●第1章 MATLAB基礎知識 1
1.1 MATLAB入門 2
1.1.1 輸入矩陣 2
1.1.2 求和、轉置和對角線 3
1.1.3 下標 4
1.1.4 冒號運算符 4
1.1.5 魔方陣函數 5
1.2 表達式 5
1.2.1 變量 5
1.2.2 數字 5
1.2.3 運算符 5
1.2.4 函數 6
1.3 矩陣操作 7
1.3.1 生成矩陣 7
1.3.2 M文件 7
1.3.3 連接 7
1.3.4 刪除行和列 8
1.4 命令窗口與常用函數 8
1.4.1 格式命令與長命令行 8
1.4.2 隱藏輸出 9
1.4.3 命令行編輯 9
1.4.4 常用基本函數 10
1.4.5 常用進階函數 11
1.5 繪圖 13
1.5.1 創建一個圖 13
1.5.2 圖形窗口 14
1.5.3 添加圖形至現有的圖 15
1.5.4 繪制子圖 15
1.5.5 隱函數繪圖 16
1.5.6 軸的控制 16
1.5.7 軸標記和標題 17
1.5.8 plot3和mesh 18
1.5.9 圖像 19
本章小結 20
Chapter 1 Basics of MATLAB 21
1.1 Introduction to MATLAB 22
1.1.1 Entering Matrices 22
1.1.2 Sum, Transpose, and Diagonal 23
1.1.3 Subscripts 24
1.1.4 The Colon Operator 24
1.1.5 The Magic Function 25
1.2 Expressions 25
1.2.1 Variables 25
1.2.2 Numbers 26
1.2.3 Operators 26
1.2.4 Functions 26
1.3 Operation with Matrices 27
1.3.1 Generating Matrices 27
1.3.2 M-Files 27
1.3.3 Concatenation 28
1.3.4 Deleting Rows and Columns 28
1.4 The Command Window and Commonly Used Functions 29
1.4.1 The Format Command and Long Command Lines 29
1.4.2 Suppressing Output 30
1.4.3 Command Line Editing 30
1.4.4 Commonly Used Basic Functions 30
1.4.5 Commonly Used Advanced Functions 32
1.5 Graphics 34
1.5.1 Creating a Plot 34
1.5.2 Figure Windows 36
1.5.3 Adding Plots to an Existing Graph 36
1.5.4 Subplots 36
1.5.5 Ezplot 37
1.5.6 Axes Control 38
1.5.7 Axis Labels and Titles 38
1.5.8 plot3 and mesh 39
1.5.9 Images 40
Summary 41
生詞注解 41
第2章 MATLAB編程 43
2.1 流控制 44
2.1.1 if語句 44
2.1.2 for和while語句 44
2.1.3 break語句 45
2.1.4 switch和case 46
2.2 腳本 46
2.3 函數 47
2.4 編程實例 51
本章小結 55
Chapter 2 MATLAB Programming 56
2.1 Flow Control 57
2.1.1 if Statements 57
2.1.2 for and while Statement 57
2.1.3 break Statements 58
2.1.4 switch and case 59
2.2 Scripts 59
2.3 Functions 61
2.4 Examples 65
Summary 68
生詞注解 68
第3章 控制繫統的傳遞函數模型 69
3.1 線性定常繫統簡介 70
3.2 線性定常繫統的傳遞函數 70
3.2.1 簡介 70
3.2.2 定義 70
3.2.3 相關說明 71
3.3 基於MATLAB的傳遞函數描述 72
3.3.1 傳遞函數的降冪排列標準形式 72
3.3.2 傳遞函數的零極點模型 74
3.3.3 傳遞函數的部分分式展開 79
3.4 結構圖的連接與化簡 80
3.4.1 相關函數 81
3.4.2 連接與化簡實例 81
3.5 建模與仿真實例 83
3.5.1 RLC電路的傳遞函數建模 84
3.5.2 RLC電路的仿真分析 84
3.5.3 機械位移繫統的傳遞函數建模 85
3.5.4 機械位移繫統的仿真分析 86
本章小結 87
Chapter 3 Transfer Function Model of Control System 88
3.1 Introduction to Linear Time-Invariant Systems 89
3.2 Transfer Function of Linear Time-Invariant Systems 89
3.2.1 Introduction 89
3.2.2 Definition 90
3.2.3 Related Instructions 90
3.3 Transfer Function Description in MATLAB 91
3.3.1 Standard Form in Descending Power of Transfer Functions 92
3.3.2 The Zero-Pole Model of Transfer Function 94
3.3.3 Partial-Fraction Expansion of Transfer Function 99
3.4 Connection and Simplification of Structure Diagram 101
3.4.1 Related Functions 101
3.4.2 Examples of Connection and Simplification 102
3.5 Modeling and Simulation Examples 104
3.5.1 Transfer Function Modeling of an RLC Circuit 104
3.5.2 Simulation Analysis of an RLC Circuit 105
3.5.3 Transfer Function Modeling of a Mechanical Displacement System 106
3.5.4 Simulation Analysis of a Mechanical Displacement System 107
Summary 108
生詞注解 108
第4章 狀態空間模型 109
4.1 狀態空間描述 110
