本書系統(tǒng)介紹了MATLAB R2022a仿真軟件在自動控制領域的功能亮點和MATLAB編程基礎，由淺入深地介紹了基于Simulink模塊編程的仿真系統(tǒng)搭建與分析方法。本書第1章介紹了MATLAB基礎知識;第2章闡述了經(jīng)典控制理論中的數(shù)學建模、時域分析、根軌跡分析、頻域分析、系統(tǒng)校正與設計和非線性控制系統(tǒng)分析等關鍵理論與MATLAB仿真;第3章論述了現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間模型、系統(tǒng)可控性、可觀測性判定、穩(wěn)定性分析、狀態(tài)反饋極點配置、狀態(tài)觀測器設計、優(yōu)化控制等基本理論和MATLAB求解方法;第4章按照自動控制原理知識體系給出了21個實驗項目，既有MATLAB基礎實驗，又有自動控制原理MATLAB和Simulink實驗;第5章系統(tǒng)介紹了小車倒立擺系統(tǒng)穩(wěn)定性控制和最優(yōu)控制與演化博弈實驗案例。本書著重介紹了MATLAB函數(shù)命令格式和使用方法，并通過大量實例進行詳細分析與說明，便于讀者自學和上機實驗，可滿足相關專業(yè)不同層次的學習與實踐要求。
本書可供自控工程技術人員學習與實踐，也可作為高等院�？刂评碚撜n程的實驗教材和參考用書。
MATLAB語言是廣泛應用于工程計算及數(shù)值分析領域的新型高級語言，全球范圍用戶達到數(shù)千萬人。隨著MATLAB軟件版本更新，不斷涌現(xiàn)各工程領域建模、仿真和應用的新亮點。為此，本書跟蹤和介紹MATLAB R2022a軟件控制工具箱新功能，并應用于經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論虛擬仿真實驗。
隨著控制系統(tǒng)的復雜度日益提升，以及虛擬現(xiàn)實技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和元宇宙技術等的快速發(fā)展，工業(yè)自動控制領域的實驗模式正進入高度可視化的虛擬實驗階段。如果自動化仿真實驗室仍然停留在早期的數(shù)學模型的MATLAB數(shù)值仿真階段，或者與Simulink可視化仿真并存的階段，那么已經(jīng)脫離了技術應用現(xiàn)狀。為此，本書順應技術發(fā)展趨勢，介紹了虛擬實驗的基本原理和案例，為實驗技術的發(fā)展提供技術借鑒。
本書以MATLAB R2022a為平臺，遵循理論和實際相結合的原則，以系統(tǒng)控制理論發(fā)展為主線，由淺入深地介紹MATLAB的基礎知識及其在經(jīng)典控制、現(xiàn)代控制系統(tǒng)中的應用；在實驗設計和編程實現(xiàn)方面，涵蓋了控制工程的主要知識單元，實驗內(nèi)容遵循循序漸進的原則，由簡到難；全書結構清晰，內(nèi)容翔實，并附有完備的MATLAB源程序代碼，便于教學人員演示、學生課后練習和工程師二次開發(fā)。
本書由同濟大學電子與信息工程學院的李翠玲、張浩、陸劍峰和蔚來汽車有限公司的技術專家宋登編著。全書共5章：第1章介紹了MATLAB R2022a仿真軟件在工業(yè)自動控制領域的功能亮點、基礎知識、編程基礎、矩陣運算、靈活繪圖、Simulink圖形化建模與仿真；第2章由淺入深地闡述了經(jīng)典控制理論中的數(shù)學建模、時域分析、根軌跡分析、頻域分析、系統(tǒng)校正與設計和非線性控制系統(tǒng)分析等關鍵理論與MATLAB仿真；第3章循序漸進地論述了現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間模型、系統(tǒng)可控性、可觀測性判定、穩(wěn)定性分析、狀態(tài)反饋極點配置、狀態(tài)觀測器設計、優(yōu)化控制等基本理論和MATLAB求解方法；第4章面向自動化專業(yè)實驗要求，詳細闡述了基于MATLAB軟件的控制工程虛擬實驗設計與編程；第5章面向控制工程領域?qū)嶋H，系統(tǒng)介紹了小車倒立擺穩(wěn)定性控制和最優(yōu)控制與演化博弈實驗案例。
本書可供自控工程技術人員學習與實踐，并希望能為工業(yè)自動控制領域自動化專業(yè)、智能控制專業(yè)、機電工程專業(yè)、機械工程專業(yè)和智能制造等相關專業(yè)的高校學生、科研人員及企業(yè)技術骨干、生產(chǎn)管理技術人員，提供理論、方法和技術工具參考。
本書的出版得到了自然科學基金面上項目“信息不對稱下云制造服務供需匹配機制與優(yōu)化策略”（項目編號72171173）和“公共場所交叉通道的人群匯流動力學建模與穩(wěn)定性分析”（項目編號72074170）資助。在本書的編寫過程中，得到美國MathWorks公司、機械工業(yè)出版社等相關單位的大力支持，在此一并表示感謝。
