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书名：MATLAB语言与控制系统仿真
定价：49.0
ISBN：9787030585189
作者：杨成慧
版次：1
出版时间：2018-11
内容提要：
本书根据实际需要，系统地介绍数学软件MATLAB 7.0的基本功能，包括数值计算功能、符号运算功能和图形处理功能等，在此基础上精心设计了丰富的实例，并且有一些导入案例、知识拓展和MATLAB实验，这样可以更好地拓展知识，提高读者的实践应用能力。MATLAB语言与控制系统仿真的结合，使得MATLAB的控制应用函数在各个实例分析中原理清晰、应用自如、简单易学。
本书特点：以MATLAB在控制系统中的实际应用为背景，从传统控制理论到现代控制理论，对控制方法、控制效果做了大量的对比研究，充分体现了MATLAB作为控制系统算法研究工具的方便性及其无可替代的地位。
目录：
目录
第1章 MATLAB与自动控制系统仿真操作基础 1
1.1 MATLAB与自动控制系统的基本概念 1
1.1.1 MATLAB概述 1
1.1.2 MATLAB的发展 2
1.1.3 MATLAB的主要功能 2
1.1.4 MATLAB的功能演示 3
1.1.5 自动控制的概念及其应用 4
1.2 MATLAB的开发环境与自动控制系统分类 6
1.2.1 MATLAB的开发环境 6
1.2.2 菜单和工具栏 6
1.2.3 熟悉MATLAB的操作桌面 7
1.2.4 自动控制系统的分类 7
1.3 MATLAB集成环境与自动控制系统仿真基本概念 8
1.3.1 MATLAB集成环境 8
1.3.2 命令窗口 9
1.3.3 当前目录窗口和搜索路径 9
1.3.4 命令历史记录窗口 9
1.3.5 MATLAB的启动与退出 10
1.3.6 MATLAB的Simulink 仿真 10
1.3.7 控制系统的动态仿真 11
1.4 MATLAB帮助系统与控制系统仿真 13
1.4.1 线性时不变系统(LT1) 15
1.4.2 控制系统建立 17
1.4.3 系统建模的方法 19
1.4.4 系统建模仿真实现 20
习题1 22
实验1 MATLAB的基本入门操作 22
第2章 MATLAB矩阵及其运算 31
2.1 变量和数据操作 31
2.1.1 变量与赋值 31
2.1.2 预定义变量 32
2.1.3 内存变量的管理 32
2.1.4 MATLAB常用数学函数 33
2.1.5 数据的输出格式 34
2.2 MATLAB矩阵 34
2.2.1 矩阵的建立 34
2.2.2 矩阵的拆分 36
2.2.3 特殊矩阵 36
2.3 MATLAB矩阵运算 40
2.3.1 关系运算 40
2.3.2 逻辑运算 41
2.3.3 算术运算 42
2.4 MATLAB矩阵分析 43
2.4.1 对角阵与三角阵 43
2.4.2 矩阵的转置与旋转 44
2.4.3 矩阵的逆与伪逆 44
2.4.4 方阵的行列式 45
2.4.5 矩阵的秩与迹 45
2.4.6 向量和矩阵的范数 45
2.4.7 矩阵的条件数 45
2.4.8 矩阵的特征值与特征向量 46
2.5 本章小结 47
习题2 47
实验2 MATLAB中矩阵及其运算 48
第3章 MATLAB程序设计 51
3.1 M文件 51
3.1.1 M文件概述 51
3.1.2 M文件的建立与打开 52
3.2 程序控制结构 53
3.2.1 顺序结构 53
3.2.2 循环结构 55
3.2.3 选择结构 58
3.3 函数文件与程序举例 61
3.3.1 函数文件的基本结构 61
3.3.2 函数调用 62
3.3.3 函数参数的可调性 62
3.3.4 全局变量与局部变量 63
3.3.5 程序举例 64
3.4 程序调试 64
3.4.1 程序调试概述 64
3.4.2 调试器 65
3.4.3 调试命令 65
3.5 本章小结 65
习题3 67
实验3 选择结构的程序设计 69
第4章 M文件与根轨迹分析方法 71
4.1 文件的操作 71
4.1.1 文件的打开 71
4.1.2 文件的关闭 72
4.1.3 文件的读写操作 72
4.1.4 文本文件的读写操作 73
4.1.5 数据文件定位 73
4.2 根轨迹分析方法 74
4.2.1 根轨迹定义 74
4.2.2 根轨迹方程 74
4.2.3 绘制根轨迹的规则 75
4.2.4 利用MATLAB绘制根轨迹图举例 75
习题4 83
实验4 M文件操作 83
第5章 绘图操作与时域分析 87
5.1 绘图操作 87
5.1.1 绘图函数 87
5.1.2 二维绘图 88
5.1.3 常用统计图绘图 96
5.2 三维绘图 97
5.2.1 三维曲线 97
5.2.2 三维曲面 98
