计算机仿真技术与CAD――基于MATLAB的控制系统（第5版）

　　《计算机仿真技术与CAD――基于MATLAB的控制系统（第5版）》为普通高等教育“十一五”和“十二五”国家级规划教材。
　　《计算机仿真技术与CAD――基于MATLAB的控制系统（第5版）》全面论述控制系统计算机仿真的基本概念和原理，系统介绍当前国际控制界流行的面向工程与科学计算的高级语言MATLAB及其动态仿真集成环境Simulink，并以MATLAB/Simulink为平台，详细阐述控制系统的数学模型及其转换、连续系统和离散系统的仿真方法、控制系统的计算机辅助分析与设计；特别介绍基于图形界面的MATLAB工具箱的线性和非线性控制系统设计方法。
　　《计算机仿真技术与CAD――基于MATLAB的控制系统（第5版）》取材先进实用，讲解深入浅出，各章均有大量的例题，并提供了相应的仿真程序，便于读者掌握和巩固所学知识。
　　《计算机仿真技术与CAD――基于MATLAB的控制系统（第5版）》可作为高等院校自动化及其他控制类各专业本科生和研究生教材，也可作为自动控制及相关专业技术人员的参考用书。

　　李国勇，男，山西闻喜，1963年生，工学博士，山西省教学名师，太原理工大学教授。主编出版高等学校规划教材和专著等30部，其中8部入选普通高等教育“十一五”或“十二五”国家级规划教材，2部获全国电子信息类优秀教材，2部入选全国高校电气类专业精品教材，且《现代控制理论》被评为国家精品教材。主讲《自动控制理论》《计算机仿真技术》《过程控制系统》《最优控制理论》和《智能控制及其MATLAB实现》等课程，其中《自动控制理论》2009年被评为山西省精品课程，2013年被评为山西雀精品资源共享课，2020年被认定为山西省精品共享课程；《计算机仿真技术》2019年被认定为山西省精品共享课程；《过程控制系统》2021年被认定为山西省精品共享课程。作为负责人获山西省教学成果特等奖2次、一等奖2次。

第0章 绪论
0．1 仿真技术简介
0．2 计算机仿真技术的发展概况
0．3 计算机仿真技术的应用
0．4 控制系统计算机辅助设计的主要内容及其应用
0．5 基于MATLAB的控制系统仿真的现状
习题

第1章 仿真软件——MATLAB
1．1 MATLAB的功能特点
1．1．1 语言简介
1．1．2 操作界面
1．2 MATLAB的基本操作
1．2．1 语言结构
1．2．2 窗口命令的执行及回调
1．2．3 窗口变量的处理
1．2．4 窗口命令的属性
1．2．5 数值结果显示格式
1．2．6 基本输入输出函数
1．2．7 外部程序调用
1．3 MATLAB的程序设计
1．3．1 磁盘文件
1．3．2 控制语句
1．4 MATLAB的图形处理
1．4．1 二维图形
1．4．2 三维图形
1．4．3 四维图形
1．4．4 图像与动画
1．5 MATLAB的数值运算
1．5．1 矩阵运算
1．5．2 向量运算
1．5．3 关系和逻辑运算
1．5．4 多项式运算
1．6 MATLAB的符号运算
1．6．1 符号表达式的生成
1．6．2 符号表达式的基本运算
1．6．3 符号表达式的微积分
1．6．4 符号表达式的积分变换
1．6．5 符号表达式的求解
1．7 MATLAB的矩阵处理
1．7．1 矩阵行列式
1．7．2 矩阵的特殊值
1．7．3 矩阵的三角分解
1．7．4 矩阵的奇异值分解
1．7．5 矩阵的范数
1．7．6 矩阵的特征值与特征向量
1．7．7 矩阵的特征多项式、特征方程和特征根
1．8 MATLAB的数据处理
1．8．1 数据插值
1．8．2 曲线拟合
1．8．3 数据分析
1．9 MATLAB的方程求解
1．9．1 代数方程求解
1．9．2 微分方程求解
1．10 MATLAB的函数运算
1．10．1 函数极值
1．10．2 函数积分
1．11 MATLAB的文件处理
1．11．1 处理二进制文件
1．11．2 处理文本文件
1．12 MATLAB的图形界面
1．12．1 启动GUI Builder
1．12．2 对象设计编辑器
1．13 MATLAB编译器
1．13．1 创建MEX文件
1．13．2 创建EXE文件
小结
习题