由于作者水平有限，書中難免存在不足、瑕疵甚至片面之處，懇請廣大讀者不吝指教。
作者
目錄
前言
第1章MATLAB仿真基礎簡介
1.1MATLAB R2022a仿真軟件簡介
1.1.1MATLAB軟件
1.1.2MATLAB特點
1.1.3MATLAB R2022a集成開發(fā)環(huán)境
1.1.4MATLAB R2022a功能亮點
1.1.5控制系統(tǒng)工具箱功能亮點
1.2MATLAB基礎知識
1.2.1變量與語句
1.2.2變量操作
1.2.3文件類型
1.3MATLAB編程基礎
1.3.1編程環(huán)境
1.3.2編程原則
1.3.3程序流程控制語句
1.4MATLAB矩陣及其運算
1.4.1矩陣輸入
1.4.2矩陣運算
1.5MATLAB繪圖功能
1.5.1二維繪圖
1.5.2三維繪圖
1.6Simulink動態(tài)仿真集成環(huán)境
1.6.1Simulink簡介
1.6.2Simulink功能模塊
1.6.3Simulink基本操作
1.6.4Simulink仿真實例
第2章經(jīng)典控制理論MATLAB分析
2.1經(jīng)典控制系統(tǒng)數(shù)學模型
2.1.1數(shù)學模型的MATLAB指令
2.1.2模型間的相互轉換
2.1.3控制系統(tǒng)的典型連接
2.2系統(tǒng)時域分析
2.2.1時域分析的常用命令
2.2.2線性時不變系統(tǒng)瀏覽器工具
2.3系統(tǒng)根軌跡分析
2.3.1根軌跡分析常用命令
2.3.2系統(tǒng)的穩(wěn)定性
2.3.3系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差
2.4系統(tǒng)頻域分析
2.4.1頻域分析的常用命令
2.4.2系統(tǒng)設計工具
2.5系統(tǒng)校正與設計
2.5.1超前校正
2.5.2滯后校正
2.6非線性控制系統(tǒng)分析
第3章現(xiàn)代控制理論MATLAB分析
3.1狀態(tài)空間模型
3.1.1建立數(shù)學模型的MATLAB指令
3.1.2狀態(tài)空間模型的轉換
3.1.3狀態(tài)空間模型的系統(tǒng)連接及化簡
3.2系統(tǒng)的可控性、可觀測性判定
3.3狀態(tài)空間的穩(wěn)定性分析
3.4狀態(tài)反饋的極點配置方法
3.5狀態(tài)觀測器的設計
3.5.1全維觀測器
3.5.2降維觀測器
3.6線性二次型最優(yōu)控制器的設計
3.7虛擬實驗的基本理論與發(fā)展
3.7.1虛擬實驗的由來
3.7.2虛擬實驗的發(fā)展
第4章基于MATLAB的虛擬仿真實驗
4.1MATLAB基礎實驗
4.1.1實驗一MATLAB基本操作與算術運算
4.1.2實驗二MATLAB矩陣運算
4.1.3實驗三MATLAB程序設計
4.1.4實驗四MATLAB圖形設計
4.1.5實驗五MATLAB圖形用戶界面（GUI）制作
4.1.6實驗六數(shù)據(jù)處理與多項式計算
4.2經(jīng)典控制理論的MATLAB實驗
4.2.1實驗一典型環(huán)節(jié)的性能分析
4.2.2實驗二二階系統(tǒng)的性能分析
4.2.3實驗三控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
4.2.4實驗四控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析
4.2.5實驗五控制系統(tǒng)根軌跡的分析
4.2.6實驗六自動控制系統(tǒng)的頻域分析
4.2.7實驗七控制系統(tǒng)的校正及設計
4.2.8實驗八PID控制器參數(shù)整定
4.2.9實驗九非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析
4.3現(xiàn)代控制理論的MATLAB實驗
4.3.1實驗一狀態(tài)空間模型的建立及相互轉換
4.3.2實驗二系統(tǒng)的可控性、可觀測性判定
4.3.3實驗三狀態(tài)空間系統(tǒng)的時域、頻域和穩(wěn)定性分析
4.3.4實驗四狀態(tài)空間的極點配置
4.3.5實驗五狀態(tài)觀測器的設計
4.3.6實驗六線性二次型最優(yōu)控制器的設計
第5章MATLAB虛擬實驗案例
5.1倒立擺控制虛擬實驗案例
5.1.1小車倒立擺系統(tǒng)模型及設計要求
5.1.2MATLAB仿真分析
5.2最優(yōu)控制與演化博弈虛擬仿真實驗案例
5.2.1演化博弈模型的構建
5.2.2MATLAB仿真分析
參考文獻
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