5.3 控制系统常用函数与时域响应分析 102
5.4 稳定性分析 105
5.4.1 稳定性 105
5.4.2 MATLAB在稳定性分析中的应用 106
实验5 MATLAB的二维绘图 111
实验6 MATLAB的三维绘图 118
第6章 MATLAB符号运算 123
6.1 符号运算简介 123
6.1.1 符号变量、表达式的生成 123
6.1.2 findsyM函数和subs 函数 126
6.1.3 符号和数值之间的转换 128
6.1.4 任意精度的计算 128
6.1.5 创建符号方程 129
6.2 符号表达式的化简与替换 129
6.2.1 符号表达式的化简 129
6.2.2 符号表达式的替换 131
实验7 符号运算 134
第7章 MATLAB在控制系统中的应用 137
7.1 频率特性 137
7.2 频率响应分析 137
7.3 PID 控制器设计及其校正 143
7.3.1 PID 控制原理 143
7.3.2 PID 控制器设计 143
7.4 离散系统的数字PID 控制 145
实验8 控制系统设计实验 154
第8章 Simulink 仿真 158
8.1 Simulink 基础模块库 158
8.2 模型搭建方法 162
8.3 子模型的封装搭建 168
8.4 仿真实例 171
实验9 Simulink 仿真实验 179
参考文献 187
附录1 部分习题答案 188
附录2 MATLAB常用函数表 191
在线试读：
第1章 MATLAB与自动控制系统仿真操作基础
本章简要介绍自动控制原理的基本概念与MATLAB 的主要特点。通过本章的学习，读者能够了解自动控制的重要作用与MATLAB 的主要特点，并建立自动控制原理MATLAB 实现的初步概念；不仅可以学会MATLAB 入门的几种常用函数和调用方法，还能初步认识控制系统的基本概念。
学习目标
1.1 MATLAB 与自动控制系统的基本概念
1.1.1 MATLAB 概述
MATLAB 是MathWorks公司推出的商业数学软件，是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。
MATLAB 主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB 和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。MATLAB 在数学类科技应用软件中的数值计算方面首屈一指，具有矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等功能，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通信、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB 来解算问题要比用C、Fortran 等语言完成相同的任务简捷得多，并且MATLAB 也吸收了像Maple 等软件的优点，使其成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C、Fortran、C++、Java 的支持。
1.1.2 MATLAB 的发展
20 世纪70 年代末到80 年代初，美国新墨西哥大学的克里夫？莫勒尔教授为了让学生更方便地使用LINPACK 及EISPACK (需要通过Fortran 语言编程来实现，但当时学生并无相关知识)，独立编写了**个版本的MATLAB。这个版本的MATLAB只能进行简单的矩阵运算，如矩阵转置、计算行列式和本征值，此版本软件分发出两三百份。
1984 年，杰克？李特、克里夫？莫勒尔和斯蒂夫？班格尔特合作成立了MathWorks公司，正式把MATLAB 推向市场。MATLAB *初是由莫勒尔用Fortran 语言编写的，李特和班格尔特花了约一年半的时间用C 语言重新编写了MATLAB 并增加了一些新功能，同时，李特还开发了**个系统控制工具箱，其中一些代码到现在仍然在使用。C 语言版本的面向MS-DOS 系统的MATLAB 1.0 在拉斯维加斯举行的IEEE 决策与控制会议(IEEE Conference on Decision and Control)正式推出，它的**份订单只售出了10 份副本，而到目前为止，根据MathWorks 公司自己的数据，目前世界上100 多个国家超过100万工程师和科学家在使用MATLAB 和Simulink。
1992 年，学生版MATLAB 推出。
1993 年，Microsoft Windows 版MATLAB 面世。
1995 年，推出Linux 版MATLAB。
1.1.3 MATLAB 的主要功能
