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| 內容簡介： |
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本书从应用角度出发，全面系统地介绍了MATLAB软件及其在自动控制中的应用。全书通过大量实际应用案例详细阐述利用MATLAB进行控制系统分析与设计的方法。 全书内容精练、实用，案例典型，图文并茂，是教学团队多年实践教学成果的总结。
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| 關於作者： |
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张磊，副教授，中国海洋大学工程学院骨干教师，青岛海艺自动化技术有限公司执行董事，长期从事自动化及工业机器人技术方向的教育培训，具有丰富的实践经验。
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| 目錄：
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目录
绪论教学与学习建议- 1 -
第1章 控制系统仿真概述- 4 -
1.1 系统仿真概述- 4 -
1.2MATLAB简介- 6 -
1.3MATLAB基本操作- 8 -
1.3.1MATLAB R2014a的启动- 8 -
1.3.2基本操作界面- 8 -
1.4 MATLAB操作实例- 12 -
课后习题1- 14 -
第2章 MATLAB矩阵及其基本操作- 15 -
2.1 矩阵及其操作- 16 -
2.1.1 矩阵的创建- 16 -
2.1.2 矩阵的属性- 17 -
2.1.3 创建特殊矩阵- 17 -
2.1.4 矩阵操作- 18 -
2.2 矩阵运算- 19 -
2.2.1 矩阵加、减运算- 19 -
2.2.2 矩阵的点运算- 19 -
2.2.3 矩阵乘运算- 20 -
2.2.4 矩阵的一些特殊运算- 21 -
2.3 多维矩阵及其操作- 22 -
2.3.1 通过指定索引把二维矩阵扩展为多维矩阵- 22 -
2.3.2 使用内联函数创建多维矩阵- 23 -
2.3.3 使用cat函数进行链接创建- 23 -
2.4 结构体和元胞数组- 24 -
2.4.1 结构体的创建- 24 -
2.4.2 元胞数组- 26 -
2.5 字符串- 28 -
2.6 关系运算- 28 -
课后习题2- 29 -
第3章 MATLAB数学运算基础- 30 -
3.1 矩阵的基本运算- 31 -
3.1.1 矩阵的逆- 31 -
3.1.2 矩阵的特征值和特征向量- 32 -
3.2 线性方程组的求解方法- 32 -
3.3 多项式运算- 34 -
3.3.1 使用roots函数求多项式的根- 34 -
3.3.2 使用conv函数进行多项式乘运算- 35 -
3.3.3 使用deconv函数进行多项式除运算- 35 -
3.3.4 多项式微分- 36 -
3.4 多项式曲线拟合- 36 -
3.5 数据统计- 37 -
课后习题3- 42 -
第4章 M文件与MATLAB编程基础- 43 -
4.1MATLAB的M文件- 43 -
4.1.1M文件的创建和编辑- 44 -
4.1.2 编辑器窗口说明- 45 -
4.2MATLAB控制语句- 46 -
4.2.1分支控制语句- 46 -
4.2.2循环控制语句- 49 -
课后习题4- 50 -
第5章 函数与外部数据操作- 52 -
5.1M文件（函数）- 52 -
5.1.1函数类型- 52 -
5.1.2参数传递- 55 -
5.2外部数据操作- 56 -
5.2.1MATLAB的外部数据操作- 57 -
5.2.2使用窗口操作实现文件数据读取- 58 -
5.2.3MATLAB程序中获取用户输入数据- 60 -
5.2.4MATLAB程序中日期和时间的使用- 61 -
课后习题5- 62 -
第6章 MATLAB的绘图及图像处理- 63 -
6.1MATLAB的绘图- 63 -
