《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通》
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《MATLABR2016a控制系统设计与仿真35个案例分析》以MATLABR2016a为平台编写，以案例的形式讲解控制系统的设计与仿真。目前，MATLAB已经成为控制理论与控制工程以及计算机仿真领域的有力工具，控制系统的建模、分析
内容简介
《MATLABR2016a控制系统设计与仿真35个案例分析》以MATLABR2016a为平台编写，以案例的形式讲解控制系统的设计与仿真。目前，MATLAB已经成为控制理论与控制工程以及计算机仿真领域的有力工具，控制系统的建模、分析、设计及应用都离不开MATLAB的支持。《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》共35章，也是35个案例，主要介绍了MATLAB的使用及控制系统的基本理论、控制系统的数学模型、Simulink仿真环境、控制系统数学模型的MATLAB实现、控制系统分析、离散系统设计、状态空间设计、时频域分析、稳定性判定、校正、最优控制及鲁棒控制等内容。
目录
目录
第1章创建Simulink仿真系统的过程
1.1Simulink概述
1.1.1Simulink的特点
1.1.2启动Simulink
1.2一个简单的仿真系统
1.2.1添加模块
1.2.2设置模块属性
1.2.3连接模块
1.2.4仿真器设置
1.2.5运行仿真
1.3建立状态空间表达式
1.3.1由图建立状态空间表达式
1.3.2由函数建立状态空间表达式
第2章飞行器控制系统综合与分析的方法
2.1飞行器控制系统应用概述
2.2飞行器控制系统数学模型
2.3飞行器控制系统解析内容
2.4校正装置优化设计
2.5频域性能分析
第3章最优与鲁棒控制系统设计
3.1最优控制问题的描述
3.2连续系统二次型最优控制及其MATLAB实现
3.3离散系统二次型最优控制及其MATLAB实现
第4章飞机偏航阻尼器设计的MATLAB实现
4.1飞机偏航阻尼器设计
4.2数学模型及MATLAB描述
4.3校正前系统性能分析
4.4校正设计
4.4.1根轨迹法设计
4.4.2下洗滤波器设计
4.5校正后系统性能分析
第5章控制系统根轨迹校正分析
5.1控制系统性能指标
5.2校正的基本概念
5.3根轨迹校正法
5.3.1根轨迹的串联超前校正
5.3.2根轨迹的串联滞后校正
5.3.3根轨迹的串联超前滞后校正
第6章现代控制系统设计与仿真分析
6.1可控性分析
6.1.1连续系统的完全可控性
6.1.2离散系统的可控性
6.1.3连续系统的状态完全可控标准型
6.1.4连续系统的输出可控性
6.2可观性分析
6.2.1线性离散系统的完全可观性
6.2.2连续系统的完全可观性
6.2.3连续系统的完全可观标准型
6.3系统的极点配置
6.3.1极点配置的MATLAB函数
6.3.2极点配置示例分析
6.4系统状态观测器设计
第7章MATLAB离散控制系统的设计
7.1离散控制系统的基本概念
7.2离散信号的数字描述
7.2.1采样过程及采样定理
7.2.2保持器的数学描述
7.3Z变换
7.3.1离散信号的Z变换
7.3.2Z变换与其逆变换
第8章Nyquist稳定判据的实际应用
8.1频域分析基本概念
8.2Bode图
8.3Nyquist图
8.4系统稳定性的判断
8.4.1用Bode图法判断系统稳定性
8.4.2用Nyquist曲线法判断系统稳定性
第9章PID控制器校正的MATLAB实现
9.1PID控制器校正
9.2PID控制器概述
9.3P控制
9.4PD控制
9.5I控制
9.6PI控制
9.7PID控制
第10章控制系统的典型输入信号时域分析
10.1控制系统时域分析法
10.2控制系统时域分析使用的函数
10.2.1step函数
10.2.2initial函数
10.2.3impulse函数
10.2.4lsim函数
第11章MATLAB控制系统的综合实例
11.1MATLAB在积分方程中的应用
11.2MATLAB在微分方程中的应用
11.3MATLAB/Simulink在机电系统中的应用
11.4MATLAB/Simulink在时域分析中的应用
11.5MATLAB/Simulink在根轨迹分析中的应用
第12章控制系统数学模型的MATLAB实现
12.1连续系统
12.2离散系统
12.3与数学模型相关的MATLAB函数
12.3.1传递模型的函数
12.3.2零极点模型函数
12.3.3状态空间模型函数
第13章控制系统的暂态特性和稳态特性
