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第1章　MATLAB入门1

1.1 MATLAB简介1

1.1.1 MATLAB的功能及特点1

1.1.2 MATLAB系统2

1.1.3　MATLAB安装的目录结构2

1.2　MATLAB开发环境4

1.2.1 设置MATLAB4

1.2.2　MATLAB桌面工具5

1.3 MATLAB语言初步9

1.3.1　MATLAB语言的特点9

1.3.2　MATLAB的语言结构和编程方法11

1.3.3 MATLAB的主要语法和操作符13

1.4　本章小结19

第2章　MATLAB常用数学方法20

2.1　矩阵和数组的运算20

2.1.1　矩阵的定义和运算20

2.1.2　数组的定义和运算24

2.1.3　数组的关系和逻辑运算26

2.1.4　多维数组27

2.2　特殊矩阵的生成29

2.2.1　零矩阵与单位矩阵29

2.2.2　对角矩阵30

2.2.3　伴随矩阵30

2.2.4　Vandermonde矩阵31

2.2.5　Hilbert矩阵及逆Hilbert矩阵32

2.3　矩阵特征参数的提取32

2.3.1　矩阵的秩32

2.3.2　矩阵的行列式33

2.3.3　矩阵的迹34

2.3.4　矩阵的范数35

2.3.5　矩阵的特征多项式、特征方程与特征根36

2.4　矩阵的分解38

2.4.1　三角分解38

2.4.2　Cholesky分解41

2.4.3　奇异值分解42

2.5　矩阵特征值与特征矢量44

2.5.1　矩阵特征值与特征矢量的计算45

2.5.2　广义矩阵特征值与特征矢量46

2.6　矩阵求逆与线性方程求解48

2.7　矩阵的非线性运算50

2.7.1　对矩阵各个元素的非线性运算50

2.7.2　对整个矩阵的非线性运算51

2.8　其它常用数学方法53

2.8.1　多项式拟合53

2.8.2　非线性方程求解与最优化54

2.9　常用数学方法举例55

2.9.1 解线性方程组的全主元三角分解法55

2.9.2　离散数据多项式拟合的正交化方法57

2.9.3　求矩阵特征值的基本QR方法61

2.10　本章小结64

第3章　MATLAB中控制系统的数学描述与建模65

3.1　微分方程65

3.1.1　微分方程的数值解65

3.1.2　非线性系统68

3.1.3　线性化71

3.2　传递函数71

3.2.1 多项式的根和特征多项式71

3.2.2　传递函数的零点和极点72

3.2.3　部分分式展开74

3.3　状态空间描述74

3.3.1　将微分方程化成状态方程75

3.3.2　矩阵的对角化76

3.4　模型的转换与连接77

3.4.1　数学模型的转换77

3.4.2　系统模型的连接81

3.5　模型的降阶与实现89

3.5.1　模型降阶90

3.5.2　模型实现96

3.6　控制系统的模型属性98

3.7　控制系统常用数学方程求解105

3.8　本章小结106

第4章　Simulink建模与仿真107

4.1 一个使用Simulink的小例子107

4.2　典型控制系统的建模与仿真115

4.2.1　控制系统建模115

4.2.2　仿真参数的设置119

4.2.3　系统仿真126

4.3 Simulink模块的操作127

4.3.1　添加和选取模块127

4.3.2　调整模块的位置和大小128

4.3.3　模块名的处理129

4.3.4　复制和删除模块129

4.3.5　模块属性和参数的设置130

4.3.6　模块间的连线130

4.4　模块的合成、创建与封装131

4.4.1　模块的合成132

4.4.2　创建新模块133

4.4.3　模块的封装134

4.5 Simulink的mdl文件138

4.6　本章小结141

第5章　控制系统的时域分析和设计方法143

5.1　控制系统的稳定性分析143

5.2　控制系统的时域分析148

5.2.1　时域分析的一般方法148

5.2.2　常用时域分析函数152

5.2.3　时域分析应用实例156

5.3　根轨迹分析方法162

5.3.1　模条件和角条件162

5.3.2　绘制根轨迹的基本规则163

5.3.3　根轨迹分析应用实例164

5.4　极点配置设计方法168

5.5　解耦控制设计方法171

5.6　线性二次型最优控制器设计176

5.6.1　线性二次型指标与里卡第（Riccati）方程求解176

