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| 編輯推薦： |
MATLAB被誉为工程应用的首选软件，该软件提供的函数与工具箱可解决数学计算、系统建模、理论验证及系统仿真等问题，已经成为国内外学者热衷采用的科研工具。本书在第1版的基础上，升级了MATLAB软件的版本，还利用新版软件的新功能进行了多方面的改进。在App的UI界面设计中，采用了全新的方法。此外，书中还增加了MATLAB建模方面的内容，并通过10个实际应用案例论述了复杂的理论计算、绘图、仿真及建模的问题。本书借助MATLAB提供的函数与Simulink工具箱，简化了自动控制理论中复杂的计算和仿真，帮助读者全面掌握 MATLAB编程、Simulink仿真、控制系统理论分析及建模。全书涵盖了如下核心知识：
MATLAB R2023a的基本使用；
MATLAB R2023a的矩阵与数组；
MATLAB R2023a的高等数学计算；
控制系统建模与仿真基础；
控制系统时域分析的MATLAB实现；
控制系统频域、根轨迹分析与设计的MATLAB实现；
PID控制器的MATLAB实现；
状态空间极点配置控制系统设计的MATLAB实现；
Simulink模块设计与仿真；
App De
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| 內容簡介： |
本书以自动控制原理为基础，通过MATLAB函数、Simulink仿真模块及App界面设计，研究被控对象的稳定性和控制系统优化设计方法，力求解决自动化工程应用问题。本书共分为11章，200多个案例贯穿全书，案例中内嵌程序命令、注释、说明和运行结果，图文并茂，使抽象的理论变得生动形象。本书基于MATLAB R2023a操作平台，书中不仅有大量.m 文件案例，还有Simulink仿真及App界面设计内容，以提高读者软件操作技能、综合应用能力和创新能力。本书减少了繁杂的理论和抽象公式的计算，只要读者有基本控制理论、数学和编程基础，无须预修任何课程即可使用本书。本书在案例中对自动控制理论知识做了分析、注释，易读性强，节省了读者大量的手动计算、绘图及分析问题的时间。根据被控对象，读者可使用书中的程序进行建模、绘图、仿真、判断系统的稳定性、输出系统的动态特色参数、设计控制器等。
本书是学习自动控制理论的好帮手，特别理想的受众是控制科学、机械自动化、化工自动化、电气自动化等专业的本科生、研究生，本书也可供工程技术人员参考，亦可作为控制理论和开放实验的一本教材。
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| 關於作者： |
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姜增如：北京理工大学自动化学院副教授，目前执教于深圳北理莫斯科大学，硕士研究生导师。主讲 “MATLAB在自动控制理论中的应用”“MATLAB基础及应用”“Python程序设计”“C语言程序设计”“计算机网络基础”等课程。先后出版专业图书5部，近年与企业合作科研项目2项，指导广东省科技创新战略专项资金项目1项。
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| 目錄：
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第1章MATLAB/Simulink概述
1.1MATLAB的主要功能
1.2MATLAB R2023a界面组成
1.2.1主界面
1.2.2工具栏
1.3MATLAB窗口操作
1.3.1MATLAB常用操作命令
1.3.2MATLAB常用快捷键
1.4Simulink简介
1.4.1Simulink的组成结构
1.4.2Simulink仿真示例
第2章MATLAB矩阵与数组应用
2.1常量与变量的使用
2.1.1常量表示
2.1.2新建变量
2.1.3变量命名规则
2.1.4全局变量
2.1.5数据类型
2.1.6常用标点符号及功能
2.2矩阵表示
2.2.1矩阵的建立方法
2.2.2向量的建立方法
2.2.3常用特殊矩阵
2.2.4稀疏矩阵
2.2.5矩阵拆分
2.3矩阵的基本运算
2.3.1求矩阵的秩、迹和条件数
2.3.2求矩阵的逆
2.3.3求矩阵的特征值和特征向量
2.3.4矩阵的算术运算
2.3.5求序列数据的最大值、最小值及矩阵的排序
2.3.6求矩阵的平均值和中值
2.3.7求矩阵元素的和与积
2.3.8求元素累加和与累乘积
2.4MATLAB常用函数
2.4.1随机函数
2.4.2数学函数
2.4.3转换函数
2.4.4字符串操作函数
2.4.5判断数据类型函数
2.4.6查找函数
2.4.7判断向量函数
2.4.8日期时间函数
2.4.9文件操作函数
2.4.10函数句柄
2.5MATLAB数组表示
2.5.1结构数组
2.5.2元胞(单元)数组
2.6数组集合运算
2.6.1交运算
2.6.2差运算