13.1典型输入信号实例
13.2时域分析的基本概念
13.2.1动态过程与动态性能
13.2.2稳态过程与稳态性能
13.2.3控制系统的稳定性
13.3线性系统时域响应求法
13.4二阶系统
13.4.1二阶系统的单位脉冲响应
13.4.2二阶系统的单位阶跃响应
第14章频域分析的MATLAB函数实现
14.1频域分析的概念
14.2频域分析的MATLAB函数
14.2.1allmargin函数
14.2.2nyquist函数
14.2.3bode函数
14.2.4bodemag函数
14.2.5nichols函数
14.2.6ngrid函数
14.2.7margin函数
第15章MATLAB函数实现的状态空间分析
15.1状态空间的MATLAB实现
15.1.1ctrb函数
15.1.2ctrbf函数
15.1.3obsv函数
15.1.4obsvf函数
15.2系统状态反馈与状态观测器
15.2.1极点配置
15.2.2状态观测器
第16章鲁棒控制系统设计的MATLAB实现
16.1鲁棒控制简介
16.2鲁棒控制系统的MATLAB实现
第17章借助根轨迹曲线对控制系统进行校正
17.1其他几种根轨迹形式
17.2根轨迹对系统暂态特性的分析
17.3控制系统的根轨迹校正法
17.3.1根轨迹法超前校正
17.3.2根轨迹法滞后校正
17.4根轨迹的设计工具
第18章控制系统频域响应校正分析
18.1频域响应校正法
18.2频域法的串联超前校正
18.3频域法的串联滞后校正
18.4频域串联滞后超前校正
18.5反馈校正
第19章PID控制器参数整定
19.1ZieglerNichols整定法
19.2一般数学模型拟合成带延时的惯性环节
19.3CohenCoon整定法
19.4误差积分指标最优校正
第20章模型预测控制的实际应用
20.1模型预测控制的应用
20.1.1直流伺服控制器设计
20.1.2直流伺服控制器的MATLAB实现
20.2控制系统的实际应用
20.2.1PID控制器应用示例
20.2.2非线性控制系统应用示例
第21章系统模型间转换的MATLAB实现
21.1系统模型间转换
21.1.1tf2ss函数
21.1.2ss2tf函数
21.1.3tf2zp函数
21.1.4zp2tf函数
21.1.5zp2ss函数
21.1.6ss2zp函数
21.2系统模型连接方式
第22章自动控制实际系统的分析设计
22.1传递函数模型分析
22.2传递函数模型的MATLAB实现
22.3状态空间模型分析
22.4状态空间模型的MATLAB实现
22.5零极点增益模型分析
22.6零极点增益模型的MATLAB实现
第23章MATLAB控制系统的频率特性
23.1频率特性的表示法
23.2典型环节的Nyquist图
23.2.1比例环节
23.2.2惯性环节
23.2.3积分环节
23.2.4微分环节
23.2.5一阶微分环节
23.2.6振荡环节
23.3典型环节的Bode图
23.3.1比例环节
23.3.2积分环节
23.3.3微分环节
23.3.4惯性环节
23.3.5一阶微分环节
23.3.6振荡环节
23.3.7二阶微分环节
第24章离散控制系统的稳定性分析
24.1离散系统的时域数学模型
24.2离散系统的频域数学模型
24.2.1c2d函数
24.2.2d2c函数
24.2.3d2d函数
24.2.4upsample函数
24.3离散控制系统分析
24.3.1离散控制系统的稳定性
24.3.2采样周期与开环增益对稳定性的影响
第25章线性二次型高斯最优控制的MATLAB实现
25.1LQG最优控制概述
25.2LQG最优控制的MATLAB实现
25.2.1reg函数
25.2.2lqg函数
25.2.3lqgreg函数
第26章MATLAB函数直接绘制系统的根轨迹
26.1根轨迹的概述
26.2二阶系统的根轨迹分析
26.3MATLAB中与根轨迹相关的函数
26.3.1pzmap函数
26.3.2rlocus函数
26.3.3rlocfind函数
26.3.4sgrid函数
26.3.5zgrid函数
26.3.6damp函数
第27章可控性与可观性的MATLAB实现
27.1可控性与可观性
27.2状态可控性
27.3状态可观性
27.4可控性和可观性的实现
27.4.1可控标准型
27.4.2可观标准型
第28章系统稳态误差分析的MATLAB实现
28.1系统误差分析与计算
28.2MATLABLTIViewer稳定性判定实例
第29章频域稳定性分析
29.1Nyquist稳定判据
29.2稳定裕度
29.2.1相对稳定性
29.2.2增益裕度
29.2.3相角裕度
