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第1章MATLAB基础知识 1

1.1MATLAB软件入门 1

1.1.1 MATLAB软件的特点 1

1.1.2 最新版MATLAB的新特点 1

1.1.3 MATLAB的系统结构 3

1.1.4 MATLAB的安装 3

1.1.5 MATLAB的启动 7

1.1.6 MATLAB的开发环境配置 7

1.1.7 MATLAB软件桌面 7

1.1.8 Help帮助系统 14

1.2 MATLAB的程序设计 15

1.2.1 MATLAB的变量与数组 15

1.2.2 MATLAB的运算符 25

1.2.3 MATLAB的流程控制 29

1.2.4 M文件 33

1.2.5 文件I/O函数 36

1.3MATLAB图形图像处理 44

1.3.1二维图形的绘制 44

1.3.2三维曲线作图 59

1.3.3图形用户界面 62

1.3.4MATLAB数字图像处理 65

1.4MATLAB应用——傅里叶变换 69

1.4.1离散傅里叶变换 70

1.4.2博里叶变换 72

1.5习题 75

1.6上机实验 76

实验 熟悉MATLAB语言 76

第2章MATLAB与外部程序的接口 80

2.1常见的MATLAB混合编程方法 80

2.1.1用MATLAB自带的MATLAB Compiler 80

2.1.2利用MATLAB引擎 81

2.1.3利用ActiveX控件 81

2.1.4利用MAT 文件 81

2.1.5利用MEX 文件 82

2.1.6利用Mideva 83

2.1.7利用Matrix实现混合编程 83

2.1.8MATLABCOMBuilder 84

2.1.9MATLAB和Excel混合编程 84

2.2Visual C++与MATLAB接口编程方法与实现 84

2.2.1 Visual C++与MATLAB接口方法 85

2.2.2 MATLAB编译器 86

2.2.3 COM组件 86

2.2.4 Visual C++与MATLAB混合编程实例 87

2.3MATLAB与 C语言程序的应用编程接口 90

2.3.1C语言的MEX文件的结构 90

2.3.2使用C语言中的MEX文件 90

2.3.3C语言实现MATLAB中M文件的方法 91

2.3.4C语言与MATLAB的编程实例 95

2.4Visual Basic与MATLAB混合编程 96

2.4.1基础知识 96

2.4.2基本思路及实现方法 98

2.4.3将MATLAB函数转换为Visual Basic可用的DLL 99

2.5MATLAB 与Delphi的接口 101

2.5.1采用数据中转方式实现Delphi与MATLAB交流 101

2.5.2基于DDE技术的动态数据交换 103

2.5.3创建ActiveX对象实现数据交流 105

2.5.4利用动态链接库技术进行数据交流 106

2.5.5利用Mideva编译脱离MATLAB环境的动态链接库 109

2.6C++Builder与MATLAB混合编程 109

2.6.1 DLL的使用 110

2.6.2 开发平台Mediva的使用 111

2.7在Word环境下使用MATLAB 113

2.7.1安装MATLAB Notebook 113

2.7.2Notebook的使用指令 114

2.8LabVIEW与MATLAB混合编程 116

2.9在MATLAB环境下实现对硬件资源的访问 117

2.9.1 Windows环境下对硬件资源的访问 118

2.9.2 MATLAB环境下 MEX程序的设计 118

2.9.3 MATLAB环境下和MEX程序中的数据格式处理 119

2.10基于MATLAB的DSP调试方法 121

2.10.1 MATLAB辅助DSP设计的方法 121

2.10.2 CCSLink的实现方式及工作原理 122

2.10.3 基于MATLAB的DSP调试方法 123

2.11基于MATLAB的实时数据采集与分析 126

2.11.1数据采集 126

2.11.2数据采集工具箱介绍 126

2.11.3数据采集过程 127

2.11.4MATLAB的音频信号处理工具 129

2.12MATLAB与外部程序的应用——基于Visual C++与MATLAB的混合编程实现图像的三维显示 130

2.12.1 MATLAB Add-in实现MATLAB与Visual C++的混合编程 130

2.12.2 三维显示程序的创建 131

2.12.3在主程序完成对三维显示程序的调用 132

2.13习题 132

2.14上机实验 136

实验MATLAB与Visual C++混合编程 136

第3章Simulink仿真 139

3.1Simulink入门 139

3.1.1 Simulink的启动和退出 140

3.1.2 Simulink窗口介绍 140

3.1.3 Simulink的常用模块库 140

3.2 Simulink模型的创建 144

3.2.1 Simulink模块参数属性设置 144

3.2.2 Simulink模块的查找、选定与移动 144

3.2.3 Simulink模块的复制与删除 145

3.2.4 Simulink模块几何属性的调整 145

3.2.5创建新的Simulink模块 146

3.2.6创建Simulink模块的连接 146

3.3子系统 147

3.3.1 子系统的创建 148

3.3.2 子系统的封装 148

3.3.3条件子系统 149

3.3.4 Simulink仿真运行 150

3.3.5 Simulink调试 152

3.4定制函数库和S函数 153

3.4.1函数库的定制 153

3.4.2 S-Function的建立 153

3.5 Simulink命令集 154

3.6 Simulink仿真实例 156

3.7同步电动机的Simulink仿真 159

