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第1章 MATLAB R2016a软件介绍1

1.1 MATLAB的功能特点1

1.1.1 MATLAB的主要特性1

1.1.2 MATLAB R2016a的新功能3

1.2 MATLAB窗口介绍5

1.2.1启动MATLAB5

1.2.2命令窗口6

1.2.3当前文件夹8

1.2.4工作空间11

1.3 MATLAB基础知识12

1.3.1常量与变量12

1.3.2矩阵与数组14

1.4 MATLAB的控制流16

1.4.1循环结构16

1.4.2选择结构17

1.4.3多选择结构18

1.5 MATLAB的帮助系统19

1.5.1命令行帮助19

1.5.2帮助导航/浏览器20

1.5.3 DEMO帮助系统20

1.5.4网络资源帮助21

第2章 MATLAB线性控制系统模型22

2.1控制系统概述22

2.2线性控制系统模型23

2.2.1线性连续系统23

2.2.2线性离散时间系统28

2.2.3系统模型的相互转换30

2.2.4线性系统模型的降阶35

2.2.5线性系统的辨识46

2.3系统模型间的转换58

2.4系统模型间的连接64

2.4.1串联方式64

2.4.2并联方式66

2.4.3反馈方式67

2.4.4模型连接的综合实现69

第3章 MATLAB线性控制系统分析72

3.1线性系统稳定性概述72

3.1.1系统稳定的概念72

3.1.2系统稳定的意义72

3.1.3系统特征多项式73

3.1.4系统稳定的判定73

3.2线性系统性质分析73

3.2.1直接判定73

3.2.2线性相似变换77

3.2.3线性判定的实现79

3.3 MATLAB LTI Viewer稳定性判定80

3.4线性系统的能控性与能观性83

3.4.1能控性83

3.4.2能观性86

3.5系统的范数88

3.6线性系统的数字仿真89

3.6.1线性系统的阶跃响应89

3.6.2任选输入下的系统响应95

3.6.3非零初始状态下系统的时域响应97

第4章 MATLAB时域分析98

4.1典型的时域分析98

4.1.1典型输入信号98

4.1.2动态与稳态过程99

4.1.3时域性能指标100

4.1.4一阶系统时域分析101

4.1.5线性系统的时域分析求法102

4.2二阶系统时域分析103

4.2.1二阶系统的数学模型103

4.2.2二阶系统分类103

4.2.3欠阻尼二阶系统的性能分析104

4.2.4二阶系统的重要结论104

4.3高阶系统分析105

4.4时域稳定性分析106

4.5常用时域函数107

4.6时域分析的应用实例110

4.7 MATLAB图形化时域分析120

第5章 MATLAB根轨迹分析124

5.1根轨迹的基本概念124

5.1.1根轨迹方程124

5.1.2根轨迹图的规则125

5.1.3根轨迹的性能126

5.2二阶系统的根轨迹分析127

5.3根轨迹的MATLAB函数127

5.3.1绘制根轨迹127

5.3.2计算根轨迹增益128

5.3.3频率网格129

5.4根轨迹的应用实例131

5.5控制系统的校正方法140

5.5.1串联校正140

5.5.2反馈校正141

5.6控制系统的根轨迹校正141

5.6.1根轨迹超前校正142

5.6.2根轨迹滞后校正146

5.7图形化工具150

第6章 MATLAB频域分析154

6.1频域分析的一般方法154

6.1.1频率特性的概念154

6.1.2频域分析法的特点155

6.1.3频率特性的表示法155

6.1.4频率特性的几何表示法156

6.1.5频域的性能指标157

6.1.6典型环节的频率特性157

6.2频率分析其他相关概念164

6.3频域分析的系统性能分析165

6.3.1奈奎斯特稳定判据165

6.3.2 Bode图相对稳定性分析166

6.3.3频域闭环性能指标166

6.4频域分析的MATLAB函数167

6.4.1奈奎斯特图167

6.4.2 Bode图169

6.4.3尼科尔斯图170

6.4.4求取稳定裕度171

6.4.5计算交叉频率和稳定裕度173

6.4.6网格线174

6.5频域分析的应用实例175

6.6频域分析校正182

6.6.1频域串联超前校正182

6.6.2频域滞后校正189

