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目录 1

第1章 系统仿真及MATLAB概述 1

1.1 系统、模型与仿真 1

1.1.1 系统与模型 1

1.1.2 仿真的概念和应用 2

1.1.3 仿真的基本步骤 5

1.1.4 仿真技术的发展 6

1.1.5 控制系统分类及仿真技术的应用 7

1.2 MATLAB简介 8

1.2.1 MATLAB的发展历程 8

1.2.2 MATLAB语言的特色 9

1.2.3 MATLAB的工具箱 10

1.2.4 MATLAB的技术支持 11

1.2.5 本书学习方法 12

习题1 13

第2章 MATLAB运行环境及程序设计 14

2.1 MATLAB的安装环境 14

2.1.1 MATLAB的安装、启动及退出 14

2.1.2 MATLAB的基本组成 15

2.1.3 MATLAB的目录结构 16

2.2 MATLAB的操作界面 16

2.2.1 主窗口 16

2.2.2 命令窗口 17

2.2.3 历史命令窗口 18

2.2.4 工作空间浏览器 18

2.2.5 程序编辑／调试器 19

2.2.6 内存数组编辑器 19

2.2.7 路径浏览器 20

2.2.8 启动平台窗口 21

2.2.9 帮助系统 21

2.3 变量、表达式及运算符 22

2.3.1 变量的命名和赋值 22

2.3.2 系统默认变量 25

2.3.3 运算符 25

2.4 MATLAB的程序设计和调试 30

2.4.1 M文件 30

2.4.2 流程控制 32

2.4.3 程序的调试 36

2.4.4 程序的优化 37

2.5 MATLAB文件操作 39

2.5.1 文件的打开与关闭 39

2.5.2 文件的读写操作 40

2.6 常用命令函数 42

2.7 文字处理工具NOTEBOOK 44

2.7.1 Notebook操作基础 44

2.7.2 细胞的使用 44

2.7.3 输出格式 46

习题2 46

第3章 MATLAB的数学运算 48

3.1 矩阵的创建和矩阵元素操作 48

3.1.1 创建矩阵 48

3.1.2 提取矩阵元素 52

3.2 数组运算 52

3.2.1 代数运算 52

3.2.2 常用运算函数 53

3.3.1 代数运算 55

3.3 矩阵运算 55

3.2.3 字符串 55

3.3.2 矩阵分析 57

3.3.3 方程组求解 62

3.3.4 稀疏矩阵 64

3.4 多项式运算 65

3.4.1 多项式的基本运算 65

3.4.2 多项式的求根及求值 66

3.4.3 多项式求导数 67

3.5 插值与曲线拟合 67

3.5.1 一维数据插值 67

3.5.2 二维数据插值 68

3.5.3 三维及多维插值 68

3.5.4 曲线拟合 68

3.6.1 最大值和最小值 69

3.6 数据分析及统计 69

3.6.2 求和与求积 70

3.6.3 平均值和中值 71

3.6.4 累加和与累乘积 71

3.6.5 标准方差与相关系数 71

3.6.6 排序 72

3.7 数值微积分 73

3.7.1 数值积分 73

3.7.2 数值微分 75

3.7.3 微分方程初值问题的数值解法 76

3.7.4 函数的零点和极值 76

3.8 符号运算 77

3.8.1 符号变量及表达式定义 78

3.8.2 符号表达式运算 79

3.8.3 符号方程求解 81

3.8.4 符号微积分 82

3.8.5 级数 84

3.8.6 调用Maple函数 85

习题3 86

第4章 MATLAB的绘图及图像处理 87

4.1 二维绘图 87

4.1.1 基本绘图 87

4.1.2 特殊坐标图形 93

4.1.3 统计分析图形 95

4.2 三维绘图 98

4.2.1 三维曲线及曲面 98

4.2.2 图形修饰 101

4.2.3 特殊三维图形 104

4.3.1 电影动画 107

4.3 动画制作 107

4.3.2 程序动画 108

4.4 图形对象及其属性 109

4.4.1 图形对象及其句柄 109

4.4.2 图形对象属性 110

4.4.3 图形对象的创建 111

4.5 图像处理 112

4.5.1 图像处理工具箱简介 113

4.5.2 图像处理的基本方法和函数 113

4.5.3 应用实例 120

习题4 127

第5章 控制系统的仿真基础 128

5.1 控制系统概述 128

5.1.1 建立数学模型的方法 128

5.1.3 微分方程与传递函数 129

5.1.2 控制系统的组成符号及术语 129

5.1.4 控制系统典型环节及常见的典型结构 131

5.1.5 控制系统仿真的性能要求 132

5.1.6 控制系统工具箱简介 132

5.2 常用仿真算法 133

5.2.1 连续系统仿真算法 133

5.2.2 离散事件系统仿真算法 136

