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第1章MATLAB基础知识1

1.1MATLAB软件入门1

1.1.1 MATLAB软件的特点1

1.1.2 最新版MATLAB的新特点1

1.1.3 MATLAB的系统结构3

1.1.4 MATLAB的安装3

1.1.5 MATLAB的启动7

1.1.6 MATLAB的开发环境配置7

1.1.7 MATLAB软件桌面7

1.1.8 Help帮助系统14

1.2 MATLAB的程序设计15

1.2.1 MATLAB的变量与数组15

1.2.2 MATLAB的运算符25

1.2.3 MATLAB的流程控制29

1.2.4 M文件33

1.2.5 文件I/O函数36

1.3MATLAB图形图像处理44

1.3.1二维图形的绘制44

1.3.2三维曲线作图59

1.3.3图形用户界面62

1.3.4MATLAB数字图像处理65

1.4MATLAB应用——傅里叶变换69

1.4.1离散傅里叶变换70

1.4.2博里叶变换72

1.5习题75

1.6上机实验76

实验 熟悉MATLAB语言76

第2章MATLAB与外部程序的接口80

2.1常见的MATLAB混合编程方法80

2.1.1用MATLAB自带的MATLAB Compiler80

2.1.2利用MATLAB引擎81

2.1.3利用ActiveX控件81

2.1.4利用MAT 文件81

2.1.5利用MEX 文件82

2.1.6利用Mideva83

2.1.7利用Matrix实现混合编程83

2.1.8MATLABCOMBuilder84

2.1.9MATLAB和Excel混合编程84

2.2Visual C++与MATLAB接口编程方法与实现84

2.2.1 Visual C++与MATLAB接口方法85

2.2.2 MATLAB编译器86

2.2.3 COM组件86

2.2.4 Visual C++与MATLAB混合编程实例87

2.3MATLAB与 C语言程序的应用编程接口90

2.3.1C语言的MEX文件的结构90

2.3.2使用C语言中的MEX文件90

2.3.3C语言实现MATLAB中M文件的方法91

2.3.4C语言与MATLAB的编程实例95

2.4Visual Basic与MATLAB混合编程96

2.4.1基础知识96

2.4.2基本思路及实现方法98

2.4.3将MATLAB函数转换为Visual Basic可用的DLL99

2.5MATLAB 与Delphi的接口101

2.5.1采用数据中转方式实现Delphi与MATLAB交流101

2.5.2基于DDE技术的动态数据交换103

2.5.3创建ActiveX对象实现数据交流105

2.5.4利用动态链接库技术进行数据交流106

2.5.5利用Mideva编译脱离MATLAB环境的动态链接库109

2.6C++Builder与MATLAB混合编程109

2.6.1 DLL的使用110

2.6.2 开发平台Mediva的使用111

2.7在Word环境下使用MATLAB113

2.7.1安装MATLAB Notebook113

2.7.2Notebook的使用指令114

2.8LabVIEW与MATLAB混合编程116

2.9在MATLAB环境下实现对硬件资源的访问117

2.9.1 Windows环境下对硬件资源的访问118

2.9.2 MATLAB环境下 MEX程序的设计118

2.9.3 MATLAB环境下和MEX程序中的数据格式处理119

2.10基于MATLAB的DSP调试方法121

2.10.1 MATLAB辅助DSP设计的方法121

2.10.2 CCSLink的实现方式及工作原理122

2.10.3 基于MATLAB的DSP调试方法123

2.11基于MATLAB的实时数据采集与分析126

2.11.1数据采集126

2.11.2数据采集工具箱介绍126

2.11.3数据采集过程127

2.11.4MATLAB的音频信号处理工具129

2.12MATLAB与外部程序的应用——基于Visual C++与MATLAB的混合编程实现图像的三维显示130

2.12.1 MATLAB Add-in实现MATLAB与Visual C++的混合编程130

2.12.2 三维显示程序的创建131

2.12.3在主程序完成对三维显示程序的调用132

2.13习题132

2.14上机实验136

实验MATLAB与Visual C++混合编程136

第3章Simulink仿真139

3.1Simulink入门139

3.1.1 Simulink的启动和退出140

3.1.2 Simulink窗口介绍140

3.1.3 Simulink的常用模块库140

3.2 Simulink模型的创建144

3.2.1 Simulink模块参数属性设置144

3.2.2 Simulink模块的查找、选定与移动144

3.2.3 Simulink模块的复制与删除145

3.2.4 Simulink模块几何属性的调整145

3.2.5创建新的Simulink模块146

3.2.6创建Simulink模块的连接146

3.3子系统147

3.3.1 子系统的创建148

3.3.2 子系统的封装148

3.3.3条件子系统149

3.3.4 Simulink仿真运行150

3.3.5 Simulink调试152

3.4定制函数库和S函数153

3.4.1函数库的定制153

3.4.2 S-Function的建立153

3.5 Simulink命令集154

3.6 Simulink仿真实例156

3.7同步电动机的Simulink仿真159