6.1.1二维图形- 65 -
6.1.2三维图形- 79 -
6.2MATLAB的图像处理- 86 -
6.2.1颜色- 86 -
6.2.2光照效果- 87 -
课后习题6- 88 -
第7章 交互式仿真工具Simulink- 89 -
7.1Simulink简介- 89 -
7.2 Simulink的模块库浏览界面- 90 -
7.3Simulink建模与仿真- 95 -
7.3.1Simulink建模与仿真的步骤- 95 -
7.3.2Simulink模块的基本操作- 96 -
7.3.3 Simulink仿真参数的设置- 97 -
7.4仿真结果的运行、观察和调试- 101 -
7.4.1使用菜单运行仿真- 102 -
7.4.2使用命令进行仿真- 102 -
7.4.3观察并分析仿真结果- 104 -
7.4.4 仿真的调试方法- 106 -
7.5Simulink的自定义功能模块- 108 -
课后习题7- 108 -
第8章 控制系统模型的定义- 110 -
8.1 自动控制系统- 111 -
8.1.1 开环控制与闭环控制- 111 -
8.1.2 自动控制理论概要- 112 -
8.1.3 自动控制系统中的术语和定义- 112 -
8.2 控制系统仿真概述- 113 -
8.2.1 建立数学模型的实验方法简介- 113 -
8.2.2建立数学模型的方法- 113 -
8.2.3控制系统模型引言- 114 -
8.3模型的描述、生成与封装- 114 -
8.3.1传递函数模型的描述（tf模型）- 114 -
8.3.2 零极点模型的描述（zpk模型）- 116 -
8.3.3状态空间模型的描述（ss模型）- 117 -
8.3.4 线性定常系统LTI模型的生成- 117 -
8.4 控制系统数学模型的转换和连接- 120 -
8.4.1 系统模型的转换- 120 -
8.4.2系统模型的连接- 122 -
课后习题8- 125 -
第9章控制系统的稳定性分析- 127 -
9.1控制系统的稳定性分析- 128 -
9.1.1 直接判别法- 129 -
9.1.2 绘制零极点图进行判断- 130 -
9.2 绘制系统的响应曲线- 131 -
9.2.1 阶跃响应函数- 132 -
9.2.2 脉冲响应函数- 135 -
9.2.3零输入响应函数- 137 -
9.2.4 输入信号的产生及应用- 139 -
9.2.5 使用Simulink实现时域响应分析- 140 -
课后习题9- 143 -
第10章控制系统的时域分析- 144 -
10.1系统的阶跃响应分析- 145 -
10.2MATLAB系统分析工具LTI Viewer- 156 -
10.3 控制系统的稳态误差- 158 -
课后习题10- 163 -
第11章 控制系统的根轨迹分析- 165 -
11.1 根轨迹法基础- 166 -
11.1.1 分析的基本原理- 166 -
11.1.2 使用MATLAB函数绘制根轨迹图- 169 -
11.2 根轨迹法分析系统- 173 -
11.2.1 增加开环零极点对根轨迹的影响- 173 -
11.2.2 利用根轨迹法分析系统的暂态特性- 178 -
11.3 MATLAB在根轨迹分析中的综合应用rltool- 179 -
11.3.1 图形界面工具rltool- 179 -
11.3.2 综合应用实例- 182 -
课后习题11- 185 -
第12章 控制系统的频域分析- 187 -
12.1 频域分析法基础- 187 -
12.1.1 分析的基本原理- 187 -
12.1.2 频率响应和频率特性- 188 -
12.2 MATLAB频域分析法频率特性图- 189 -
12.2.1 奈奎斯特图的绘制- 189 -
12.2.2 奈奎斯特图判稳- 190 -
12.2.3 伯德图的绘制- 192 -
12.3 系统的相对稳定性和稳定裕度- 195 -
12.3.1 幅值裕度和相角裕度- 195 -
12.3.2 幅值裕度和相角裕度获取方法- 195 -
课后习题12- 197 -
第13章 PID控制器设计与应用- 200 -
13.1 串联校正与反馈校正- 200 -
