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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