5.2.3 仿真精度与系统的稳定性 136

5.3 控制系统数学模型的MATLAB描述 138

5.3.1 传递函数模型（tf模型） 138

5.3.2 状态方程模型（ss模型） 139

5.3.3 零极点模型（zpk模型） 140

5.2.4 结构图模型 140

5.3.5 控制系统工具箱中的LTI对象 141

5.3.6 延迟系统的模型 143

5.3.7 非线性系统的线性化模型 143

5.3.8 连续域与离散域的相互转化 145

5.4 系统模型的转换及连接 146

5.4.1 系统模型的转换 146

5.4.2 系统模型的连接 148

5.5 模型的属性描述、降阶与标准化 149

5.5.1 控制系统的模型属性 149

5.5.2 模型的降阶 151

5.5.3 模型的实现 151

习题5 151

第6章 控制系统的分析与设计 152

6.1 稳定性分析 152

6.1.1 稳定性分析的原理 152

6.1.3 实例分析 153

6.1.2 MATLAB判别稳定性的方法 153

6.2 时域分析 155

6.2.1 时域分析的基本原理 155

6.2.2 MATLAB进行时域分析的方法 156

6.2.3 实例分析 158

6.3 频域分析 164

6.3.1 频域分析的基本原理 164

6.3.2 MATLAB进行频域分析的方法 165

6.3.3 实例分析 167

6.4 根轨迹分析 169

6.4.1 根轨迹分析的基本原理 169

6.4.2 MATLAB进行根轨迹分析的方法 170

6.4.3 实例分析 171

6.5.1 控制系统设计的基本方法 173

6.5 控制系统设计 173

6.5.2 MATLAB进行系统设计的方法 174

6.5.3 实例分析 174

6.6 控制工具箱中的实用工具 183

6.6.1 系统分析工具LTIVIEW 183

6.6.2 SISO系统设计工具SISO Design Tool 186

习题6 188

第7章 仿真工具SIMULINK 190

7.1 SIMULINK概述 190

7.1.1 SIMULINK简介 190

7.1.2 SIMULINK的启动和退出 191

7.2 SIMULINK的模块库 191

7.2.1 SIMULINK公共模块库 192

7.2.2 SIMULINK专业模块库 196

7.3 模型的建立 196

7.3.4 模块外形的调整 197

7.3.1 模块的查找与选择 197

7.3.2 模块的复制、剪切、移动与删除 197

7.3.5 模块名的处理 198

7.3.6 模块参数的设置 198

7.3.7 模块的连接 198

7.3.8 建模时的注意事项 199

7.4 仿真参数设置 200

7.4.1 参数标签页的设置 200

7.4.2 提高仿真性能和精度 205

7.5 仿真结果的运行、观察和调试 206

7.5.1 使用菜单运行仿真 206

7.5.2 使用命令进行仿真 206

7.5.3 观察并分析仿真结果 208

7.5.4 仿真的调试技术 210

7.6.1 模块的合成 212

7.6 模块的合成和封装 212

7.6.2 模块的封装 213

7.7 S-函数 216

7.7.1 S-函数的概念 216

7.7.2 用MATLAB语言编写S-函数 217

7.7.3 用C语言编写S-函数 217

7.7.4 MATLAB与C和FORTRAN的动态链接 218

习题7 218

第8章 MATLAB控制系统解决方案及常用工具箱 220

8.1 MATLAB控制系统解决方案 220

8.1.1 基于模型设计的开发集成环境 220

8.1.2 MATLAB工具箱编写技巧 223

8.2 控制系统常用工具箱 224

8.2.1 信号处理工具箱 224

8.2.2 鲁棒控制工具箱 225

8.2.3 系统辨识工具箱 226

8.2.4 最优化工具箱 227

8.2.5 样条工具箱 228

8.2.6 神经网络工具箱 228

8.2.7 模糊逻辑工具箱 229

8.2.8 小波工具箱 231

习题8 232

第9章 仿真实验 233

9.1 MATLAB环境语法及数学运算 233

9.1.1 实验目的 233

9.1.2 实验内容 233

9.2.1 实验目的 234

9.2.2 实验内容 234

9.2 MATLAB数学运算及绘图 234

9.3 SIMULINK仿真 235

9.3.1 实验目的 235

9.3.2 实验内容 235

9.4 控制系统建模及稳定性分析 236

9.4.1 实验目的 236

9.4.2 实验内容 236

9.5 控制系统的分析与设计 237

9.5.1 实验目的 237

9.5.2 实验内容 237

附录A MATLAB索引 238

A.1 MATLAB的标点及符号 238

A.2 函数及指令 239

附录B 控制系统工具箱函数一览表 256

参考文献 261