3.7.1同步电动机基本原理 160

3.7.2仿真系统的总体设计 162

3.7.3仿真系统的详细设计 164

3.7.4系统仿真运行 167

3.8习题 168

3.9上机实验 169

实验 熟悉GUI与Simulink 169

第4章 经典控制理论设计与仿真 175

4.1自动控制系统的基本概念 175

4.1.1开环控制和闭环控制 175

4.1.2闭环控制系统的组成和基本环节 177

4.1.3 自动控制系统的分类 178

4.1.4自动控制系统的性能指标 179

4.2自动控制系统的数学模型 181

4.2.1系统的微分方程 181

4.2.2控制系统的传递函数 182

4.2.3系统的动态框图 182

4.3系统数学模型的处理 184

4.3.1 多项式求根 184

4.3.2 传递函数 184

4.3.3零极点模型 185

4.3.4框图 186

4.4系统的瞬态响应分析 187

4.4.1单位脉冲响应 187

4.4.2单位阶跃响应 188

4.4.3单位斜坡响应 188

4.4.4任意已知函数作用下系统的响应 189

4.5根轨迹的绘制 190

4.6系统的频域分析 191

4.6.1波特图法 191

4.6.2增益和相位裕度 193

4.6.3奈奎斯特法 194

4.7经典控制理论设计与仿真应用——控制系统的校正 196

4.7.1相位超前校正 196

4.7.2相位滞后校正 198

4.8习题 200

4.9上机实验 200

实验 经典控制系统分析 200

第5章 线性系统理论设计与仿真 203

5.1离散控制系统 203

5.1.1连续系统的离散化 203

5.1.2求离散系统的响应 204

5.2状态空间模型 206

5.3李雅普诺夫稳定性 213

5.4线性系统的状态空间分析 214

5.4.1能控性分析 216

5.4.2能观性分析 218

5.5基于状态空间模型的控制器设计方法 220

5.5.1状态空间表达式的若干基本概念以及状态方程的解 220

5.5.2状态反馈极点配置控制器设计 222

5.5.3状态观测器设计 224

5.5.4基于状态观测器状态反馈控制系统 226

5.6倒立摆控制系统 228

5.7习题 234

5.8上机实验 238

实验 状态空间极点配置控制 238

第6章PID控制与仿真 248

6.1 PID控制原理 248

6.2 PID控制器设计 248

6.2.1 PID控制器的传递函数 249

6.2.2 PID控制器各参数对控制性能的影响 249

6.2.3使用Ziegler-Nichols经验整定公式进行PID控制器设计 250

6.3数字PID控制 252

6.3.1位置型PID控制算法 252

6.3.2连续系统的数字PID控制 254

6.3.3离散系统的数字PID控制 254

6.3.4增量型PID控制算法 256

6.3.5积分分离PID控制算法 258

6.3.6抗积分饱和PID控制算法 259

6.3.7梯形积分PID控制算法 261

6.3.8变速积分PID控制算法 261

6.3.9不完全微分PID控制算法 263

6.3.10综合实例 264

6.4最少拍控制系统仿真 266

6.5纯滞后系统数字控制器的设计 268

6.6 PID控制算法的应用 270

6.7习题 275

6.8上机实验 277

实验 数字PID控制 277

第7章 最优控制及仿真 279

7.1概述 279

7.2静态优化——函数的极值问题 287

7.2.1无约束条件的函数极值问题 287

7.2.2有约束条件的函数极值问题 290

7.3用变分法解最优控制——泛函极值问题 291

7.3.1变分法基础 291

7.3.2无约束条件的泛函极值问题 292

7.3.3有约束条件的泛函极值——动态系统的最优控制问题 294

7.4极小值原理及其应用 297

7.4.1连续系统的极小值原理 298

7.4.2最短时间控制问题 302

7.4.3最少燃料控制问题 302

7.5线性系统二次型指标的最优控制——线性二次型问题 302

7.5.1线性二次型问题的提法 303

7.5.2终端时间有限时连续系统的状态调节器问题 304

7.5.3稳态时连续系统的状态调节器问题 306

7.6最优控制的工具箱函数 307

7.7用MATLAB解线性二次型最优控制 312

7.8用MATLAB解最优控制问题 323

7.8.1机械臂最优路径规划 323

7.8.2倒立摆系统的数字最优控制器 327

7.8.3不含积分环节的伺服系统设计 331

7.9习题 333

7.10上机实验 334

实验 单级倒立摆稳定控制 334

第8章 智能控制仿真研究 340

8.1神经网络控制 340

8.1.1BP神经网络 340

8.1.2RBF神经网络 342

8.1.3神经网络控制理论 343

8.1.4神经网络控制设计 346

8.2模糊控制 349

8.2.1模糊控制的概念及产生 349

8.2.2模糊控制规则 350

8.2.3模糊控制方法及仿真 352

8.3滑模控制 358

8.3.1滑模控制的基本概念 358

8.3.2滑模控制的应用 359

8.3.3滑模控制的方法 361

8.4小波分析与小波变换 362

8.4.1基础知识 363

8.4.2 MATLAB中的小波分析工具箱 364

8.4.3 MATLAB小波分析工具箱中对象的应用 368

8.5系统辨识及仿真 373

8.5.1基础知识 373

8.5.2辨识三要素 375

8.5.3参数估计的批量法 385

8.5.4辨识原理 392

8.6鲁棒控制 396

8.6.1系统不确定性 397

8.6.2 Kharitonov定理 398

8.6.3 H∞控制理论 399

8.6.4 H∞控制在MATLAB上的应用 401

8.7习题 405

8.8上机实验 412

实验 基于神经网络的双容水箱自适应PID控制实验 412

参考文献 417