1．数值计算和符号计算功能
MATLAB 以矩阵作为数据操作的基本单位，还提供了十分丰富的数值计算函数。
MATLAB 和著名的符号计算语言Maple 相结合，使得MATLAB 具有符号计算功能。
2．绘图功能
MATLAB 提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄进行低层绘图操作；另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。
3．编程语言
MATLAB 具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。
4．MATLAB 工具箱
MATLAB 包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。MATLAB 工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。
1.1.4 MATLAB 的功能演示
例1-1 绘制正弦曲线和余弦曲线(图1-1)。
在MATLAB 命令窗口输入命令：
图1-1 正弦曲线和余弦曲线
例1-2 求方程3x4+7x3+9x2-23=0 的全部根。
其中，**条命令为多项式系数向量；第二条命令调用roots 函数求根。得到的结果为
例1-3 求积分
在MATLAB 命令窗口输入命令：
结果为
例1-4 求解线性方程组。
在MATLAB 命令窗口输入命令：
结果为
1.1.5 自动控制的概念及其应用
控制系统理论的基础知识——自动控制原理，是自动化学科的重要理论基础，是专门研究有关自动控制系统中基本概念、基本原理和基本方法的一门课程，是高等院校自动化专业的一门核心基础理论课程。学好自动控制原理对掌握自动化技术有着重要的作用。自动控制原理是自动控制技术的基础理论，主要分经典控制理论和现代控制理论两大部分。经典控制理论以传递函数为基础研究单输入单输出一类定常控制系统的分析与设计问题；现代控制理论是20 世纪60 年代在经典控制理论基础上随着科学技术发展和工程实践需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多输入多输出、时变、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析与设计问题。
在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术得到了广泛的应用，自动控制技术*显著的特征就是通过对各类机器、各种物理参量、工业生产过程等的控制直接造福于社会。自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵被控对象，使被控对象的被控量等于给定值或按给定信号变化规律去变化。为达到某一目的，由相互制约的各个部分，按一定的规律组成的，具有一定功能的整体，称为系统，它一般由控制装置(控制器)和被控对象组成。
在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量，扰动量按其来源可分为内部扰动和外部扰动。
给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。通常情况下，系统有两种外作用信号：一是有效输入信号，二是有害干扰信号。输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不止一个。由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，所以严重时必须加以抑制或补偿。
自动控制有两种*基本的形式，即开环控制和闭环控制。与这两种控制方式对应的系统分别称为开环控制系统和闭环控制系统。
1．开环控制
控制装置与被控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。其特点是：系统结构和控制过程均很简单。开环控制的示意图如图1-2 所示。
图1-2 开环控制示意图
开环控制是一种简单的无反馈控制方式，在开环控制系统中只存在控制器对被控对象的单方向控制作用，不存在被控量(输出量)对控制量的反向作用，系统的精度取决于组成系统的元器件的精度和特性调整的精度。开环系统对外部扰动及内部参量变化的影响缺乏抑制能力，但开环系统内构简单，比较容易设计和调整，可用于输出量与输入量关系为已知、内外扰动对系统影响不大，并且控制精度要求不高的场合。
2．闭环控制
