第1章  MATLAB簡介 001
1.1  MATLAB語言及特點 001
1.2  機器配置要求 002
1.3  MATLAB的接口 002
1.3.1  MATLAB應用程序接口 002
1.3.2  MATLAB的仿真及硬件接口 003
1.4  常用工具箱 003
1.5  MATLAB的開發環境 003
1.5.1  MATLAB桌面平臺 003
1.5.2  MATLAB幫助繫統 004

第2章  控制繫統的分析與設計仿真 005
2.1  常用控制繫統的數學模型及MATLAB描述 005
2.2  基於MATLAB的控制繫統模型轉換和簡化 007
2.2.1  控制繫統模型轉化MATLAB函數 007
2.2.2  控制繫統模型簡化MATLAB函數 009
2.3  基於MATLAB的控制繫統時域分析 010
2.3.1  穩定性分析 010
2.3.2  快速性分析 015
2.4  基於MATLAB的控制繫統頻域分析 016
2.5  基於MATLAB的控制繫統設計 021
2.5.1  基於MATLAB的頻率特性設計 021
2.5.2  基於MATLAB的PID控制器設計 027
2.6  線性連續控制繫統分析與設計實例 029
2.6.1  簡單閉環控制繫統的MATLAB計算及仿真 029
2.6.2  多閉環控制繫統的MATLAB計算及仿真 035
2.6.3  繫統分析的GUI函數 047
2.7  現代控制繫統分析和設計 049
2.7.1  繫統的可控性分析 049
2.7.2  繫統的可觀測性分析 054
2.7.3  極點配置 060
2.7.4  狀態觀測器設計 062
練習題 065

第3章  神經網絡控制的分析與仿真 067
3.1  神經網絡工具箱概述 067
3.2  神經網絡工具箱中的通用函數 067
3.3  感知器網絡及其MATLAB實現 073
3.3.1  重要的感知器神經網絡函數 073
3.3.2  感知器神經網絡的MATLAB仿真程序設計 074
3.4  線性神經網絡及其MATLAB實現 077
3.4.1  重要的線性神經網絡函數 077
3.4.2  線性神經網絡MATLAB仿真程序設計 078
3.5  BP網絡及其MATLAB實現 080
3.5.1  BP網絡函數 080
3.5.2  BP網絡的MATLAB仿真程序設計 085
3.6  徑向基神經網絡及其MATLAB實現 088
3.6.1  重要的徑向基神經網絡函數 088
3.6.2  徑向基神經網絡的MATLAB仿真程序設計 089
3.7  圖形用戶界面 090
3.7.1  圖形用戶界面簡介 091
3.7.2  圖形用戶界面應用示例 092
3.7.3  圖形用戶界面的其他操作 095
3.8  Simulink神經網絡仿真 096
3.8.1  Simulink神經網絡仿真模型庫簡介 096
3.8.2  Simulink應用示例 098
3.9  神經網絡的應用實例 100
練習題 106

第4章  模糊邏輯控制的分析與仿真 107
4.1  概述 107
4.2  模糊邏輯工具箱 107
4.2.1  模糊控制工具箱GUI工具簡介 107
4.2.2  模糊邏輯工具箱的圖形界面 110
4.3  用模糊工具箱命令創建模糊繫統 120
4.3.1  模糊語言變量的隸屬度函數 120
4.3.2  模糊推理繫統數據結構管理函數 126
4.3.3  常規模糊控制器的設計 138
4.4  Simulink設計基礎 144
4.4.1  運行Simulink 144
4.4.2  Simulink模塊操作 145
4.5  模糊聚類 146
4.5.1  模糊聚類的相關函數 146
4.5.2  聚類GUI工具 148
4.6  Sugeno-Type模糊推理 148
4.7  模糊控制器的設計與仿真 151
4.7.1  模糊 PID控制器的設計與仿真 151
4.7.2  模糊PID控制器的設計與仿真 152
4.7.3  多模糊控制器的設計與仿真 154
4.7.4  自調整因子模糊控制器的設計和仿真 156
4.7.5  模糊積分控制器的設計和仿真 157
4.8  模糊控制的應用實例 158
4.8.1  質量-彈簧-阻尼繫統的模糊控制 158
4.8.2  簡易水下機器人偏航角的模糊控制 161
練習題 164

第5章  模型預測控制的分析與仿真 165
5.1  模型預測基本原理及繫統模型 166
5.2  繫統模型辨識函數 166
5.3  繫統模型建立與轉換函數 170
5.4  繫統分析與繪圖函數 178
5.5  基於階躍響應模型的預測控制器的設計與仿真 182
5.6  基於狀態空間模型的預測控制器的設計與仿真 185
5.7  模型預測控制工具箱的通用功能函數 188
5.8  單輸入單輸出繫統模型預測實例 197
練習題 200