2.6.3并运算
2.6.4异或运算
2.7多项式与算术运算
2.7.1多项式的建立与转换
2.7.2多项式运算
2.8MATLAB符号运算
2.8.1符号变量与符号表达式
2.8.2符号运算
第3章MATLAB高等数学计算
3.1傅里叶变换与反变换
3.1.1傅里叶变换
3.1.2傅里叶反变换
3.1.3快速傅里叶变换
3.1.4快速傅里叶反变换
3.2拉普拉斯变换与反变换
3.2.1拉普拉斯变换
3.2.2拉普拉斯反变换
3.3Z变换与反变换
3.3.1Z变换
3.3.2Z反变换
3.4求极限
3.5求导数
3.5.1语法格式
3.5.2求导数案例
3.6求积分
3.6.1使用int函数求积分
3.6.2使用quadl函数求积分
3.7求零点与极值
3.7.1求零点
3.7.2求极值
3.8求方程的解
3.8.1线性方程组求解
3.8.2符号代数方程求解
3.8.3常微分方程(组)求解
3.9级数
3.9.1级数求和
3.9.2一元函数的泰勒级数展开
3.10常用绘图功能
3.10.1二维绘图
3.10.2三维绘图
3.11函数插值
3.11.1一维插值
3.11.2二维插值
3.11.3三维插值
第4章自动控制系统理论基础
4.1自动控制与控制系统
4.2控制系统的稳定性
4.2.1稳定性的描述
4.2.2稳定性的图形表示
4.3传递函数模型表示
4.3.1传递函数的定义
4.3.2传递函数的性质
4.3.3传递函数的主要应用
4.4系统的开环和闭环传递函数模型
4.4.1开环传递函数模型
4.4.2闭环传递函数模型
4.5传递函数模型的建立方法
4.5.1传递函数模型的形式
4.5.2零极点传递函数模型
4.5.3状态空间形式
4.5.4建立标准传递函数模型
4.6传递函数模型形式转换
4.6.1传递函数转换函数
4.6.2传递函数转换示例
第5章控制系统时域分析的MATLAB实现
5.1模型建立与化简
5.1.1串联结构
5.1.2并联结构
5.1.3反馈结构
5.1.4复杂结构
5.1.5多输入多输出系统
5.2控制系统的瞬态响应分析
5.2.1单位脉冲响应
5.2.2单位阶跃响应
5.2.3零输入响应
5.2.4任意函数作用下系统的响应
5.3二阶系统阶跃响应分析
5.3.1二阶系统时域动态性能指标
5.3.2使用函数获取时域动态指标
5.4稳定性分析
5.4.1使用闭环特征多项式的根判别稳定性
5.4.2使用零极点图判别稳定性
5.4.3使用劳斯判据判别稳定性
5.4.4延迟环节稳定性判别
第6章控制系统频域分析、根轨迹分析与设计的MATLAB实现
6.1频域特性分析
6.1.1绘制Bode图
6.1.2获取幅值裕度和相位裕度
6.1.3绘制Nyquist图
6.1.4绘制Nichols图
6.1.5计算频域参数
6.2频域法超前和滞后校正设计方法
6.2.1超前校正设计方法
6.2.2滞后校正设计方法
6.3根轨迹分析与校正设计
6.3.1根轨迹分析
6.3.2根轨迹校正设计
第7章PID控制器的MATLAB编程实现
7.1使用试凑法设计PID控制器
7.1.1PID控制原理
7.1.2PID试凑原则
7.1.3PID控制器参数的作用
7.1.4试凑法PID控制器设计分析
7.2工程整定法求PID控制参数
7.2.1动态特性参数法
7.2.2科恩库恩整定法
7.2.3使用衰减曲线法整定参数
7.2.4使用临界比例度法整定参数
7.3使用Smith预估器设计PID控制器
7.3.1Smith预估器控制的基本原理
7.3.2Smith预估器控制特点
第8章状态空间极点配置控制系统设计的MATLAB实现
8.1极点配置与必要条件
8.1.1极点配置说明
8.1.2极点配置方法
8.1.3系统可控性及判断方法
8.1.4状态反馈极点配置空间变换参数
8.1.5系统可观测性及判断方法
8.2二次型最优控制器设计
8.2.1最优控制的基本概念
8.2.2二次型最优控制函数
8.3使用Kalman滤波器设计LQG最优控制器
8.3.1Kalman滤波器的MATLAB实现
8.3.2LQG最优控制器的MATLAB实现
第9章基于Simulink模块的设计与仿真
9.1仿真编辑及参数设置
9.1.1创建仿真模型
9.1.2仿真模块库基本模块
9.1.3模块的参数和属性设置
9.2二阶系统仿真
9.2.1改变阻尼比的二阶系统仿真分析
9.2.2改变频率的二阶系统仿真分析
9.3稳定性及稳态误差仿真
9.3.1稳定性的仿真
9.3.2增益K对稳态误差的影响
9.3.3积分环节个数对稳态误差的影响
9.4串联超前和滞后校正仿真设计
9.4.1相位超前校正
9.4.2相位滞后校正
9.5PID控制仿真
9.5.1使用试凑法整定PID参数
9.5.2使用衰减曲线法整定PID参数
9.5.3使用临界比例度法整定PID参数
9.5.4Smith预估器控制仿真
9.6非线性相平面分析与校正设计
9.6.1二阶系统的相平面分析
9.6.2非线性校正设计
9.7状态反馈控制器仿真设计
9.7.1状态反馈与极点配置
9.7.2状态反馈与极点配置案例