第30章控制系统工程应用实例
30.1MATLAB在频域响应中的应用
30.2MATLAB/Simulink在状态空间中的应用
30.3MATLAB在PID控制器设计中的应用
第31章变换矩阵与状态空间表达式
31.1非唯一性与特征不变性
31.2标准型
31.2.1对角规范型
31.2.2约当规范型
第32章高阶系统的时域分析
32.1高阶系统
32.2时域分析的MATLAB实现
32.2.1step函数
32.2.2dcgain函数
32.2.3impulse函数
32.2.4initial函数
32.2.5lsim函数
32.3MATLAB图形化时域分析
第33章控制系统稳定性判定的MATLAB实现
33.1方程特征根判定稳定性
33.2LienardChipard判据判定系统稳定性
33.3根轨迹法判定稳定性
33.4传递函数极点法判定系统稳定性
33.5李亚普诺夫第二法判定系统稳定性
33.6频率法判定系统稳定性
33.6.1Bode图判定系统稳定性
33.6.2Nyquist曲线判定系统稳定性
第34章设计kalman滤波器最优状态估计器
34.1kalman函数
34.2lqi函数
34.3estim函数
第35章闭环比值与解耦控制系统分析
35.1闭环比值控制系统
35.1.1单闭环比值控制系统
35.1.2双闭环比值控制系统
35.2解耦控制系统
35.2.1前馈补偿解耦控制
35.2.2反馈补偿解耦控制
附录AMATLABR2016a安装说明
参考文献
精彩书摘
《MATLABR2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》：最优控制系统理论是现代控制理论的核心，它研究的主要问题是：在满足一定约束条件下，寻求最优控制策略，使得性能指标取极大值或极小值。使控制系统的性能指标实现最优化的基本条件和综合方法可概括为：对一个受控的动力学系统或运动过程，从一类允许的控制方案中找出一个最优的控制方案，使系统的运动在由某个初始状态转移到指定的目标状态的同时，其性能指标值为最优。这类问题广泛存在于技术领域或社会问题中。
鲁棒控制(RobustControl)的研究始于20世纪50年代。在过去的20年中，鲁棒控制一直是国际自控界的研究热点。所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定(结构，大小)的参数摄动下，维持某些性能的特性。根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。
3．1最优控制问题的描述
给定连续时间控制系统为
x·(t)=f(x(t),u(t),t)
x(t0)=x0
式中，x(t)为状态向量;u(t)为控制向量;f(x(t),u(t),t)为x(t)、u(t)和t的连续函数。最优控制问题就是在保证系统从已知的初始状态x(t0)转移到预定的目标状态x(tf)的情况下，寻求最优的控制函数u(t)，使性能指标取最小值。
J(u)=θ［tf,xf］+∫tft0L(x(t),u(t),t)dt
有时，性能指标也可以采用J（u）=θ［tf,xf］或J(u)=∫tft0L(x(t),u(t),t)dt的形式。
上面的形式是性能指标，表示系统在控制过程结束后，终端状态需要满足一定的需求。比如希望被控对象精确停止在空间中的某一位置、被控对象的温度尽可能地靠近设定值等。终端时间tf可以固定，也可以是自由的，这由控制问题的性质决定。
下面的形式则为最一般的性能指标形式，表示不仅对控制过程结束后的终端状态有一定的要求，还需要整个控制过程满足特定的条件。
J(u)=∫tft0L(x(t),u(t),t)dt中的被积函数L（x（t），u（t），t）还可以有多种形式。比如取L（x（t）,u(t),t）=∑∞i=0|ui(t)|,那么J(u)就表示整个控制过程所消耗的能量。此时，最优控制的目标就是使系统消耗的能量最小。这是航天工程中最常见的问题，比如登月飞行器在进行软着陆时，需要发动机产生一个与月球重力相反方向的推力；希望飞行器在着陆过程中消耗最小的燃料，进而减轻飞行器的重量，就是这类最优控制问题。
当L（x（t），u（t），t）=1时，J（u）=tf-t0，此时最优控制问题的目标就是使整个控制过程的时间最短。
……
前言/序言
前言
随着现代应用数学新成果的推出和计算机的应用，为适应宇航技术的发展，自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入发展。