第6章  繫統辨識分析與仿真 201
6.1  繫統辨識的基本原理和常用辨識模型 201
6.1.1  繫統辨識的基本原理 201
6.1.2  常用的模型類 202
6.2  繫統辨識工具箱函數 203
6.2.1  模型類的建立和轉換 203
6.2.2  非參數模型辨識 211
6.2.3  參數模型辨識 215
6.2.4  遞推參數模型辨識 223
6.2.5  常用功能函數 226
6.3  繫統辨識工具箱的交互式圖形界面 238
6.3.1  數據視圖 238
6.3.2  操作選擇 239
6.3.3  模型視圖 239
6.4  智能優化算法辨識及其應用 239
6.4.1  遺傳算法 239
6.4.2  粒子群算法 244
6.4.3  差分進化算法 248
6.5  線性繫統開環傳遞函數和閉環傳遞函數的辨識實例 252
6.5.1  線性繫統開環傳遞函數的辨識 252
6.5.2  線性繫統閉環傳遞函數的辨識 255
練習題 258

第7章  工程應用 259
7.1  液壓閥控繫統 259
7.1.1  繫統概述 259
7.1.2  工作原理 259
7.1.3  模型建立 260
7.1.4  控制仿真 265
7.2  烤箱控制 267
7.2.1  烤箱模型 268
7.2.2  具有零極點補償的積分控制 270
7.2.3  烤箱的離散狀態表示 270
7.3  電磁懸浮 273
7.3.1  過程模型 274
7.3.2  電流放大器控制繫統 276
7.3.3  x(t)位置控制繫統的連續和離散模型 278
7.3.4  模糊調節器控制 280
7.4  倒立擺控制 286
7.4.1  倒立擺模型 286
7.4.2  開環響應 288
7.4.3  PID控制算法的MATLAB仿真 290
7.5  汽車防抱制動繫統的控制 293
7.5.1  汽車ABS控制繫統 293
7.5.2  Simulink下控制繫統模型的建立 295
7.5.3  仿真 298

參考文獻 301

MATLAB作為當前國際控制界流行的面向工程與科學計算的高級語言，近年來得到了業界的一致認可，在控制繫統的分析、仿真與設計方面得到了非常廣泛的應用，其自身也因此得到了迅速的發展，功能不斷擴充，現已發展到9.x的版本。為了更好地推動MATLAB在控制繫統分析、仿真與設計中的應用，我們結合多年來的教學和科研工作編寫了此書。
本書內容深入淺出，各章之間既相互聯繫又相互獨立，讀者可以根據自己的需要進行選擇閱讀。全書從實際出發，對常規函數的功能、格式和參數做了較詳細的說明，通過大量的典型實例對MATLAB/Simulink的功能、操作及其在自動控制中的應用進行了較為詳細的論述。書中所述內容和例子是我們多年教學與科研的結晶，同時在每章的後面例舉了部分習題以供課後練習。
本書共分7章，包括：MATLAB簡介、控制繫統的分析與仿真、神經網絡控制的分析與仿真、模糊邏輯控制的分析與仿真、模型預測控制的分析與仿真、繫統辨識分析與仿真、工程應用。所有的例子都提供了相應的MATLAB程序或仿真模型，便於讀者掌握和鞏固所學的知識。
本書由黑龍江工程學院三位老師編寫，其中，第1章、第4章和第7章由於浩洋編寫；第2章、第3章由初紅霞編寫；第5章、第6章由王希鳳編寫，於浩洋負責統稿工作。
本書秉承著應用性和實用性的主線，力求做到：
1．適用性
本書既可作為高等院校控制類專業本科生及研究生的授課及實習教材，也可作為相關領域工程技術人員和研究人員的參考書。為了達到學習和實踐的目的，本書在每章的後面都給出了習題，習題答案見前言後二維碼。
2．實用性
本書的編寫力求與時俱進，注重理論與實踐相結合，例舉了大量應用實例，便於理解和上手。
3．兼容性
由於MATLAB的發展很快，版本也一直在不斷地更新。經過市場調研，現在MATLAB的使用者以7.x、8.x版本的居多，也有一些用戶使用的是9.x版本，為了能使本書中所例舉的實例在這些版本下都能正常、順利地運行，所有應用實例均采用7.x版本，這樣可以保證所有實例及程序在7.x、8.x或9.x版本下均能正常運行。
由於編者水平和學識有限，加之本書的知識覆蓋面較廣，書中難免有遺漏與不當之處，懇請廣大讀者批評指正。

編著者