6.6.3频域滞后-超前校正196

第7章 PID控制器分析205

7.1 PID控制概述205

7.1.1 PID控制的基本原理205

7.1.2 PID控制的优点206

7.1.3比例（P）控制206

7.1.4比例微分控制208

7.1.5积分控制211

7.1.6比例积分控制214

7.1.7比例积分微分控制216

7.2 PID控制器的设计223

7.2.1连续PID控制器223

7.2.2离散PID控制器225

7.3 PID控制器参数整定法227

7.3.1 Ziegler-Nichols整定法227

7.3.2改进的Ziegler-Nichols整定法233

7.3.3 Cohen-Coon参数整定238

7.3.4最优PID整定经验242

第8章 MATLAB非线性系统分析246

8.1非线性系统的其他相关概念247

8.2 Simulink介绍249

8.2.1 Simulink的特点250

8.2.2 Simulink的启动251

8.2.3 Simulink实例252

8.3非线性系统分析与仿真253

8.3.1相轨迹图分析253

8.3.2函数法非线性系统分析256

8.3.3非线性定时/定常系统260

8.3.4饱和非线性环节仿真261

8.3.5死区非线性环节仿真265

8.3.6间隙非线性环节仿真267

8.4离散系统268

8.4.1差分方程法269

8.4.2 Z变换271

8.5 S-函数275

8.5.1 S-函数的含义275

8.5.2 S-函数模块276

8.5.3 S-函数模板277

8.5.4 S-函数的实现280

第9章 MATLAB状态空间控制系统分析285

9.1状态空间控制系统概述285

9.2状态的基本概念287

9.3状态空间方程287

9.4状态空间表达式的标准型288

9.4.1对角标准型288

9.4.2约当标准型289

9.4.3能控标准型291

9.4.4能观标准型294

9.5极点配置296

9.5.1单输入系统的极点配置297

9.5.2多输入系统的极点配置298

9.5.3极点配置的实例应用300

9.6二次型最优控制309

9.6.1无限时间LQ状态调节310

9.6.2无限时间LQ输出调节312

9.6.3离散二次型最优控制314

9.7状态反馈控制系统316

9.7.1全维状态观测器的控制器317

9.7.2全维状态观测器的调节器318

第10章 MATLAB鲁棒控制器分析327

10.1鲁棒控制问题概述327

10.1.1小增益327

10.1.2标准鲁棒性328

10.1.3 H∞控制概述328

10.2鲁棒控制系统的MATLAB法330

10.2.1鲁棒控制工具箱法330

10.2.2系统矩阵法332

10.2.3不确定系统法333

10.3范数鲁棒控制器的设计335

10.3.1 H2，H∞鲁棒控制器的设计335

10.3.2 H2，H∞鲁棒控制器的实现336

10.4鲁棒控制的其他函数346

10.4.1混合灵敏度函数346

10.4.2回路成型函数348

10.4.3 μ分析的综合鲁棒控制器设计351

10.5线性矩阵不等式353

10.5.1线性不等式的描述353

10.5.2线性矩阵不等式的MATLAB求解354

第11章 MATLAB智能控制分析361

11.1智能控制概述361

11.1.1智能控制与传统控制的比较361

11.1.2智能控制的主要方法362

11.1.3智能控制的研究热点362

11.2神经网络控制系统362

11.2.1神经网络概述362

11.2.2神经自适应PID控制365

11.2.3神经网络的智能控制365

11.3三种典型的神经网络控制系统367

11.3.1模型预测控制367

11.3.2反馈线性化控制374

11.3.3模型参考控制377

11.4模糊逻辑控制系统382

11.4.1模糊控制概述382

11.4.2带PID功能的模糊控制器387

11.5 MATLAB模糊逻辑工具箱的实现388

11.5.1模糊推理系统的基本类型389

11.5.2模糊逻辑工具箱函数390

11.5.3模糊推理的应用实例396

11.5.4模糊逻辑工具箱图形用户界面400

11.5.5模糊逻辑系统模块407

11.5.6模糊推理系统的实现408

11.6遗传算法415

11.6.1遗传算法概述415

11.6.2遗传算法的实现416

参考文献421