本书从应用角度出发，全面系统地介绍了MATLAB软件及其在自动控制中的应用。全书通过大量实际应用案例详细阐述利用MATLAB进行控制系统分析与设计的方法。 全书内容精练、实用，案例典型，图文并茂，是教学团队多年实践教学成果的总结。

    张磊，副教授，中国海洋大学工程学院骨干教师，青岛海艺自动化技术有限公司执行董事，长期从事自动化及工业机器人技术方向的教育培训，具有丰富的实践经验。

目  录

绪论—教学与学习建议- 1 -

第1章　控制系统仿真概述- 4 -

1.1　系统仿真概述- 4 -

1.2  MATLAB简介- 6 -

1.3  MATLAB基本操作- 8 -

1.3.1  MATLAB R2014a的启动- 8 -

1.3.2  基本操作界面- 8 -

1.4　MATLAB操作实例- 12 -

课后习题1- 14 -

第2章　MATLAB矩阵及其基本操作- 15 -

2.1　矩阵及其操作- 16 -

2.1.1　矩阵的创建- 16 -

2.1.2　矩阵的属性- 17 -

2.1.3　创建特殊矩阵- 17 -

2.1.4　矩阵操作- 18 -

2.2　矩阵运算- 19 -

2.2.1　矩阵加、减运算- 19 -

2.2.2　矩阵的点运算- 19 -

2.2.3　矩阵乘运算- 20 -

2.2.4　矩阵的一些特殊运算- 21 -

2.3　多维矩阵及其操作- 22 -

2.3.1　通过指定索引把二维矩阵扩展为多维矩阵- 22 -

2.3.2　使用内联函数创建多维矩阵- 23 -

2.3.3　使用cat函数进行链接创建- 23 -

2.4　结构体和元胞数组- 24 -

2.4.1　结构体的创建- 24 -

2.4.2　元胞数组- 26 -

2.5　字符串- 28 -

2.6　关系运算- 28 -

课后习题2- 29 -

第3章　MATLAB数学运算基础- 30 -

3.1　矩阵的基本运算- 31 -

3.1.1　矩阵的逆- 31 -

3.1.2　矩阵的特征值和特征向量- 32 -

3.2　线性方程组的求解方法- 32 -

3.3　多项式运算- 34 -

3.3.1　使用roots函数求多项式的根- 34 -

3.3.2　使用conv函数进行多项式乘运算- 35 -

3.3.3　使用deconv函数进行多项式除运算- 35 -

3.3.4　多项式微分- 36 -

3.4　多项式曲线拟合- 36 -

3.5　数据统计- 37 -

课后习题3- 42 -

第4章　M文件与MATLAB编程基础- 43 -

4.1  MATLAB的M文件- 43 -

4.1.1  M文件的创建和编辑- 44 -

4.1.2　编辑器窗口说明- 45 -

4.2  MATLAB控制语句- 46 -

4.2.1  分支控制语句- 46 -

4.2.2  循环控制语句- 49 -

课后习题4- 50 -

第5章　函数与外部数据操作- 52 -

5.1  M文件（函数）- 52 -

5.1.1  函数类型- 52 -

5.1.2  参数传递- 55 -

5.2  外部数据操作- 56 -

5.2.1  MATLAB的外部数据操作- 57 -

5.2.2  使用窗口操作实现文件数据读取- 58 -

5.2.3  MATLAB程序中获取用户输入数据- 60 -

5.2.4  MATLAB程序中日期和时间的使用- 61 -

课后习题5- 62 -

第6章　MATLAB的绘图及图像处理- 63 -

6.1  MATLAB的绘图- 63 -

6.1.1  二维图形- 65 -

6.1.2  三维图形- 79 -

6.2  MATLAB的图像处理- 86 -

6.2.1  颜色- 86 -

6.2.2  光照效果- 87 -

课后习题6- 88 -

第7章　交互式仿真工具Simulink- 89 -

7.1  Simulink简介- 89 -

7.2　Simulink的模块库浏览界面- 90 -

7.3  Simulink建模与仿真- 95 -

7.3.1  Simulink建模与仿真的步骤- 95 -

7.3.2  Simulink模块的基本操作- 96 -

