频域设计142

5.2频域法校正设计146

5.2.1频域法超前校正147

5.2.2频域法滞后校正151

5.2.3频域法超前-滞后校正156

5.3绘制根轨迹160

5.3.1绘制根轨迹的基本规则160

5.3.2根轨迹函数161

5.3.3使用根轨迹确定闭环特征根162

5.3.4使用根轨迹判定系统稳定性163

5.3.5绘制指定参数根轨迹164

5.3.6绘制零度根轨迹164

5.4根轨迹法校正设计165

5.4.1根轨迹校正的作用165

5.4.2根轨迹超前校正166

5.4.3根轨迹滞后校正170

第6章 MATLAB在状态空间分析中的应用174

6.1极点配置与状态反馈174

6.1.1基本概念174

6.1.2极点配置的条件175

6.1.3极点配置的原理方法176

6.1.4系统的可控性与可观测性177

6.1.5极点配置179

6.2最优二次型设计191

6.2.1连续系统最优二次型设计191

6.2.2离散系统最优二次型设计193

6.2.3对输出加权的最优二次型设计195

6.2.4 Kalman滤波器196

第7章 Simulink在自动控制理论中的仿真200

7.1 Simulink仿真模型及参数设置200

7.1.1基本模块200

7.1.2模块的参数和属性设置205

7.2 Simulink仿真命令207

7.2.1运行命令207

7.2.2线性化处理命令207

7.2.3构建模型命令207

7.2.4输入、输出操作命令212

7.3六种典型环节仿真分析213

7.3.1比例环节特性213

7.3.2积分环节特性214

7.3.3微分环节特性214

7.3.4惯性环节特性215

7.3.5比例积分环节特性215

7.3.6比例微分环节特性216

7.4二阶系统及高阶系统阶跃响应仿真216

7.4.1二阶系统阶跃响应仿真216

7.4.2高阶系统阶跃响应分析217

7.5串联校正仿真219

7.5.1串联超前校正仿真219

7.5.2串联滞后校正仿真221

7.5.3串联超前-滞后校正仿真222

7.6极点配置与状态空间仿真223

第8章 Simulink在PID控制器中的应用225

8.1 PID控制器概述225

8.1.1 PID控制系统的组成225

8.1.2 PID控制器的表示方法及仿真225

8.1.3 PID控制器的作用226

8.2使用试凑法设计PID参数227

8.3使用Ziegler- Nichols法设计PID参数231

8.4使用科恩-库恩法设计PID参数232

8.5使用衰减曲线法设计PID参数235

8.6使用临界比例度法设计PID参数238

8.7使用Smith预估器设计PID参数240

8.8使用串级控制仿真PID控制参数243

8.9使用前馈-反馈控制仿真PID参数245

第9章 MATLAB界面设计249

9.1图形用户界面开发环境249

9.1.1创建界面应用程序249

9.1.2使用空白界面建立应用程序250

9.1.3使用控制界面建立应用程序252

9.1.4使用坐标轴界面建立应用程序253

9.1.5使用信息对话框界面建立应用程序254

9.1.6创建标准对话框255

9.2 MATLAB句柄式图形对象258

9.2.1句柄式图形对象258

9.2.2创建图形句柄259

9.3回调函数261

9.3.1回调函数格式261

9.3.2回调函数使用说明261

9.4控件工具及属性262

9.4.1控件对象类型及描述262

9.4.2控件对象控制属性262

9.5界面设计263

9.6菜单设计274

9.6.1弹出式菜单274

9.6.2下拉式菜单276

9.6.3快捷菜单279

9.7对话框设计281

9.7.1对话框操作281

9.7.2专用对话框282

参考文献287