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本书系统介绍了MATLAB R2022a仿真软件在自动控制领域的功能亮点和MATLAB编程基础，由浅入深地介绍了基于Simulink模块编程的仿真系统搭建与分析方法。本书第1章介绍了MATLAB基础知识;第2章阐述了经典控制理论中的数学建模、时域分析、根轨迹分析、频域分析、系统校正与设计和非线性控制系统分析等关键理论与MATLAB仿真;第3章论述了现代控制理论中的状态空间模型、系统可控性、可观测性判定、稳定性分析、状态反馈极点配置、状态观测器设计、优化控制等基本理论和MATLAB求解方法;第4章按照自动控制原理知识体系给出了21个实验项目，既有MATLAB基础实验，又有自动控制原理MATLAB和Simulink实验;第5章系统介绍了小车倒立摆系统稳定性控制和最优控制与演化博弈实验案例。本书着重介绍了MATLAB函数命令格式和使用方法，并通过大量实例进行详细分析与说明，便于读者自学和上机实验，可满足相关专业不同层次的学习与实践要求。本书可供自控工程技术人员学习与实践，也可作为高等院校控制理论课程的实验教材和参考用书。
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目录前言第1章MATLAB仿真基础简介1.1MATLAB R2022a仿真软件简介1.1.1MATLAB软件1.1.2MATLAB特点1.1.3MATLAB R2022a集成开发环境1.1.4MATLAB R2022a功能亮点1.1.5控制系统工具箱功能亮点1.2MATLAB基础知识1.2.1变量与语句1.2.2变量操作1.2.3文件类型1.3MATLAB编程基础1.3.1编程环境1.3.2编程原则1.3.3程序流程控制语句1.4MATLAB矩阵及其运算1.4.1矩阵输入1.4.2矩阵运算1.5MATLAB绘图功能1.5.1二维绘图1.5.2三维绘图1.6Simulink动态仿真集成环境1.6.1Simulink简介1.6.2Simulink功能模块1.6.3Simulink基本操作1.6.4Simulink仿真实例第2章经典控制理论MATLAB分析2.1经典控制系统数学模型2.1.1数学模型的MATLAB指令2.1.2模型间的相互转换2.1.3控制系统的典型连接2.2系统时域分析2.2.1时域分析的常用命令2.2.2线性时不变系统浏览器工具2.3系统根轨迹分析2.3.1根轨迹分析常用命令2.3.2系统的稳定性2.3.3系统的稳态误差2.4系统频域分析2.4.1频域分析的常用命令2.4.2系统设计工具2.5系统校正与设计2.5.1超前校正2.5.2滞后校正2.6非线性控制系统分析第3章现代控制理论MATLAB分析3.1状态空间模型3.1.1建立数学模型的MATLAB指令3.1.2状态空间模型的转换3.1.3状态空间模型的系统连接及化简3.2系统的可控性、可观测性判定3.3状态空间的稳定性分析3.4状态反馈的极点配置方法3.5状态观测器的设计3.5.1全维观测器3.5.2降维观测器3.6线性二次型最优控制器的设计3.7虚拟实验的基本理论与发展3.7.1虚拟实验的由来3.7.2虚拟实验的发展第4章基于MATLAB的虚拟仿真实验4.1MATLAB基础实验4.1.1实验一MATLAB基本操作与算术运算4.1.2实验二MATLAB矩阵运算4.1.3实验三MATLAB程序设计4.1.4实验四MATLAB图形设计4.1.5实验五MATLAB图形用户界面（GUI）制作4.1.6实验六数据处理与多项式计算4.2经典控制理论的MATLAB实验4.2.1实验一典型环节的性能分析4.2.2实验二二阶系统的性能分析4.2.3实验三控制系统的稳定性分析4.2.4实验四控制系统的稳态误差分析4.2.5实验五控制系统根轨迹的分析4.2.6实验六自动