控制装置与被控对象之间不但有顺向作用，而且有反向联系，即有被控量对控制过程的影响。闭环控制的特点是：在控制器和被控对象之间，不仅存在正向作用，而且存在反馈作用。即系统的输出量对控制量有直接影响，将检测出来的输出量送回系统的输入端，并与信号比较的过程称为反馈，若反馈信号与输入信号相减，则称负反馈；反之，若相加，则称正反馈。输入信号与反馈信号之差称为偏差信号，偏差信号作用于控制器上，控制器对偏差信号进行某种运算，产生一个控制作用，使系统的输出量趋向于给定数值。闭环的实质就是利用负反馈的作用来减小系统的误差，因此闭环控制又称反馈控制，其示意图如图1-3 所示。
反馈控制是一种基本的控制规律，它具有自动修正被控量偏离给定值的作用，因而可以使系统抑制内扰和外扰所引起的误差，达到自动控制的目的。闭环控制是一种反馈控制，在控制过程中对被控量(输出量)不断测量，并将其反馈到输入端与给定值(参考输入量)比较。利用放大后的偏差信号产生控制作用。因此，有可能部分采用相对精度不高、成本较低的元器件组成控制精度较高的闭环控制系统，闭环控制系统精度在很大程度上由形成反馈的测量元器件的精度决定。闭环系统具有开环系统无可比拟的优点，故应用极广，但与此同时，反馈的引入使本来稳定运行的开环系统可能出现强烈的振荡，甚至不稳定，这是采用反馈控制构成的闭环控制时需要注意解决的问题。
图1-3 闭环控制示意图
1.2 MATLAB 的开发环境与自动控制系统分类
1.2.1 MATLAB 的开发环境
MATLAB 的开发环境是一套方便用户使用的MATLAB 函数和文件工具集，其中许多工具是图形化用户接口。它是一个集成的用户工作空间，允许用户输入输出数据，并提供了M 文件的集成编译和调试环境，包括MATLAB 桌面、命令窗口、M 文件编辑调试器、MATLAB 工作空间和在线帮助文档。
1．硬件环境
MATLAB 硬件环境包括：
(1)CPU。
(2)内存。
(3)硬盘。
(4)CD-ROM 驱动器和鼠标。
2．软件环境
MATLAB 软件环境包括：
(1)Windows 98/NT/2000 或Windows XP。
(2)其他软件根据需要选用。
1.2.2 菜单和工具栏
MATLAB 7.0 的菜单和工具栏界面与Windows 程序的界面类似，用户只要稍加实践就可掌握其功能和使用方法。菜单的内容会随着在命令窗口中执行不同命令而进行相应改变。这里只简单介绍默认情况下的菜单和工具栏。
(1)File 菜单。
Import Data：用于向工作空间导入数据。
Save Workspace As：将工作空间的变量存储在某一文件中。
Set Path：打开搜索路径设置对话框。
Preferences：打开环境设置对话框。
定价：49.0
ISBN：9787030585189
作者：杨成慧
版次：1
出版时间：2018-11
内容提要：
本书根据实际需要，系统地介绍数学软件MATLAB 7.0的基本功能，包括数值计算功能、符号运算功能和图形处理功能等，在此基础上精心设计了丰富的实例，并且有一些导入案例、知识拓展和MATLAB实验，这样可以更好地拓展知识，提高读者的实践应用能力。MATLAB语言与控制系统仿真的结合，使得MATLAB的控制应用函数在各个实例分析中原理清晰、应用自如、简单易学。
本书特点：以MATLAB在控制系统中的实际应用为背景，从传统控制理论到现代控制理论，对控制方法、控制效果做了大量的对比研究，充分体现了MATLAB作为控制系统算法研究工具的方便性及其无可替代的地位。
目录：
目录
第1章 MATLAB与自动控制系统仿真操作基础 1
1.1 MATLAB与自动控制系统的基本概念 1
1.1.1 MATLAB概述 1
1.1.2 MATLAB的发展 2
1.1.3 MATLAB的主要功能 2
1.1.4 MATLAB的功能演示 3
1.1.5 自动控制的概念及其应用 4
1.2 MATLAB的开发环境与自动控制系统分类 6
1.2.1 MATLAB的开发环境 6
1.2.2 菜单和工具栏 6
1.2.3 熟悉MATLAB的操作桌面 7
1.2.4 自动控制系统的分类 7
1.3 MATLAB集成环境与自动控制系统仿真基本概念 8
1.3.1 MATLAB集成环境 8
1.3.2 命令窗口 9
1.3.3 当前目录窗口和搜索路径 9
1.3.4 命令历史记录窗口 9
1.3.5 MATLAB的启动与退出 10
1.3.6 MATLAB的Simulink 仿真 10
1.3.7 控制系统的动态仿真 11
1.4 MATLAB帮助系统与控制系统仿真 13
1.4.1 线性时不变系统(LT1) 15
1.4.2 控制系统建立 17
1.4.3 系统建模的方法 19
1.4.4 系统建模仿真实现 20
习题1 22
实验1 MATLAB的基本入门操作 22
第2章 MATLAB矩阵及其运算 31
2.1 变量和数据操作 31
2.1.1 变量与赋值 31
2.1.2 预定义变量 32
2.1.3 内存变量的管理 32
