本書以自動控制原理的核心內容為背景，由淺入深介紹基于MATLAB語言編程和基于Simulink模塊編程的仿真實驗與分析方法。第2～8章介紹MATLAB語言編程與分析方法；第9章介紹Simulink建模與分析方法。內容包括控制理論的基本仿真與分析方法和工程意義下的應用仿真分析方法�；痉抡婵勺鳛榭刂评碚撜n程實踐的基本內容。應用仿真可作為控制理論的擴展部分及工程應用參考，為后續專業學習打下基礎。本書注重介紹MATLAB函數命令格式、具體功能、一般特點、內在聯系和使用方法與技巧，并通過大量實例進行詳細解讀、過程分析與歸納說明，以便于讀者自學和上機實驗。每章附有習題和實驗練習，可滿足相關專業不同層次的教學與實踐需求。
前言
隨著科學技術應用的綜合性、復雜性和廣泛性的不斷提升，控制理論及其相關技術應用的研究成本與實施風險也越來越高。在教學方面，也要求教學實驗設施能與時俱進、不斷更新，以確保教學實踐水平能緊跟時代不斷提高。在實驗設施更新成本高、投入周期長，但使用周期短的情況下，借助計算機進行輔助研究與虛擬實驗的方法來降低成本、減小風險、提高效率，已成為當今教學、科研與工程應用中普遍采用的預研方法之一。在眾多的計算機仿真軟件中，MATLAB集數學計算、圖形繪制及系統仿真于一體，涉及領域廣、運算功能強，已成為教學、學術與工程界公認和廣泛采用的仿真軟件之一。目前，許多涉及數學計算與建模分析和工程應用的教材中，正在不斷引入基于MATLAB應用的仿真內容。
MATLAB屬于高級語言，可分為語句編程和模塊（或結構）編程。前者屬于數學運算類編程，基礎性強、涉及面廣、應用靈活；后者屬于專業應用類編程，專業性強、建模直觀、效率高。兩者都可以達到同樣的目的，只是在編程路線和表現形式上不同。在語句編程中，語言格式可以分為一般性函數命令格式（常用數學函數語言）和專業函數命令格式（專業性函數語言）。模塊編程是由模塊選擇、模塊參數設置及模塊間信號連接3個主要部分組成的，相對獨立地集成在MATLAB軟件中的名為Simulink的環境中，所以模塊編程通常稱為Simulink仿真。模塊編程后的仿真結果可以作為數據源提供給語句編程和仿真時使用。
由于MATLAB的特點，如果只是將MATLAB簡單地引入教學，會造成專業內容的邏輯性與MATLAB語言的功能性之間的矛盾。如自動控制理論包括經典控制理論和現代控制理論，所涉及的系統又分為連續系統和離散系統。而許多MATLAB函數命令不僅適用于經典控制也適用于現代控制，不僅適合連續系統也適合離散系統，其差異只是在于函數命令格式中的參數設置上。另外，不同理論的分析方法之間還存在著相互聯系（如經典與現代，連續與離散之間的模型轉換與響應）。所以在初學時容易產生概念理解與使用方法上的混淆。多年的教學實踐表明，MATLAB的學習必須立足于圍繞課程內容，實行漸進式學習和實踐來掌握MATALB，才能學以致用，取得良好效果。
本書編寫的主要特點體現在：以自動控制原理的教學內容為主線，按照教學章節由淺入深地介紹MATLAB的基本仿真方法和使用技巧；以表格方式注重介紹函數命令格式的一般性和特定功能性；在給出與知識點相關聯的MATLAB函數命令格式及其功能說明的基礎上，以例題及其多種實現方法來闡述函數命令格式的具體使用方法與技巧；全書力求既體現專業教學內容的邏輯性，又體現MATLAB輔助應用的靈活性，既強調函數命令的通用性，更注重函數命令格式的具體化和實用性。書中第2～8章主要介紹基于MATLAB的自控系統仿真模型搭建與分析方法，并通過仿真實例加以詳細說明；第9章與前幾章相對應，簡要介紹Simulink模塊編程、仿真實驗與分析的基本方法，以利于對兩種編程方法的對應理解和靈活掌握。全書內容體現由淺入深、先易后難的漸進式講解方法。其中的基本仿真方法可作為與控制理論課程配套的實驗內容，復雜仿真方法可作為控制理論工程應用的擴展部分。每章后附有對應的習題和實驗練習，以適應相關專業和不同層次的教學需求。
本書第1～8章由劉超執筆完成并負責全書的編輯，第9章由高雙執筆完成并負責全書的校對。在稿件整理上得到孫銀魁、郭策、程闊、王瑞東、京晉東、劉嘯、郭子陽、任超、張瑞津的幫助，在此一并表示感謝！
由于作者水平有限，在編寫過程中難免存在疏漏之處，誠請專家學者和廣大讀者給予批評指正。
前言
第1章 MATLAB仿真簡介
1.1 MATLAB軟件及其自動控制原理仿真
1.2 基于MATLAB的編程
1.2.1 基于MATLAB的語言編程
1.2.2 基于MATLAB的Simulink模塊編程
第2章 線性連續系統模型的生成、轉換與簡化
2.1 連續系統模型的生成
2.1.1 生成模型的常用函數命令
2.1.2 有理多項式分式傳遞函數模型的建立
2.1.3 零極點傳遞函數模型的建立
2.1.4 二階系統模型
2.1.5 其他模型的生成
2.2 系統模型的轉換