3.7.1同步电动机基本原理160

3.7.2仿真系统的总体设计162

3.7.3仿真系统的详细设计164

3.7.4系统仿真运行167

3.8习题168

3.9上机实验169

实验 熟悉GUI与Simulink169

第4章 经典控制理论设计与仿真175

4.1自动控制系统的基本概念175

4.1.1开环控制和闭环控制175

4.1.2闭环控制系统的组成和基本环节177

4.1.3 自动控制系统的分类178

4.1.4自动控制系统的性能指标179

4.2自动控制系统的数学模型181

4.2.1系统的微分方程181

4.2.2控制系统的传递函数182

4.2.3系统的动态框图182

4.3系统数学模型的处理184

4.3.1 多项式求根184

4.3.2 传递函数184

4.3.3零极点模型185

4.3.4框图186

4.4系统的瞬态响应分析187

4.4.1单位脉冲响应187

4.4.2单位阶跃响应188

4.4.3单位斜坡响应188

4.4.4任意已知函数作用下系统的响应189

4.5根轨迹的绘制190

4.6系统的频域分析191

4.6.1波特图法191

4.6.2增益和相位裕度193

4.6.3奈奎斯特法194

4.7经典控制理论设计与仿真应用——控制系统的校正196

4.7.1相位超前校正196

4.7.2相位滞后校正198

4.8习题200

4.9上机实验200

实验 经典控制系统分析200

第5章 线性系统理论设计与仿真203

5.1离散控制系统203

5.1.1连续系统的离散化203

5.1.2求离散系统的响应204

5.2状态空间模型206

5.3李雅普诺夫稳定性213

5.4线性系统的状态空间分析214

5.4.1能控性分析216

5.4.2能观性分析218

5.5基于状态空间模型的控制器设计方法220

5.5.1状态空间表达式的若干基本概念以及状态方程的解220

5.5.2状态反馈极点配置控制器设计222

5.5.3状态观测器设计224

5.5.4基于状态观测器状态反馈控制系统226

5.6倒立摆控制系统228

5.7习题234

5.8上机实验238

实验 状态空间极点配置控制238

第6章PID控制与仿真248

6.1 PID控制原理248

6.2 PID控制器设计248

6.2.1 PID控制器的传递函数249

6.2.2 PID控制器各参数对控制性能的影响249

6.2.3使用Ziegler-Nichols经验整定公式进行PID控制器设计250

6.3数字PID控制252

6.3.1位置型PID控制算法252

6.3.2连续系统的数字PID控制254

6.3.3离散系统的数字PID控制254

6.3.4增量型PID控制算法256

6.3.5积分分离PID控制算法258

6.3.6抗积分饱和PID控制算法259

6.3.7梯形积分PID控制算法261

6.3.8变速积分PID控制算法261

6.3.9不完全微分PID控制算法263

6.3.10综合实例264

6.4最少拍控制系统仿真266

6.5纯滞后系统数字控制器的设计268

6.6 PID控制算法的应用270

6.7习题275

6.8上机实验277

实验 数字PID控制277

第7章 最优控制及仿真279

7.1概述279

7.2静态优化——函数的极值问题287

7.2.1无约束条件的函数极值问题287

7.2.2有约束条件的函数极值问题290

7.3用变分法解最优控制——泛函极值问题291

7.3.1变分法基础291

7.3.2无约束条件的泛函极值问题292

7.3.3有约束条件的泛函极值——动态系统的最优控制问题294

7.4极小值原理及其应用297

7.4.1连续系统的极小值原理298

7.4.2最短时间控制问题302

7.4.3最少燃料控制问题302

7.5线性系统二次型指标的最优控制——线性二次型问题302

7.5.1线性二次型问题的提法303

7.5.2终端时间有限时连续系统的状态调节器问题304

7.5.3稳态时连续系统的状态调节器问题306

7.6最优控制的工具箱函数307

7.7用MATLAB解线性二次型最优控制312

7.8用MATLAB解最优控制问题323

7.8.1机械臂最优路径规划323

7.8.2倒立摆系统的数字最优控制器327

7.8.3不含积分环节的伺服系统设计331

7.9习题333

7.10上机实验334

实验 单级倒立摆稳定控制334

第8章 智能控制仿真研究340

8.1神经网络控制340

8.1.1BP神经网络340

8.1.2RBF神经网络342

8.1.3神经网络控制理论343

8.1.4神经网络控制设计346

8.2模糊控制349

8.2.1模糊控制的概念及产生349

8.2.2模糊控制规则350

8.2.3模糊控制方法及仿真352

8.3滑模控制358

8.3.1滑模控制的基本概念358

8.3.2滑模控制的应用359

8.3.3滑模控制的方法361

8.4小波分析与小波变换362

8.4.1基础知识363

8.4.2 MATLAB中的小波分析工具箱364

8.4.3 MATLAB小波分析工具箱中对象的应用368

8.5系统辨识及仿真373

8.5.1基础知识373

8.5.2辨识三要素375

8.5.3参数估计的批量法385

8.5.4辨识原理392

8.6鲁棒控制396

8.6.1系统不确定性397

8.6.2 Kharitonov定理398

8.6.3 H∞控制理论399

8.6.4 H∞控制在MATLAB上的应用401

8.7习题405

8.8上机实验412

实验 基于神经网络的双容水箱自适应PID控制实验412

参考文献417