2.1.4 MATLAB常用数学函数 33
2.1.5 数据的输出格式 34
2.2 MATLAB矩阵 34
2.2.1 矩阵的建立 34
2.2.2 矩阵的拆分 36
2.2.3 特殊矩阵 36
2.3 MATLAB矩阵运算 40
2.3.1 关系运算 40
2.3.2 逻辑运算 41
2.3.3 算术运算 42
2.4 MATLAB矩阵分析 43
2.4.1 对角阵与三角阵 43
2.4.2 矩阵的转置与旋转 44
2.4.3 矩阵的逆与伪逆 44
2.4.4 方阵的行列式 45
2.4.5 矩阵的秩与迹 45
2.4.6 向量和矩阵的范数 45
2.4.7 矩阵的条件数 45
2.4.8 矩阵的特征值与特征向量 46
2.5 本章小结 47
习题2 47
实验2 MATLAB中矩阵及其运算 48
第3章 MATLAB程序设计 51
3.1 M文件 51
3.1.1 M文件概述 51
3.1.2 M文件的建立与打开 52
3.2 程序控制结构 53
3.2.1 顺序结构 53
3.2.2 循环结构 55
3.2.3 选择结构 58
3.3 函数文件与程序举例 61
3.3.1 函数文件的基本结构 61
3.3.2 函数调用 62
3.3.3 函数参数的可调性 62
3.3.4 全局变量与局部变量 63
3.3.5 程序举例 64
3.4 程序调试 64
3.4.1 程序调试概述 64
3.4.2 调试器 65
3.4.3 调试命令 65
3.5 本章小结 65
习题3 67
实验3 选择结构的程序设计 69
第4章 M文件与根轨迹分析方法 71
4.1 文件的操作 71
4.1.1 文件的打开 71
4.1.2 文件的关闭 72
4.1.3 文件的读写操作 72
4.1.4 文本文件的读写操作 73
4.1.5 数据文件定位 73
4.2 根轨迹分析方法 74
4.2.1 根轨迹定义 74
4.2.2 根轨迹方程 74
4.2.3 绘制根轨迹的规则 75
4.2.4 利用MATLAB绘制根轨迹图举例 75
习题4 83
实验4 M文件操作 83
第5章 绘图操作与时域分析 87
5.1 绘图操作 87
5.1.1 绘图函数 87
5.1.2 二维绘图 88
5.1.3 常用统计图绘图 96
5.2 三维绘图 97
5.2.1 三维曲线 97
5.2.2 三维曲面 98
5.3 控制系统常用函数与时域响应分析 102
5.4 稳定性分析 105
5.4.1 稳定性 105
5.4.2 MATLAB在稳定性分析中的应用 106
实验5 MATLAB的二维绘图 111
实验6 MATLAB的三维绘图 118
第6章 MATLAB符号运算 123
6.1 符号运算简介 123
6.1.1 符号变量、表达式的生成 123
6.1.2 findsyM函数和subs 函数 126
6.1.3 符号和数值之间的转换 128
6.1.4 任意精度的计算 128
6.1.5 创建符号方程 129
6.2 符号表达式的化简与替换 129
6.2.1 符号表达式的化简 129
6.2.2 符号表达式的替换 131
实验7 符号运算 134
第7章 MATLAB在控制系统中的应用 137
7.1 频率特性 137
7.2 频率响应分析 137
7.3 PID 控制器设计及其校正 143
7.3.1 PID 控制原理 143
7.3.2 PID 控制器设计 143
7.4 离散系统的数字PID 控制 145
实验8 控制系统设计实验 154
第8章 Simulink 仿真 158
8.1 Simulink 基础模块库 158
8.2 模型搭建方法 162
8.3 子模型的封装搭建 168
8.4 仿真实例 171
实验9 Simulink 仿真实验 179
参考文献 187
附录1 部分习题答案 188
附录2 MATLAB常用函数表 191
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第1章 MATLAB与自动控制系统仿真操作基础
本章简要介绍自动控制原理的基本概念与MATLAB 的主要特点。通过本章的学习，读者能够了解自动控制的重要作用与MATLAB 的主要特点，并建立自动控制原理MATLAB 实现的初步概念；不仅可以学会MATLAB 入门的几种常用函数和调用方法，还能初步认识控制系统的基本概念。
学习目标
1.1 MATLAB 与自动控制系统的基本概念
1.1.1 MATLAB 概述
MATLAB 是MathWorks公司推出的商业数学软件，是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。