13.1.1 串联校正- 200 -
13.1.2 反馈校正- 204 -
13.2PID校正概述- 205 -
13.3PID控制器设计与参数整定- 211 -
13.4PID Tuner控制器设计- 214 -
课后习题13- 219 -
第14章 MATLAB图形用户界面GUI- 221 -
课后习题14- 226 -
参 考 文 献- 227
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| 內容試閱：
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前 言
控制系统仿真课程是高校自动化及其相关专业本科生的一门重要专业课程，是在学习控制系统原理的基础上使用MATLAB软件进行模型建立、仿真设计、实验验证和分析的综合实践课程。控制系统仿真课程的任务是使学生获得控制系统仿真技术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，加深学生对自动控制理论的理解，拓宽学生对控制系统仿真及其应用软件的知识面，为深入学习后续课程及从事控制系统设计、分析的实际工作打下基础。
控制系统仿真课程的内容包含控制理论、计算数学和计算机相关知识，而MATLAB软件是分析和设计各类复杂系统的强有力工具。学生在学习了自动控制原理现代控制理论等专业课程的基础上，需要开设一门综合性、实践性较强的课程。其目的是使学生在深入学习控制理论的基础上，掌握一种能够方便地对系统进行分析与设计的工具，以便在控制系统的研究中减少烦琐的验算，提高解决专业问题的能力，提高设计效率和质量。
本书依循翻转课堂的教学思路，尝试融入多项教学方法，减少了教师讲授的时间，大幅度提高了学生自主学习和实际动手的效率，教师能够有更多的时间与学生进行交流和讨论。本书及教学资料在作者所在的高校进行了试验，效果良好。教师可以采用重点讲授、协作指导和问题讨论的形式满足学生的需要，同时促进学生的个性化学习，使学生通过自主认知、理论回顾和实践获得更真实、有效的学习。
本书和所提供的辅助教学资源能够满足翻转课堂式教学方法所需要的基本要求。
1. 教学信息更加清晰
教师可以依照本书的内容和顺序设计教学计划。除教材中的内容以外，本书还提供实例程序、教学PPT、演示视频等资源。课堂开始前教师可以发布本次课程需要的教学资料和实践要求，如教学PPT、演示视频、各章的要求和需要完成的考查题目等内容，引导学生按照自己的理解情况安排学习进度，以需要掌握的知识重点为主线、以考查题目为任务导向，以学生个体为教学单元边学、边练、边讨论，通过教师个性化的有效辅导全面提升学习的效果。
2. 重新构建学习方式
第一阶段，学生积极利用课堂时间了解本章所需要掌握的知识重点，通过阅读教材内容、查看课程所提供的课件和实例程序资料、观看演示视频，进而完成每章指定的考查题目；
第二阶段，学生将自行完成的考查题目向教师或教学助理进行讲解和演示，教师则分别针对学生的具体情况和具体问题进行提问、解答和讨论；
第三阶段，学生在课堂外完成教师安排或教材中要求的课后练习题。
3. 演示视频针对性强
演示视频时间基本控制在3～10min内，内容针对性强，都是各章综合性较强的操作演示或设计方法展示，包含完整的知识点讲解、例题分析与练习，方便学生在阅读教材的同时观看视频，提升学生自主学习的能力。
4. 课程要求和考核方式
课程要求分为课前、课中和课后三个环节的要求。
（1）课前，复习自动控制原理的相关基础知识，复习C语言等其他已经学习的高级编程语言及程序设计知识，每节课前预习教材内容；
（2）课中，按照教师给定的考查题目边学边练，完成每章后的练习题，在指定的答疑和讨论时间段内与教师或助教积极互动；
（3）课后，独立完成部分课后练习题。
采用课堂考查、实验成果检查与上机考核综合考核方式，实现综合考查学生的学习效果。
本书以MATLAB为主要工具，按照控制理论的内容体系，依次展开学习，主要任务分为MATLAB基础和基于MATLAB的控制系统仿真两大部分。
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