4.1.1 現代控制理論 110
4.1.2 現代控制理論與傳統控制理論的比較 110
4.1.3 狀態 110
4.1.4 狀態變量 110
4.1.5 狀態向量 111
4.1.6 狀態空間 111
4.1.7 狀態空間方程 111
4.2 MATLAB中的狀態空間模型 112
4.2.1 狀態空間模型相關的MATLAB函數 112
4.2.2 運用函數建立狀態空間模型 113
4.3 模型間的轉換 116
4.3.1 實現模型之間轉換的MATLAB函數 116
4.3.2 模型之間的轉換實例 116
4.3.3 狀態空間模型的化簡 120
4.4 RLC電路及機械位移繫統 125
4.4.1 RLC電路的狀態空間建模 125
4.4.2 RLC電路的仿真分析 126
4.4.3 機械位移繫統的狀態空間建模 127
4.4.4 機械位移繫統的仿真分析 128
本章小結 129
Chapter 4 State-Space Modeling 130
4.1 State-Space Description 131
4.1.1 Modern Control Theory 131
4.1.2 Modern Control Theory Versus Conventional Control Theory 131
4.1.3 State 131
4.1.4 State Variables 131
4.1.5 State Vector 132
4.1.6 State Space 132
4.1.7 State-Space Equations 132
4.2 State-Space Model in MATLAB 133
4.2.1 MATLAB Functions Related to State-Space Model 133
4.2.2 Create State-Space Model by Using Functions 134
4.3 Conversions Between Models 137
4.3.1 Functions Related to Conversions Between Models 138
4.3.2 Examples of conversion Between Models 138
4.3.3 Simplification of State-Space Models 141
4.4 RLC Circuits and Mechanical Displacement Systems 147
4.4.1 State-Space Modeling of RLC Circuit 147
4.4.2 Simulation Analysis of an RLC Circuit 148
4.4.3 State-Space Modeling of Mechanical Displacement Systems 149
4.4.4 Simulation Analysis A Mechanical Displacement System 151
Summary 152
生詞注解 152
第5章 雙容水箱液位繫統建模 153
5.1 建模方法簡介 154
5.2 雙容水箱液位繫統 154
5.3 假設 155
5.3.1 壓縮性 155
5.3.2 粘度 155
5.3.3 無旋流 155
5.3.4 穩定流動 155
5.4 運動微分方程 155
5.5 線性化和傳遞函數 157
5.5.1 線性化 157
5.5.2 傳遞函數模型 160
5.6 求解與仿真分析 161
5.6.1 解析解 161
5.6.2 仿真分析 162
本章小結 166
Chapter 5 Modeling of a Double-Tank System 167
5.1 Introduction to Modeling Methods 168
5.2 A Double Tank System 168
5.3 Assumptions 169
5.3.1 Compressibility 169
5.3.2 Viscosity 169
5.3.3 Irrotational Flow 170
5.3.4 Steady Flow 170
5.4 Differential Equations of Motion 170
5.5 Linearization and Transfer Functions 172
5.5.1 Linearization 172
5.5.2 Transfer Function Model 175
5.6 Solution and Simulation Analysis 176
5.6.1 Analytical Solution 176
5.6.2 Simulation Analysis 177
Summary 182
生詞注解 182
第6章 控制繫統的穩定性 183
6.1 穩定性的定義和判定 184
6.1.1 繫統穩定性 184
6.1.2 MATLAB中穩定判斷的函數 185
6.1.3 穩定判斷實例 185
6.2 勞斯穩定判據 189
6.3 人控制的自行車 190
6.3.1 控制要求及參數分析 191
6.3.2 穩定性分析 192
6.3.3 擾動響應分析 195
6.3.4 速度影響分析 196
本章小結 198
Chapter 6 Stability of Control System 199
6.1 Definition and Judgment of Stability 200
6.1.1 Stability of System 200
6.1.2 Functions for Stability Judgment in MATLAB 201
6.1.3 Instances of Stability Judgment 201
6.2 Routh’s Stability Criterion 206
6.3 Human-Controlled Bicycle 207
6.3.1 Control Requirements and Parameter Analysis 208
6.3.2 Stability Analysis 209
6.3.3 Disturbance Response Analysis 212
6.3.4 Analysis of Speed Effect 213
Summary 215
生詞注解 215
第7章 繫統性能的實例分析 216
7.1 典型的輸入信號與時域的性能指標 217
7.1.1 典型的輸入信號 217
7.1.2 時域的性能指標 217
7.1.3 仿真分析函數 218
7.2 穩態誤差 219
7.3 飛機飛行期間的波動控制 220
7.3.1 FV控制繫統分析 220
7.3.2 穩態誤差分析 222
7.3.3 暫態響應 223
7.3.4 擾動響應 227
本章小結 228
Chapter 7 Case Analysis of System Performance 230
7.1 Typical Input Signals and the Time-Domain Specifications 231
