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入门篇2

第1章 MATLAB程序设计基础2

1.1 MATLAB概述2

1.2 MATLAB的安装与启动3

1.2.1 MATLAB的安装要求3

1.2.2 MATLAB的启动和退出3

1.3 MATLAB的开发环境4

1.3.1 MATLAB桌面平台4

1.3.2 MATLAB帮助系统6

1.3.3 数据交换系统6

1.4 MATLAB的数值计算功能7

1.4.1 MATLAB数据类型7

1.4.2 矩阵基础9

1.4.3 矩阵运算20

1.4.4 数组运算25

1.4.5 向量和下标30

1.4.6 其他基本函数34

1.4.7 数据分析40

1.4.8 矩阵函数44

1.5 MATLAB的图形功能51

1.5.1 二维图形的绘制51

1.5.2 三维图形54

1.5.3 图形的输出56

1.6 MATLAB的程序设计56

1.6.1 M文件56

1.6.2 函数变量及变量作用域59

1.6.3 子函数与局部函数59

1.6.4 流程控制语句60

1.7 MATLAB的应用62

1.7.1 MATLAB在数值分析中的应用62

1.7.2 符号工具箱及其应用64

第2章 Simulink仿真68

2.1 Simulink的基本操作68

2.1.1 运行Simulink68

2.1.2 常用的标准模块69

2.1.3 模块的操作77

2.2 系统仿真及参数设置79

2.2.1 算法设置（Solver）79

2.2.2 工作空间设置（Workspace I/O）81

2.2.3 Simulink仿真分析82

2.2.4 应用举例85

2.3 自定义模块87

2.3.1 封装（Masking）程序概述87

2.3.2 封装模块88

2.4 S-函数92

2.4.1 S-函数的工作方式92

2.4.2 用MATLAB语言编写S-函数95

第3章 控制系统基础100

3.1 控制系统概述100

3.1.1 开环控制与闭环控制101

3.1.2 控制系统分类107

3.1.3 控制系统性能要求111

3.2 经典控制理论基础113

3.2.1 传递函数模型113

3.2.2 零极点增益模型117

3.2.3 控制系统的时域分析118

3.2.4 控制系统的频域分析119

3.2.5 控制系统的根轨迹分析120

3.3 现代控制理论基础122

3.3.1 状态空间模型122

3.3.2 能控性和能观性123

3.3.3 极点配置设计123

3.3.4 最优控制设计124

3.4 智能控制理论基础125

3.4.1 概述126

3.4.2 神经网络控制126

3.4.3 模糊控制130

提高篇136

第4章 控制系统建模与仿真136

4.1 状态空间法系统仿真137

4.1.1 阶龙格-库塔（Runge-Kutta）法137

4.1.2 闭环模型的建立137

4.2 系统的数学模型140

4.2.1 连续系统141

4.2.2 离散系统142

4.2.3 MATLAB模型表示143

4.2.4 利用MATLAB实现数学模型之间的转换149

4.2.5 系统模型的连接158

4.3 含有非线性环节的系统仿真165

4.3.1 饱和非线性165

4.3.2 死区非线性166

4.3.3 间隙非线性167

4.4 离散系统的仿真168

4.4.1 差分方程法169

4.4.2 Z变换法171

第5章 线性系统反馈控制173

5.1 线性系统的时域分析173

5.2 线性系统的根轨迹180

5.3 线性系统的频域分析183

5.4 线性系统的稳定性分析189

5.4.1 线性系统稳定性的概念189

5.4.2 稳定性判定方法189

5.5 线性系统的能控性和能观性分析192

5.5.1 能控性192

5.5.2 能观性193

5.5.3 能控和能观性实现194

5.6 离散系统分析202

5.6.1 连续系统的离散化202

5.6.2 离散系统单位阶跃响应203

5.6.3 离散系统的根轨迹绘制204

5.6.4 离散系统的频域响应205

第6章 PID控制系统设计207

6.1 PID控制系统设计原理207

6.2 PID控制208

6.2.1 比例、积分、微分控制作用的分析208

6.2.2 Ziegler-Nichols（齐格勒-尼柯尔斯）整定法则213

6.3 数字PID控制218

6.3.1 连续系统的模拟PID仿真218

6.3.2 数字PID控制设计219

第7章 基于传递函数模型的控制系统设计231

7.1 传递函数模型概述231

7.2 根轨迹法232

7.2.1 串联超前校正233

7.2.2 串联滞后校正238

7.3 Bode图法242

7.3.1 串联超前校正242

7.3.2 串联滞后校正246

7.3.3 串联滞后-超前校正250

7.3.4 反馈校正252

第8章 最优控制系统设计256

8.1 概述256

8.1.1 最优控制问题概述257

8.1.2 泛函及其变分法258