2.2.1 常用模型轉換的函數命令
2.2.2 多項式傳遞函數模型與零極點增益模型之間的轉換
2.3 模型的變換與簡化
2.3.1 簡單模型結構的變換與簡化
2.3.2 復雜模型結構的變換與簡化
2.4 習題與實驗
2.4.1 習題
2.4.2 實驗
第3章 線性系統的時域分析
3.1 時域分析的拉普拉斯變換法
3.1.1 連續時間函數的拉普拉斯變換
3.1.2 時域函數的拉氏反變換法
3.1.3 時域函數的部分分式展開法
3.2 時域分析的函數命令
3.3 習題與實驗
3.3.1 習題
3.3.2 實驗
第4章 線性系統的根軌跡分析
4.1 根軌跡分析的基本思想
4.2 根軌跡分析的函數命令
4.3 根軌跡分析法
4.4 增加零、極點對系統性能的影響
4.4.1 增加零點的影響
4.4.2 增加極點的影響
4.5 根軌跡法設計系統
4.6 由開環根軌跡判斷閉環系統的穩定性
4.7 習題與實驗
4.7.1 習題
4.7.2 實驗
第5章 頻率特性分析
5.1 頻域分析的函數命令
5.2 頻率特性繪制
5.2.1 Nyquist曲線和Bode圖
5.2.2 閉環頻率特性的Nichols（尼科爾斯）圖
5.3 頻率特性分析
5.3.1 穩定性分析
5.3.2 系統性能指標的估算
5.3.3 系統的頻域設計
5.4 習題與實驗
5.4.1 習題
5.4.2 實驗
第6章 線性系統的校正
6.1 線性系統校正概述
6.2 串聯校正
6.2.1 串聯超前校正
6.2.2 串聯滯后校正
6.2.3 串聯滯后-超前校正
6.3 并聯校正
6.3.1 并聯校正的一般方法
6.3.2 綜合法反饋校正
6.4 前饋校正
6.5 復合校正
6.6 線性連續系統的PID校正
6.6.1 PID校正的一般結構及其物理實現
6.6.2 PID控制器的作用
6.6.3 PID控制器的工程最優設計
6.6.4 PID參數整定方法
6.7 習題與實驗
6.7.1 習題
6.7.2 實驗
第7章 離散系統分析與設計
7.1 離散系統建模
7.1.1 離散系統的模型表示
7.1.2 離散系統傳遞函數模型的建立
7.2 離散系統模型的轉換
7.2.1 利用專用函數命令轉換
7.2.2 利用Z變換實現離散序列模型轉換
7.3 離散系統分析
7.3.1 離散系統響應
7.3.2 離散系統穩定性判斷
7.3.3 采樣周期與開環增益對穩定性的影響
7.3.4 采樣器和采樣保持器對動態性能的影響
7.4 離散系統設計
7.4.1 離散系統的一般設計方法
7.4.2 離散系統的PID設計方法
7.4.3 數字控制器的實現
7.5 習題與實驗
7.5.1 習題
7.5.2 實驗
第8章 線性系統狀態空間分析
8.1 狀態空間模型的建立與轉換
8.1.1 狀態空間模型的生成
8.1.2 狀態空間模型的轉換與化簡
8.2 狀態模型的可控性、可觀性及規范性
8.3 狀態模型的連接
8.4 狀態空間系統的動態分析
8.4.1 狀態空間系統的時域分析
8.4.2 狀態空間系統的頻域分析
8.5 狀態空間系統設計
8.5.1 狀態反饋與極點配置設計
8.5.2 輸出反饋與極點配置設計
8.5.3 狀態觀測器設計
8.5.4 降維狀態觀測器及狀態反饋設計
8.6 線性二次型最優控制器設計
8.7 狀態空間系統的穩定性分析
8.8 習題與實驗
8.8.1 習題
8.8.2 實驗
第9章 基于Simulink的系統建模與仿真分析
9.1 Simulink的基本操作
9.1.1 Simulink的啟動及模塊庫的打開
9.1.2 Simulink模型編輯窗口的啟動
9.1.3 Simulink仿真模型的編輯與保存
9.1.4 系統仿真運行
9.2 Simulink模塊庫及其分類
9.2.1 輸入模塊
9.2.2 輸出模塊
9.2.3 功能運算模塊
9.3 基于Simulink的時域特性分析
9.3.1 一階系統的時間響應
9.3.2 二階系統的時間響應
9.3.3 高階系統的時間響應
9.3.4 穩定性與穩態誤差
9.3.5 Simulink在時域分析中的綜合應用
9.4 PID控制器設計
9.4.1 比例（P）控制
9.4.2 比例積分（PI）控制
9.4.3 比例微分（PD）控制
9.4.4 比例積分微分（PID）控制
9.4.5 PID控制器參數的整定
9.5 離散系統的Simulink建模與分析
9.5.1 離散系統的Simulink建模方法
9.5.2 離散系統的Simulink分析
9.6 狀態空間的Simulink建模與分析
9.6.1 狀態空間的Simulink建模方法
9.6.2 狀態空間的Simulink分析
9.7 習題與實驗
9.7.1 習題
9.7.2 實驗
參考文獻
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