第10章MATLAB的App界面设计
10.1图形用户界面开发环境
10.1.1初识App
10.1.2使用空白App界面建立应用程序
10.2App组件与属性
10.2.1组件
10.2.2组件控制属性
10.2.3句柄式图形对象
10.2.4创建图形句柄的常用函数
10.2.5以编程方式开发 App
10.3回调函数
10.3.1打开回调函数
10.3.2回调函数的使用
10.4标签、按钮与编辑字段组件
10.4.1标签(Label)
10.4.2按钮(Button)
10.4.3编辑字段(EditField)
10.5单选按钮组、切换按钮组、复选框、面板、选项卡与日期选择器组件
10.5.1单选按钮组 (Button Group)
10.5.2切换按钮组(ButtonGroup)
10.5.3复选框(Check Boxes)
10.5.4面板 (Panel)
10.5.5选项卡(TabGroup)
10.5.6日期选择器(Date Picker)
10.6坐标区与图像组件
10.6.1坐标区(UIAxes)
10.6.2图像(Image)
10.7列表框与下拉框组件
10.7.1列表框(ListBox)
10.7.2下拉框(DropDown)
10.8滑块与微调器组件
10.8.1滑块(Slider)
10.8.2微调器(Spinner)
10.9表、超链接与树组件
10.9.1表(UITable)
10.9.2超链接(UIHyperlink)
10.9.3树(Tree)
10.10仪器组件
10.11菜单设计
10.11.1使用“菜单栏”创建菜单
10.11.2使用“工具栏”创建菜单
10.11.3使用命令创建级联菜单
10.11.4使用命令创建下拉框菜单
10.11.5使用命令创建上下文菜单
10.12对话框设计
10.12.1对话框操作
10.12.2专用对话框
10.12.3创建标准对话框
第11章MATLAB的建模应用
11.1建立数学模型概述
11.1.1建模的作用
11.1.2建模的方法
11.1.3数学模型的特点及分类
11.2建立数学模型案例
参考文献
微课视频
MicroVideo
第1章MATLAB/Simulink概述
第2章MATLAB矩阵与数组应用
第3章MATLAB高等数学计算
第4章自动控制系统理论基础
第5章控制系统时域分析的MATLAB实现
第6章控制系统频域分析、根轨迹分析与设计的MATLAB实现
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利用MATLAB矩阵运算、函数及工具箱，解决自动化工程应用问题是本书的宗旨，将控制理论中难以计算的问题借助程序、仿真解决，是本书的特色。随着计算机和网络技术的迅速发展，以计算机为主导，解决数学计算、系统建模、理论验证、仿真、控制器设计等问题的思想体现在本书的各章节中。
本书内容介绍如下：
第1~3章介绍了MATLAB基本应用，包括矩阵与数组应用、高等数学计算，通过90多个案例说明了MATLAB的使用方法。
第4~6章介绍了MATLAB在控制理论中的应用，包括自动控制系统理论，控制系统时域、频域、根轨迹分析，不仅含有稳定性分析函数，还涵盖了MATLAB程序设计方法。
第7、8章介绍了PID控制器设计、状态空间分析方法，包括控制理论的公式及MATLAB的绘图应用。
第9章介绍了Simulink仿真应用，通过14个案例说明控制理论中的模型搭建、串联校正仿真设计、PID控制仿真及工程中PID控制器设计的仿真方法。
第10章介绍了App的界面设计，编写了42个案例展示人机交互功能，通过编辑字段、按钮、列表、图像、坐标区、表格、树、超链接及菜单、对话框等组件，增加了控制理论中的交互及视觉效果。
第11章结合控制理论及过程控制的建模应用，列举了10个典型案例，分析了建模方法、步骤，分别使用机理和实验数据建模的方法，通过MATLAB编程建立了传递函数的数学模型，并绘制了相应的阶跃响应曲线。
本书编写的案例包括控制理论中涉及时域的二阶系统阶跃响应、峰值时间、稳态时间、上升时间、超调量、稳态误差等动态特性参数分析，稳定性判断，频域中的幅值裕度、相位裕度、穿越频率、频域法校正、根轨迹校正、状态空间极点配置求解方法及PID参数设计等内容，一方面帮助读者学习MATLAB编程，另一方面为读者学习自动控制理论提供有力支持。
本书的讲解由浅入深，通俗易懂，在MATLAB R2023a软件应用基础上，讲解了变量、程序文件、函数使用的命令规则， Simulink的图形化仿真步骤、App人机交互界面的设计方法及建立数学模型——传递函数的方法，非常适合初学者阅读。
本书的最大特色是将MATLAB软件与自动化工程应用融为一体。作者结合多年的教学经验，对自动控制理论中的知识点及典型实验在书中进行了总结，非常有参考价值。由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。
姜增如2024年1月
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