8.1.3 用变分法求连续系统最优控制263

8.2 连续系统线性二次型最优控制265

8.2.1 连续系统线性二次型最优控制原理265

8.2.2 连续系统二次型最优控制的MATLAB函数265

8.3 离散系统线性二次型最优控制267

8.3.1 离散系统线性二次型最优控制原理268

8.3.2 离散系统二次型最优控制的MATLAB函数268

8.4 线性二次型高斯最优控制269

8.4.1 LQG最优控制原理270

8.4.2 卡尔曼滤波器270

8.4.3 LQG最优控制的MATLAB实现271

8.5 最优控制系统设计实例273

第9章 鲁棒控制系统设计276

9.1 鲁棒控制简介276

9.1.1 奇异值276

9.1.2 标准鲁棒控制问题277

9.1.3 结构与非结构不确定性277

9.1.4 使用H∞控制方法278

9.2 鲁棒控制工具箱280

9.2.1 建模函数mksys()280

9.2.2 提取函数branch()281

9.2.3 变换函数bilin()282

9.2.4 H∞控制设计函数hinf()282

9.2.5 最优H∞控制设计函数hinfopt()283

9.3 H∞控制器设计283

第10章 智能控制系统设计288

10.1 智能控制概述288

10.2 神经网络控制289

10.2.1 概述289

10.2.2 基本原理290

10.2.3 神经网络工具箱298

10.2.4 MATLAB仿真实例300

10.3 模糊控制303

10.3.1 概述303

10.3.2 模糊控制工具箱305

10.4 智能PID控制307

10.4.1 专家PID控制307

10.4.2 模糊自适应PID控制310

10.4.3 神经元PID控制317

10.5 专家控制概述321

10.5.1 专家控制的基本结构324

10.5.2 专家控制器的设计原则325

第11章 非线性控制系统设计327

11.1 非线性系统概述327

11.1.1 常见非线性特性328

11.1.2 非线性系统的特点332

11.1.3 非线性系统的分析与设计方法334

11.2 相平面法334

11.2.1 相平面的基本概念334

11.2.2 相轨迹的绘制336

11.3 二阶系统的相轨迹338

11.3.1 二阶线性系统的相轨迹339

11.3.2 奇点339

11.3.3 奇线341

11.3.4 非线性系统的相平面分析342

11.4 描述函数法348

11.4.1 描述函数定义348

11.4.2 描述函数的计算350

11.4.3 非线性系统的描述函数分析356

11.5 基于Simulink的非线性系统分析360

第12章 系统辨识364

12.1 辨识概述364

12.1.1 辨识的定义364

12.1.2 辨识的步骤365

12.2 辨识三要素367

12.2.1 数据367

12.2.2 辨识准则372

12.2.3 数学模型372

12.3 参数估计的批量法373

12.3.1 参数估计的一般性质373

12.3.2 最小二乘算法374

12.4 辨识原理379

12.4.1 随机逼近法379

12.4.2 模型参考自适应辨识方法380

12.4.3 极大似然法380

12.4.4 预报误差估计法382

12.4.5 Bayse估计383

12.5 辨识仿真实例384

12.5.1 随机噪声二阶系统模型辨识384

12.5.2 隶属函数型神经网与模糊控制融合的解耦控制389

实践篇404

第13章 倒立摆控制方法设计404

13.1 倒立摆的数学模型404

13.1.1 数学模型推导404

13.1.2 开环响应408

13.2 PID控制方法设计411

13.2.1 PID控制原理411

13.2.2 摆杆角度控制412

13.2.3 小车位置控制413

13.2.4 PID控制算法的MATLAB仿真414

13.3 最优控制方法设计418

13.3.1 最优控制器的设计419

13.3.2 最优控制MATLAB仿真420

第14章 纸浆浓度专家控制425

14.1 纸浆浓度概述425

14.2 对象建模426

14.3 专家控制方法设计431

14.3.1 基于专家思想的单回路浓度控制方案431

14.3.2 基于专家思想的多段浓度控制方案437

14.3.3 专家系统在浓度控制中的整体应用方案438

14.4 仿真440

14.4.1 单回路仿真模型440

14.4.2 多回路仿真模型442

14.4.3 Matlab仿真442

第15章 挠性结构振动控制447

15.1 挠性结构概述447

15.2 挠性结构控制448

15.2.1 特征结构配置方法448

15.2.2 最优控制方法452

15.2.3 模型输入控制方法456

15.2.4 自适应控制方法457

15.2.5 鲁棒控制方法459

15.2.6 智能控制方法463

15.3 主动振动及仿真466

15.3.1 前滤波467

15.3.2 后滤波468

15.3.3 仿真471