5.6.2　最优控制器设计实例180

5.7　线性二次型高斯（Gauss）最优控制194

5.7.1 LQG问题的一般解法195

5.7.2　回路传输恢复技术196

5.7.3 LQG设计实例197

5.8　本章小结201

第6章　控制系统的频域分析和设计方法202

6.1　控制系统的频域分析202

6.1.1　频域分析的一般方法202

6.1.2　常用频域分析函数207

6.1.3　频域分析应用实例211

6.2　控制系统的校正216

6.2.1　单变量系统的两种主要校正方式216

6.2.2 PD、PI、PID校正216

6.2.3　串联校正实例219

6.3　多变量系统的频域设计方法223

6.3.1　数学模型与标准型223

6.3.2　多变量系统的频率响应225

6.4　定量反馈控制设计方法228

6.4.1　单变量系统的QFT设计方法228

6.4.2 QFT设计举例230

6.4.3 QFT设计工具箱应用236

6.5 M1A1主战坦克观测仪飞轮控制器的设计239

6.6　本章小结246

第7章　MATLAB在数字信号处理中的应用247

7.1　离散时间信号与系统247

7.1.1　离散时间信号247

7.1.2　离散系统的卷积和相关250

7.1.3　离散系统的差分方程256

7.2　离散时间傅里叶变换258

7.2.1 离散时间傅里叶变换定义与计算258

7.2.2　离散时间傅里叶变换的特性261

7.3　离散傅里叶变换266

7.3.1　离散傅里叶级数266

7.3.2　离散傅里叶变换268

7.4　数字信号处理信号分析实例274

7.4.1　实验准备274

7.4.2　wav文件的一次性傅里叶变换274

7.4.3　wav文件的分段傅里叶分析276

7.4.4　用Simulink进行仿真280

7.5　本章小结285

第8章　FIR滤波器设计287

8.1　数字滤波器的结构287

8.1.1　基本元件287

8.1.2　IIR滤波器的结构288

8.1.3　FIR滤波器的结构299

8.2　滤波器设计基础301

8.2.1　滤波器指标的确定302

8.2.2　问题的描述302

8.3　线性相位FIR滤波器的性质302

8.3.1 冲激响应303

8.3.2　频率响应303

8.3.3　零点位置305

8.4　FIR滤波器的窗函数设计技术309

8.4.1　窗函数设计的基本思想309

8.4.2　常用窗函数309

8.4.3　窗函数设计公式310

8.4.4　FIR滤波器设计实例310

8.5　本章小结319

第9章　IIR滤波器设计320

9.1　滤波器的指标320

9.2　模拟滤波器原型321

9.2.1 巴特沃斯低通滤波器321

9.2.2　切比雪夫低通滤波器326

9.3　滤波器的变换333

9.3.1 滤波器变换的基本方法333

9.3.2　滤波器变换实例333

9.4　用MATLAB设计低通滤波器338

9.4.1　设计低通滤波器的MATLAB函数338

9.4.2　低通滤波器设计实例338

9.5　本章小结343

第10章　MATLAB在通信仿真中的应用344

10.1　信息论基础344

10.1.1　信息的度量344

10.1.2　信道容量的计算346

10.1.3　信源编码349

10.2　模拟线性调制352

10.2.1　常规双边带调幅（AM）353

10.2.2　抑制载波双边带调幅（DSB-SC）358

10.2.3　单边带调幅（SSB）361

10.2.4　残留边带调幅（VSB）365

10.3　模拟角度调制365

10.3.1　频率调制365

10.3.2　相位调制368

10.3.3　关于模拟调制的总结371

10.4　脉冲编码调制（PCM）374

10.4.1　模拟信号的抽样374

10.4.2　最佳量化及量化误差380

10.4.3　均匀量化381

10.4.4　对数量化器及A律PCM编码384

10.5　数字信号基带传输389

10.5.1　数字基带信号的码型389

10.5.2　码型的功率谱分布396

10.5.3　基带传输的误码率399

10.5.4　扰码与解扰402

10.6　数字信号载波传输405

10.6.1　幅度键控（ASK）406

10.6.2　频移键控（FSK）406

10.6.3　相移键控（PSK、DPSK）407

10.6.4　正交幅度调制（QAM）413

10.7　小结416