控制系统的频域分析4.2.7实验七控制系统的校正及设计4.2.8实验八PID控制器参数整定4.2.9实验九非线性系统的稳定性分析4.3现代控制理论的MATLAB实验4.3.1实验一状态空间模型的建立及相互转换4.3.2实验二系统的可控性、可观测性判定4.3.3实验三状态空间系统的时域、频域和稳定性分析4.3.4实验四状态空间的极点配置4.3.5实验五状态观测器的设计4.3.6实验六线性二次型最优控制器的设计第5章MATLAB虚拟实验案例5.1倒立摆控制虚拟实验案例5.1.1小车倒立摆系统模型及设计要求5.1.2MATLAB仿真分析5.2最优控制与演化博弈虚拟仿真实验案例5.2.1演化博弈模型的构建5.2.2MATLAB仿真分析参考文献
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MATLAB语言是广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言，全球范围用户达到数千万人。随着MATLAB软件版本更新，不断涌现各工程领域建模、仿真和应用的新亮点。为此，本书跟踪和介绍MATLAB R2022a软件控制工具箱新功能，并应用于经典控制理论、现代控制理论虚拟仿真实验。随着控制系统的复杂度日益提升，以及虚拟现实技术、物联网技术和元宇宙技术等的快速发展，工业自动控制领域的实验模式正进入高度可视化的虚拟实验阶段。如果自动化仿真实验室仍然停留在早期的数学模型的MATLAB数值仿真阶段，或者与Simulink可视化仿真并存的阶段，那么已经脱离了技术应用现状。为此，本书顺应技术发展趋势，介绍了虚拟实验的基本原理和案例，为实验技术的发展提供技术借鉴。本书以MATLAB R2022a为平台，遵循理论和实际相结合的原则，以系统控制理论发展为主线，由浅入深地介绍MATLAB的基础知识及其在经典控制、现代控制系统中的应用；在实验设计和编程实现方面，涵盖了控制工程的主要知识单元，实验内容遵循循序渐进的原则，由简到难；全书结构清晰，内容翔实，并附有完备的MATLAB源程序代码，便于教学人员演示、学生课后练习和工程师二次开发。本书由同济大学电子与信息工程学院的李翠玲、张浩、陆剑峰和蔚来汽车有限公司的技术专家宋登编著。全书共5章：第1章介绍了MATLAB R2022a仿真软件在工业自动控制领域的功能亮点、基础知识、编程基础、矩阵运算、灵活绘图、Simulink图形化建模与仿真；第2章由浅入深地阐述了经典控制理论中的数学建模、时域分析、根轨迹分析、频域分析、系统校正与设计和非线性控制系统分析等关键理论与MATLAB仿真；第3章循序渐进地论述了现代控制理论中的状态空间模型、系统可控性、可观测性判定、稳定性分析、状态反馈极点配置、状态观测器设计、优化控制等基本理论和MATLAB求解方法；第4章面向自动化专业实验要求，详细阐述了基于MATLAB软件的控制工程虚拟实验设计与编程；第5章面向控制工程领域实际，系统介绍了小车倒立摆稳定性控制和最优控制与演化博弈实验案例。本书可供自控工程技术人员学习与实践，并希望能为工业自动控制领域自动化专业、智能控制专业、机电工程专业、机械工程专业和智能制造等相关专业的高校学生、科研人员及企业技术骨干、生产管理技术人员，提供理论、方法和技术工具参考。本书的出版得到了自然科学基金面上项目“信息不对称下云制造服务供需匹配机制与优化策略”（项目编号72171173）和“公共场所交叉通道的人群汇流动力学建模与稳定性分析”（项目编号72074170）资助。在本书的编写过程中，得到美国MathWorks公司、机械工业出版社等相关单位的大力支持，在此一并表示感谢。由于作者水平有限，书中难免存在不足、瑕疵甚至片面之处，恳请广大读者不吝指教。作者
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