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上篇 MATLAB/Simulink基础3

第1章 MATLAB环境认识与操作3

1.1 MATLAB环境认识3

1.1.1 命令窗口4

1.1.2 命令历史记录（Command History）窗口6

1.1.3 工作空间（Workspace）窗口7

1.1.4 MATLAB的帮助使用9

1.1.5 图形窗口12

1.1.6 编辑／调试窗口13

1.2 MATLAB Notebook及其使用14

1.2.1 MATLAB Notebook的启动14

1.2.2 Notebook的菜单命令15

1.2.3 输出单元的格式控制15

1.2.4 使用M-book模板的技巧16

本章小结16

第2章 MATLAB语言基础17

2.1 MATLAB语言的常量与变量17

2.1.1 MATLAB语言的常量17

2.1.2 MATLAB语言的变量18

2.2 MATLAB语言的运算符19

2.2.1 算术运算符19

2.2.2 关系运算符19

2.2.3 逻辑运算符19

2.3 MATLAB语言的数据类型20

2.3.1 MATLAB语言的数据类型概述20

2.3.2 稀疏矩阵20

2.3.3 单元数组24

2.3.4 结构数组27

2.4 MATLAB语言的基本语句结构30

2.4.1 直接赋值语句30

2.4.2 调用函数语句31

本章小结31

第3章 MATLAB的数值运算与符号运算基础32

3.1 数组与矩阵的基本操作32

3.1.1 数组与矩阵的输入32

3.1.2 数组与矩阵元素的操作36

3.1.3 数组与矩阵的输出38

3.2 MATLAB的基本数值运算40

3.2.1 算术运算40

3.2.2 关系运算44

3.2.3 逻辑运算45

3.2.4 运算优先级47

3.3 MATLAB的基本符号运算47

3.3.1 符号运算基本函数48

3.3.2 符号代数方程和微分方程的求解49

3.3.3 符号微积分运算52

3.3.4 Laplace变换及其反变换、Z变换及其反变换53

3.3.5 MuPAD Notebook简介55

本章小结56

第4章 MATLAB语言的程序设计57

4.1 MATLAB语言的流程结构57

4.1.1 if,else和elseif组成的条件转移结构57

4.1.2 switch,case和otherwise组成的开关结构58

4.1.3 while/for循环结构58

4.1.4 try和catch组成的试探结构59

4.1.5 MATLAB程序设计举例60

4.2 MATLAB函数的编写63

4.2.1 MATLAB函数的基本结构64

4.2.2 MATLAB函数编写举例66

4.3 MATLAB程序设计中应注意的问题69

本章小结70

第5章 MATLAB语言的绘图基础71

5.1 二维图形的绘制71

5.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例71

5.1.2 图形的修饰及示例73

5.1.3 多图绘制函数及示例78

5.1.4 特殊应用二维图形的绘制83

5.2 三维图形的绘制85

5.2.1 三维图形绘制函数85

5.2.2 三维图形绘制举例85

5.3 图形的图形化编辑87

5.4 符号函数绘制图形88

5.4.1 符号函数绘制图形的函数及示例88

5.4.2 符号函数的图形化绘制方式89

本章小结90

第6章 MATLAB GUI程序设计初步91

6.1 GUI设计工具GUIDE简介91

6.1.1 GUIDE的启动91

6.1.2 GUI的创建91

6.2 GUI程序设计示例93

6.2.1 “Hello World”程序的设计93

6.2.2 控制系统典型环节的演示程序95

本章小结99

第7章 MATLAB的仿真集成环境——Simulink100

7.1 Simulink概述100

7.2 Simulink的基本界面操作100

7.3 Simulink的功能模块及其操作103

7.3.1 Simulink的功能模块103

7.3.2 功能模块的基本操作109

7.3.3 功能模块的连接操作111

7.4 Simulink仿真环境的设置112

7.5 子系统及封装技术113

7.5.1 子系统的建立114

7.5.2 子系统的封装115

7.6 用Simulink建立系统模型示例118

7.7 Simulink的高级应用——S-函数的编写121

7.7.1 S-函数的工作原理122

7.7.2 S-函数的设计实例127

本章小结133

第8章 MATLAB/Simulink与Arduino交互控制134

8.1 Arduino简介134

8.1.1 Arduino及其特点134

8.1.2 Arduino硬件资源135

8.1.3 Arduino开发环境136

8.1.4 Arduino开发举例137

8.2 MATLAB/Simulink对Arduino的开发支持140

8.2.1 MATLAB/Simulink支持包的安装140

8.2.2 MATLAB对Arduino的支持（Arduino Support from MATLAB）141

8.2.3 Simulink对Arduino的支持（Arduino Support from Simulink）141

8.3 MATLAB/Simulink与Arduino交互控制举例143

8.3.1 MATLAB与Arduino交互控制举例143

8.3.2 Simulink与Arduino交互控制举例146

本章小结149

下篇 控制系统的MATLAB仿真153

第9章 自动控制及其仿真概述153

9.1 自动控制系统概述153

9.1.1 自动控制系统的基本形式及特点153

9.1.2 自动控制系统的分类154

9.1.3 对自动控制系统的要求及性能评价154