MATLAB 主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB 和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。MATLAB 在数学类科技应用软件中的数值计算方面首屈一指，具有矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等功能，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通信、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB 来解算问题要比用C、Fortran 等语言完成相同的任务简捷得多，并且MATLAB 也吸收了像Maple 等软件的优点，使其成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C、Fortran、C++、Java 的支持。
1.1.2 MATLAB 的发展
20 世纪70 年代末到80 年代初，美国新墨西哥大学的克里夫？莫勒尔教授为了让学生更方便地使用LINPACK 及EISPACK (需要通过Fortran 语言编程来实现，但当时学生并无相关知识)，独立编写了**个版本的MATLAB。这个版本的MATLAB只能进行简单的矩阵运算，如矩阵转置、计算行列式和本征值，此版本软件分发出两三百份。
1984 年，杰克？李特、克里夫？莫勒尔和斯蒂夫？班格尔特合作成立了MathWorks公司，正式把MATLAB 推向市场。MATLAB *初是由莫勒尔用Fortran 语言编写的，李特和班格尔特花了约一年半的时间用C 语言重新编写了MATLAB 并增加了一些新功能，同时，李特还开发了**个系统控制工具箱，其中一些代码到现在仍然在使用。C 语言版本的面向MS-DOS 系统的MATLAB 1.0 在拉斯维加斯举行的IEEE 决策与控制会议(IEEE Conference on Decision and Control)正式推出，它的**份订单只售出了10 份副本，而到目前为止，根据MathWorks 公司自己的数据，目前世界上100 多个国家超过100万工程师和科学家在使用MATLAB 和Simulink。
1992 年，学生版MATLAB 推出。
1993 年，Microsoft Windows 版MATLAB 面世。
1995 年，推出Linux 版MATLAB。
1.1.3 MATLAB 的主要功能
1．数值计算和符号计算功能
MATLAB 以矩阵作为数据操作的基本单位，还提供了十分丰富的数值计算函数。
MATLAB 和著名的符号计算语言Maple 相结合，使得MATLAB 具有符号计算功能。
2．绘图功能
MATLAB 提供了两个层次的绘图操作：一种是对图形句柄进行低层绘图操作；另一种是建立在低层绘图操作之上的高层绘图操作。
3．编程语言
MATLAB 具有程序结构控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特征，而且简单易学、编程效率高。
4．MATLAB 工具箱
MATLAB 包含两部分内容：基本部分和各种可选的工具箱。MATLAB 工具箱分为两大类：功能性工具箱和学科性工具箱。
1.1.4 MATLAB 的功能演示
例1-1 绘制正弦曲线和余弦曲线(图1-1)。
在MATLAB 命令窗口输入命令：
图1-1 正弦曲线和余弦曲线
例1-2 求方程3x4+7x3+9x2-23=0 的全部根。
其中，**条命令为多项式系数向量；第二条命令调用roots 函数求根。得到的结果为
例1-3 求积分
在MATLAB 命令窗口输入命令：
结果为
例1-4 求解线性方程组。
在MATLAB 命令窗口输入命令：
结果为
1.1.5 自动控制的概念及其应用
控制系统理论的基础知识——自动控制原理，是自动化学科的重要理论基础，是专门研究有关自动控制系统中基本概念、基本原理和基本方法的一门课程，是高等院校自动化专业的一门核心基础理论课程。学好自动控制原理对掌握自动化技术有着重要的作用。自动控制原理是自动控制技术的基础理论，主要分经典控制理论和现代控制理论两大部分。经典控制理论以传递函数为基础研究单输入单输出一类定常控制系统的分析与设计问题；现代控制理论是20 世纪60 年代在经典控制理论基础上随着科学技术发展和工程实践需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多输入多输出、时变、非线性、高精度、高效能等控制系统的分析与设计问题。