7.3.3　Simulink仿真参数的设置- 97 -

7.4  仿真结果的运行、观察和调试- 101 -

7.4.1  使用菜单运行仿真- 102 -

7.4.2  使用命令进行仿真- 102 -

7.4.3  观察并分析仿真结果- 104 -

7.4.4　仿真的调试方法- 106 -

7.5  Simulink的自定义功能模块- 108 -

课后习题7- 108 -

第8章　控制系统模型的定义- 110 -

8.1　自动控制系统- 111 -

8.1.1　开环控制与闭环控制- 111 -

8.1.2　自动控制理论概要- 112 -

8.1.3　自动控制系统中的术语和定义- 112 -

8.2　控制系统仿真概述- 113 -

8.2.1　建立数学模型的实验方法简介- 113 -

8.2.2  建立数学模型的方法- 113 -

8.2.3  控制系统模型引言- 114 -

8.3  模型的描述、生成与封装- 114 -

8.3.1  传递函数模型的描述（tf模型）- 114 -

8.3.2　零极点模型的描述（zpk模型）- 116 -

8.3.3  状态空间模型的描述（ss模型）- 117 -

8.3.4　线性定常系统LTI模型的生成- 117 -

8.4　控制系统数学模型的转换和连接- 120 -

8.4.1　系统模型的转换- 120 -

8.4.2  系统模型的连接- 122 -

课后习题8- 125 -

第9章  控制系统的稳定性分析- 127 -

9.1  控制系统的稳定性分析- 128 -

9.1.1　直接判别法- 129 -

9.1.2　绘制零极点图进行判断- 130 -

9.2　绘制系统的响应曲线- 131 -

9.2.1　阶跃响应函数- 132 -

9.2.2　脉冲响应函数- 135 -

9.2.3  零输入响应函数- 137 -

9.2.4　输入信号的产生及应用- 139 -

9.2.5　使用Simulink实现时域响应分析- 140 -

课后习题9- 143 -

第10章  控制系统的时域分析- 144 -

10.1  系统的阶跃响应分析- 145 -

10.2  MATLAB系统分析工具LTI Viewer- 156 -

10.3　控制系统的稳态误差- 158 -

课后习题10- 163 -

第11章　控制系统的根轨迹分析- 165 -

11.1　根轨迹法基础- 166 -

11.1.1　分析的基本原理- 166 -

11.1.2　使用MATLAB函数绘制根轨迹图- 169 -

11.2　根轨迹法分析系统- 173 -

11.2.1　增加开环零极点对根轨迹的影响- 173 -

11.2.2　利用根轨迹法分析系统的暂态特性- 178 -

11.3　MATLAB在根轨迹分析中的综合应用(rltool)- 179 -

11.3.1　图形界面工具rltool- 179 -

11.3.2　综合应用实例- 182 -

课后习题11- 185 -

第12章　控制系统的频域分析- 187 -

12.1　频域分析法基础- 187 -

12.1.1　分析的基本原理- 187 -

12.1.2　频率响应和频率特性- 188 -

12.2　MATLAB频域分析法—频率特性图- 189 -

12.2.1　奈奎斯特图的绘制- 189 -

12.2.2　奈奎斯特图判稳- 190 -

12.2.3　伯德图的绘制- 192 -

12.3　系统的相对稳定性和稳定裕度- 195 -

12.3.1　幅值裕度和相角裕度- 195 -

12.3.2　幅值裕度和相角裕度获取方法- 195 -

课后习题12- 197 -

第13章　PID控制器设计与应用- 200 -

13.1　串联校正与反馈校正- 200 -

13.1.1　串联校正- 200 -

13.1.2　反馈校正- 204 -

13.2  PID校正概述- 205 -

13.3  PID控制器设计与参数整定- 211 -

13.4  PID Tuner控制器设计- 214 -

课后习题13- 219 -

第14章　MATLAB图形用户界面GUI- 221 -

课后习题14- 226 -

参 考 文 献- 227