自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理，主要用于工业控制。第二次世界大战期间用于设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备，进一步促进并完善了自动控制理论的发展，到战后，已形成完整的自动控制理论体系。这就是以传递函数为基础的经典控制理论，它主要研究单输入单输出的线性定常数系统的分析和设计问题。
MATLAB是当今最优秀的科技应用软件之一，强大的科学计算与可视化功能、简单易用及开放式的可扩展环境，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。MATLAB应用广泛，是能够有效提高工作效率、改善设计手段的工具软件，掌握了MATLAB就好比掌握了开启这些专业领域大门的钥匙。
Simulink是MATLAB中的一个工具包，其建模与一般程序建模相比更为直观，操作也更为简单，不必记忆各种参数、命令的用法，只用鼠标就能够完成非常复杂的工作。Simulink不但支持线性系统仿真，还支持非线性系统仿真，不但支持连续系统仿真，还支持离散系统甚至混合系统仿真。
在高等学校中，“自动控制”是自动控制类、电子信息工程类及机械与控制工程类各专业学生必修的课程，在其教学计划里各高校可能有各种不同叫法，如自动控制、控制理论、自动控制理论、机械工程控制基础、自动控制工程基础或过程控制原理等。《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》名定为《MATLABR2016a控制系统设计与仿真35个案例分析》，主要讲述该课程里的相关原理与案例。
书中结合实际控制系统的案例，详细介绍了基于MATLAB进行控制系统分析、设计的方法与过程。《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》具有以下特点。
（1）内容翔实，实用性强，书中案例都给出了详细说明，读者可以快速掌握MATLAB在具体案例中的应用。
（2）《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》大量的例题，均选自国内高校广泛使用的自动控制原理的经典教材与考研辅导用书，极具典型性与参考价值，还可供读者在实践训练或实验时使用。
（3）《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》文字叙述清楚，概念阐述准确，深入浅出，通俗易懂，方便自学。
《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》取材先进实用，讲解深入浅出，各章均有大量用MATLAB/Simulink实现的仿真实例，便于读者掌握和巩固所学知识。
通过《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》的学习，读者不仅可以全面掌握MATLAB编程和开发技术，还可以提高快速分析和解决实际问题的能力，从而能够在最短的时间内解决实际工作中遇到的问题，提升工作效率。
《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》共35章，其部分章节内容概述如下：
创建Simulink仿真系统的过程；
飞行器控制系统综合与分析的方法；
最优与鲁棒控制系统设计；
飞机偏航阻尼器设计的MATLAB实现；
控制系统根轨迹校正分析；
现代控制系统设计与仿真分析；
MATLAB离散控制系统的设计；
奈奎斯特稳定判据实际应用；
PID控制器校正MATLAB实现；
控制系统的典型输入信号时域分析；
MATLAB控制系统的综合实例；
控制系统数学模型的MATLAB实现；
控制系统的暂态特性和稳态特性；
频域分析的MATLAB函数实现；
MATLAB函数实现的状态空间分析；
鲁棒控制系统设计的MATLAB实现；
借助根轨迹曲线对控制系统进行校正；
控制系统频域响应校正分析；
PID控制器参数整定。
《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》主要由李晓东编写，此外参加编写的还有张基荣、陈华林、林彦佳、廖文辉、栾颖、周品、曾虹雁、邓俊辉、陈添威、邓耀隆、高永崇、李嘉乐、李锦涛、梁朗星、梁志成。
《MATLAB R2016a控制系统设计与仿真35个案例分析（精通MATLAB）》内容深入浅出，图文并茂，各章节之间既相互联系又相对独立，读者可根据自己需要选择阅读。
由于时间仓促，加之作者水平有限，所以疏漏之处在所难免。在此，诚恳地期望得到各领域的专家和广大读者的批评指正，如有问题请发送邮件到workemail6@163.com。
作者
2018年2月