第2章 控制系统的数学模型及其转换
2．1 线性系统数学模型的基本描述方法
2．2 系统数学模型间的相互转换
2．3 系统模型的连接
2．4 典型系统的生成
2．5 系统的离散化和连续化
2．6 系统的特性值
本章小结
习题

第3章 连续系统的数字仿真
3．1 数值积分法
3．2 面向系统传递函数的仿真
3．3 面向系统结构图的仿真
3．4 连续系统的快速仿真
本章小结
习题

第4章 连续系统按环节离散化的数字仿真
4．1 连续系统的离散化
4．2 典型环节的离散系数及其差分方程
4．3 非线性系统的数字仿真方法
4．4 连续系统按环节离散化的数字仿真程序
本章小结
习题

第5章 采样控制系统的数字仿真
5．1 采样控制系统
5．2 模拟调节器的数字化仿真方法
5．3 采样控制系统的数字仿真程序
5．4 关于纯滞后环节的数字仿真
本章小结
习题

第6章 动态仿真集成环境——Simulink
6．1 Simulink简介
6．1．1 Simulink的启动
6．1．2 Simulink库浏览窗口的功能菜单
6．1．3 仿真模块集
6．2 模型的构造
6．2．1 模型编辑窗口
6．2．2 对象的选定
6．2．3 模块的操作
6．2．4 模块间的连线
6．2．5 模型的保存
6．2．6 模块名字的处理
6．2．7 模块内部参数的修改
6．2．8 模块的标量扩展
6．3 连续系统的数字仿真
6．3．1 利用Simulink菜单命令进行仿真
6．3．2 利用MATLAB的指令操作方式进行仿真
6．3．3 模块参数的动态交换
6．3．4 Simulink调试器
6．4 离散系统的数字仿真
6．5 仿真系统的线性化模型
6．6 创建子系统
6．7 封装编辑器
6．7．1 参数（Parameters）页面
6．7．2 图标（Icon）页面
6．7．3 初始化（Initialization）页面
6．7．4 描述（Documentation）页面
6．7．5 功能按钮
6．8 条件子系统
本章小结
习题

第7章 控制系统的计算机辅助分析
7．1 控制系统的时域分析
7．1．1 控制系统的稳定性
7．1．2 控制系统的时域响应
7．1．3 控制系统的稳态误差
7．2 根轨迹分析
7．2．1 根轨迹的绘制
7．2．2 根轨迹的分析
7．3 控制系统的频域分析
7．3．1 连续控制系统的频域分析
7．3．2 离散控制系统的频域分析
7．3．3 时间延迟系统的频域分析
7．3．4 基于频率特性的系统辨识
7．4 系统的能控性和能观测性分析
7．4．1 系统的能控性和能观测性
7．4．2 将系统按能控性和不能控性进行分解
7．4．3 将系统按能观测性和不能观测性进行分解
7．5 系统模型的降阶
7．5．1 平衡实现
7．5．2 模型降阶
本章小结
习题

第8章 控制系统的计算机辅助设计
8．1 频率法的串联校正
8．1．1 基于频率响应法的串联超前校正
8．1．2 基于频率响应法的串联滞后校正
8．1．3 基于频率响应法的串联滞后-超前校正
8．2 根轨迹法的串联校正
8．2．1 基于根轨迹法的串联超前校正
8．2．2 基于根轨迹法的串联滞后校正
8．2．3 基于根轨迹法的串联滞后-超前校正
8．3 状态反馈和状态观测器的设计
8．3．1 状态反馈
8．3．2 状态观测器
8．3．3 带状态观测器的状态反馈系统
8．3．4 离散系统的极点配置和状态观测器
8．3．5 系统解耦
8．3．6 系统估计器
8．3．7 系统控制器
8．4 最优控制系统设计
8．4．1 状态反馈的线性二次型最优控制
8．4．2 输出反馈的线性二次型最优控制
本章小结
习题