在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术得到了广泛的应用，自动控制技术*显著的特征就是通过对各类机器、各种物理参量、工业生产过程等的控制直接造福于社会。自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵被控对象，使被控对象的被控量等于给定值或按给定信号变化规律去变化。为达到某一目的，由相互制约的各个部分，按一定的规律组成的，具有一定功能的整体，称为系统，它一般由控制装置(控制器)和被控对象组成。
在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量，扰动量按其来源可分为内部扰动和外部扰动。
给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。通常情况下，系统有两种外作用信号：一是有效输入信号，二是有害干扰信号。输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不止一个。由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，所以严重时必须加以抑制或补偿。
自动控制有两种*基本的形式，即开环控制和闭环控制。与这两种控制方式对应的系统分别称为开环控制系统和闭环控制系统。
1．开环控制
控制装置与被控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。其特点是：系统结构和控制过程均很简单。开环控制的示意图如图1-2 所示。
图1-2 开环控制示意图
开环控制是一种简单的无反馈控制方式，在开环控制系统中只存在控制器对被控对象的单方向控制作用，不存在被控量(输出量)对控制量的反向作用，系统的精度取决于组成系统的元器件的精度和特性调整的精度。开环系统对外部扰动及内部参量变化的影响缺乏抑制能力，但开环系统内构简单，比较容易设计和调整，可用于输出量与输入量关系为已知、内外扰动对系统影响不大，并且控制精度要求不高的场合。
2．闭环控制
控制装置与被控对象之间不但有顺向作用，而且有反向联系，即有被控量对控制过程的影响。闭环控制的特点是：在控制器和被控对象之间，不仅存在正向作用，而且存在反馈作用。即系统的输出量对控制量有直接影响，将检测出来的输出量送回系统的输入端，并与信号比较的过程称为反馈，若反馈信号与输入信号相减，则称负反馈；反之，若相加，则称正反馈。输入信号与反馈信号之差称为偏差信号，偏差信号作用于控制器上，控制器对偏差信号进行某种运算，产生一个控制作用，使系统的输出量趋向于给定数值。闭环的实质就是利用负反馈的作用来减小系统的误差，因此闭环控制又称反馈控制，其示意图如图1-3 所示。
反馈控制是一种基本的控制规律，它具有自动修正被控量偏离给定值的作用，因而可以使系统抑制内扰和外扰所引起的误差，达到自动控制的目的。闭环控制是一种反馈控制，在控制过程中对被控量(输出量)不断测量，并将其反馈到输入端与给定值(参考输入量)比较。利用放大后的偏差信号产生控制作用。因此，有可能部分采用相对精度不高、成本较低的元器件组成控制精度较高的闭环控制系统，闭环控制系统精度在很大程度上由形成反馈的测量元器件的精度决定。闭环系统具有开环系统无可比拟的优点，故应用极广，但与此同时，反馈的引入使本来稳定运行的开环系统可能出现强烈的振荡，甚至不稳定，这是采用反馈控制构成的闭环控制时需要注意解决的问题。
图1-3 闭环控制示意图
1.2 MATLAB 的开发环境与自动控制系统分类
1.2.1 MATLAB 的开发环境
MATLAB 的开发环境是一套方便用户使用的MATLAB 函数和文件工具集，其中许多工具是图形化用户接口。它是一个集成的用户工作空间，允许用户输入输出数据，并提供了M 文件的集成编译和调试环境，包括MATLAB 桌面、命令窗口、M 文件编辑调试器、MATLAB 工作空间和在线帮助文档。
1．硬件环境
MATLAB 硬件环境包括：
(1)CPU。
(2)内存。
(3)硬盘。
(4)CD-ROM 驱动器和鼠标。
2．软件环境
MATLAB 软件环境包括：
(1)Windows 98/NT/2000 或Windows XP。
(2)其他软件根据需要选用。
1.2.2 菜单和工具栏
MATLAB 7.0 的菜单和工具栏界面与Windows 程序的界面类似，用户只要稍加实践就可掌握其功能和使用方法。菜单的内容会随着在命令窗口中执行不同命令而进行相应改变。这里只简单介绍默认情况下的菜单和工具栏。
(1)File 菜单。
Import Data：用于向工作空间导入数据。
Save Workspace As：将工作空间的变量存储在某一文件中。
Set Path：打开搜索路径设置对话框。
Preferences：打开环境设置对话框。
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