7.1.1 Typical Input Signals 231
7.1.2 The Time-Domain Specifications 231
7.1.3 Simulation Analysis Functions 233
7.2 Steady-State Error 233
7.3 Fluctuation Control During Airplane Flight 234
7.3.1 Analysis of FV Control Systems 235
7.3.2 Analysis of Steady-State Error 237
7.3.3 Transient Response 238
7.3.4 Disturbance Response 242
Summary 244
生詞注解 244
第8章 主導極點法的PID控制器設計實例 245
8.1 PID控制器的概念 246
8.2 比例與積分控制的作用 246
8.2.1 比例控制下的誤差 247
8.2.2 消除積分控制中的穩態誤差 249
8.3 比例與微分的控制作用 250
8.3.1 比例控制的不穩定性 250
8.3.2 比例微分控制的穩定性 252
8.4 PID控制器 254
8.5 閉環主導極點 257
8.5.1 閉環主導極點概念 257
8.5.2 閉環主導極點的設定 257
8.6 下棋機器人 260
8.6.1 控制器選擇 261
8.6.2 控制器設計 261
8.6.3 繫統仿真 264
本章小結 269
Chapter 8 Example-s of PID Controller Design by Dominant Poles 270
8.1 Concept of PID Controller 271
8.2 Proportional and Integral Control Action 271
8.2.1 Error Under Proportional Control 272
8.2.2 Eliminating Steady-State Error in Integral Control 274
8.3 Proportional and Integral Control Action 275
8.3.1 Instability of Proportional Control 276
8.3.2 Stability of Proportional and Differential Control 277
8.4 PID Controller 280
8.5 Dominant Closed-Loop Poles 283
8.5.1 Basic Concept 283
8.5.2 Setting of Dominant Closed-Loop Poles 284
8.6 Chess Robot 287
8.6.1 Controller Selection 288
8.6.2 Controller Design 288
8.6.3 System Simulation 292
Summary 297
生詞注解 298
第9章 簡單繫統的Simulink建模實例 299
9.1 Simulink軟件入門 300
9.1.1 啟動Simulink軟件 300
9.1.2 Simulink的用戶界面 300
9.1.3 Simulink模型窗口 302
9.2 建立簡單模型 302
9.2.1 創建一個新模型 303
9.2.2 添加模塊到空白模型窗口 303
9.2.3 在模型窗口中移動模塊 305
9.2.4 連接模型窗口中的模塊 305
9.2.5 保存模型 307
9.3 RLC電路模型仿真 308
本章小結 311
Chapter 9 Simulink Modeling Examples for Simple Systems 312
9.1 Introduction to Simulink Software 313
9.1.1 Starting Simulink Software 313
9.1.2 Simulink User Interface 314
9.1.3 Simulink Model Window 315
9.2 Creating a Simple Model 316
9.2.1 Creating a New Model 316
9.2.2 Adding Blocks to Your Model 317
9.2.3 Moving Blocks in the Model Window 318
9.2.4 Connecting Blocks in the Model Window 319
9.2.5 Saving the Model 321
9.3 RLC Circuit Model Simulation 321
Summary 324
生詞注解 325
第10章 房屋加熱繫統建模實例 326
10.1 創建和封裝子繫統 327
10.1.1 創建子繫統 327
10.1.2 封裝Subsystem 328
10.2 房屋加熱模型剖析 331
10.2.1 打開演示模型 331
10.2.2 剖析模型 331
10.2.3 子繫統模型的使用 332
10.3 房屋熱力繫統模型 334
10.3.1 概述 334
10.3.2 房屋加熱模型的構成 336
10.3.3 運行仿真並觀察結果 338
10.3.4 注釋 339
本章小結 339
Chapter 10 Modeling the House Heating System 340
10.1 Creating and Masking Subsystems 341
10.1.1 Creating Subsystems 341
10.1.2 Masking Subsystems 342
10.2 Anatomy of the House Heating Model 346
10.2.1 Opening the Demo Model 346
10.2.2 Anatomy of the Model 346
10.2.3 Using Subsystems 347
10.3 Thermal Model of a House 349
10.3.1 Introduction 349
10.3.2 The House Heating Model Components 349
10.3.3 Running the Simulation and Visualizing the Results 353
10.3.4 Remarks 353
Summary 354
生詞注解 354

本書適用於本科、研究生的"繫統建模與仿真”雙語課程。通過有趣的實例，串接了整個MATLAB平臺基礎運用，即基本運算操作、矩陣操作等；以簡單繫統的建模、復雜繫統的建模、分析和設計為基礎，講述繫統的建模理論和方法；以實際控制的穩定性實例仿真分析，講述繫統的穩定分析方法；以實際繫統的根軌跡分析設計，講述了繫統的根軌跡設計方法。繫統PID實例部分，講述了繫統PID設計方法。全書由淺至深，覆蓋到本課程的主要相關知識。