9.2 控制系统仿真概述154

9.2.1 仿真的基本概念154

9.2.2 仿真的不同分类155

9.2.3 仿真技术的应用及发展156

9.2.4 计算机仿真的要素及基本步骤157

9.2.5 控制系统仿真软件158

本章小结158

第10章 基于MATLAB的控制系统数学建模159

10.1 控制系统的传递函数模型159

10.1.1 系统传递函数模型简述159

10.1.2 传递函数的MATLAB相关函数160

10.1.3 建立传递函数模型实例161

10.2 控制系统的零极点函数模型164

10.2.1 零极点函数模型简述164

10.2.2 零极点函数的MATLAB相关函数165

10.2.3 建立零极点函数模型实例165

10.3 控制系统的状态空间函数模型169

10.3.1 状态空间函数模型简述169

10.3.2 状态空间函数的MATLAB相关函数169

10.3.3 建立状态空间函数模型实例170

10.4 系统模型之间的转换172

10.4.1 系统模型转换的MATLAB相关函数172

10.4.2 系统模型之间转换实例173

10.5 方框图模型的连接化简178

10.5.1 方框图模型的连接化简简述178

10.5.2 系统模型连接化简的MATLAB相关函数180

10.5.3 系统模型连接化简实例180

10.6 Simulink图形化系统建模实例184

本章小结185

第11章 控制系统的稳定性分析186

11.1 系统稳定性的MATLAB直接判定187

11.1.1 MATLAB直接判定的相关函数187

11.1.2 MATLAB直接判定实例187

11.2 系统稳定性的MATLAB图形化判定190

11.2.1 MATLAB图形化判定的相关函数190

11.2.2 MATLAB图形化判定实例190

11.3 MATLAB LTI Viewer稳定性判定实例192

本章小结195

第12章 控制系统的时域分析196

12.1 控制系统的动态性能指标分析196

12.1.1 控制系统的动态性能指标196

12.1.2 控制系统动态性能指标MATLAB求取实例197

12.2 控制系统的稳态性能指标分析204

12.2.1 系统的稳态性能指标204

12.2.2 控制系统稳态性能指标MATLAB求取实例204

12.3 MATLAB时域响应仿真的典型函数应用207

12.3.1 MATLAB时域响应仿真的典型函数207

12.3.2 MATLAB时域响应仿真的典型函数应用实例207

12.4 MATLAB/Simulink图形化时域分析212

12.4.1 MATLAB LTI Viewer时域分析实例212

12.4.2 Simulink时域分析实例215

本章小结217

第13章 控制系统的根轨迹分析与校正218

13.1 控制系统的根轨迹法分析220

13.1.1 MATLAB根轨迹分析的相关函数220

13.1.2 MATLAB根轨迹分析实例220

13.2 控制系统的根轨迹法校正233

13.2.1 根轨迹法超前校正及基于MATLAB的实例234

13.2.2 根轨迹法滞后校正及基于MATLAB的实例238

13.3 MATLAB图形化根轨迹法分析与设计242

13.3.1 MATLAB图形化根轨迹法分析与设计工具rltool242

13.3.2 基于图形化工具rltool的系统分析与设计实例244

本章小结246

第14章 控制系统的频域分析与校正247

14.1 控制系统的频域分析248

14.1.1 频率特性及其表示248

14.1.2 MATLAB频域分析的相关函数248

14.1.3 MATLAB频域分析实例249

14.2 基于频域法的控制系统稳定性能分析258

14.2.1 频域法的稳定性判定和稳定裕度概述258

14.2.2 基于频域法的控制系统稳定性判定相关函数259

14.2.3 MATLAB频域法稳定性判定实例260

14.3 控制系统的频域法校正266

14.3.1 频域法超前校正及基于MATLAB的实例266

14.3.2 频域法滞后校正及基于MATLAB的实例271

14.3.3 频域法滞后-超前校正及基于MATLAB的实例276

本章小结282

第15章 控制系统的PID控制器设计283

15.1 PID控制器概述283

15.2 PID控制器作用分析284

15.2.1 比例控制作用举例分析284

15.2.2 比例微分控制作用举例分析285

15.2.3 积分控制作用举例分析288

15.2.4 比例积分控制作用举例分析290

15.2.5 比例积分微分控制作用举例分析291

15.3 PID控制器设计举例295

15.3.1 PID控制器参数整定方法295

15.3.2 PID控制器设计举例296

本章小结300

第16章 非线性控制系统分析301

16.1 非线性系统概述301

16.2 相平面法302

16.2.1 相平面法概述302

16.2.2 基于MATLAB的相轨迹图绘制示例302

16.3 描述函数法304

16.3.1 描述函数法概述304

16.3.2 基于MATLAB的描述函数法非线性系统分析示例305

本章小结307

第17章 课程设计综合实例308

17.1 课程设计作品1——系统的滞后超前频域法校正308

17.1.1 设计目的308

17.1.2 设计任务308

17.1.3 具体要求308

17.1.4 设计原理概述308

17.1.5 设计方案及分析309

17.1.6 结束语320

17.1.7 参考文献320

17.2 课程设计作品2——系统的根轨迹法超前校正320

17.2.1 设计目的320

17.2.2 设计任务321

17.2.3 具体要求321

17.2.4 设计原理及EDA工具选择321

17.2.5 系统校正及结果分析323

17.2.6 结束语328

17.2.7 参考文献328

参考文献329