第9章 基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计
9．1 控制系统工具箱简介
9．2 线性时不变系统的对象模型
9．2．1 LTI对象
9．2．2 模型建立及模型转换函数
9．2．3 LTI对象属性的存取和设置
9．3 线性时不变系统浏览器
9．4 线性控制系统设计器
9．4．1 MATLAB 6．x的SISO Design Tool
9．4．2 MATLAB 7．x的SISO Design Tool
9．4．3 MATLAB 8．x/9．x版的Control System Designer
9．5 非线性控制系统设计
9．5．1 NCD Blockset模块及其应用
9．5．2 Signal Constmint模块及其应用
9．5．3 Check Step Response Characteristics模块及其应用
9．5．4 其他非线性控制系统的设计问题
本章小结
习题

第10章 Simulink的扩展工具——S-函数
10．1 S-函数简介
10．2 S-函数的建立
10．2．1 用M文件创建S-函数
10．2．2 用C语言创建S-函数
10．3 S-函数编译器
10．4 S-函数包装程序
本章小结
习题
附录A MATLAB函数一览表
附录B MATLAB函数分类索引
参考文献

　　本书自2003年9月初版和2008年1月、2012年2月及2016年2月的三次再版以来，深得广大读者的关心和支持，被国内多所高等学校选为教材，累计发行6万余册，并先后人选普通高等教育“十一五”和“十二五”国家级教材规划。
　　这次修订在保持前四版内容系统、实用、易读的特点，以及框架结构基本不变的基础上，重点对第1章、第2章、第6章和第9章内容进行了修订和完善，增加了与MATLAB有关的新内容，替换了每章的习题解答，提供了配套的教学网站，并且充分考虑能适应新形式下计算机仿真技术类课程教学和适用于不同层次院校的选学需要，体现宽口径专业教育思想，反映先进的技术水平，强调教学实践的重要性，有利于学生自主学习和动手实践能力的培养，适应卓越工程师和新工科人才培养的要求。同时也符合自动化专业培养目标、反映自动化专业教育改革方向、满足自动化专业教学需要和多学科交叉背景学生的教学需求、符合学校推进高等教育国家级一流本科课程“双万计划”建设和实现特色化发展的需要。
　　本书在叙述MATLAB通用功能时，对内容是精心挑选的，但在书后的索引中罗列了通用功能的几乎全部指令，以备读者查阅需要。面对MATLAB 6.x/7. x/8. x/9.x部分功能的较大变化，针对本书所涉及的部分，第5版分别馔写了MATLAB 6.x、MATLAB 7.x、MATLAB 8.x和MATLAB 9.x四个不同经典版本的内容，以满足不同读者的需求。
　　本次修订后从内容上来说，涉及面更广，几乎包括了计算机仿真、控制系统计算机辅助分析与设计、MATLAB和Simulink的所有基本内容和使用方法。对于涉及本课程内容的MATLAB较大变化，本书都分别按其版本进行了介绍。各部分内容力求精而简，且各章均配有适当的例题和习题，并提供了相应的用MATLAB编写的仿真程序。
　　本书适用学时数为32~ 64（2—4学分），各章节编排具有相对的独立性，使教师与学生便于取舍，便于不同层次院校的不同专业选用，以适应不同教学学时的需要；内容完善、新颖、有利于学生能力的培养。
　　本书由李国勇主编，程永强副主编。全书共包括11章和2个附录，其中第O章由程永强编写；第1章和第9章由李国勇编写；第2章由任密蜂编写；第3章由丁洁编写；第4章和附录由成慧翔编写；第5章由续欣莹编写；第6章由杨丽娟编写；第7章由郭红戈编写；第8章由李哗编写；第10章由崔亚峰编写。全书由李国勇统编定稿。李虹教授主审了全书，提出了许多宝贵的意见和建议，在此深表谢意。
　　本书可作为高等院校自动化和控制类各专业本科生和研究生教材。鉴于本书的通用性和实用性较强，故也可作为自动控制及相关专业的教学、研究、设计人员和工程技术人员的参考用书。
　　本书提供配套的电子课件，可登录华信教育资源网：www.hxedu.com.cn，注册后免费下载。
　　本书提供的配套教学网站网址为