本书是作者从使用者角度出发， 融合了作者三十多年的教学、 研究和实际编程经验，并参考以往出版的专著和教材精心编写而成的。本书以MATLAB/Simulink 语言为主要工具，在全新的框架下对控制系统建模、仿真、分析与设计进行了较全面的介绍，内容包括：MATLAB 语言的编程方法及其在各类数学问题求解中的应用；各类线性系统模型的表示方法与模型转换、系统辨识问题的求解方法；控制系统的计算机辅助分析；基于Simulink 的控制系统建模仿真的方法；控制系统的计算机辅助设计算法；PID 控制器与*优控制器设计；工程系统的物理建模与仿真等。
本书可作为高等院校自动化专业本科生的教材或参考书，还可供研究生、科技工作者和教师参考。
获奖情况：普通高等教育十一五规划教材，精品课程教材，精品资源共享课教材
配套资源：习题解答、PPT、代码
本书特色：
★新形态教材，书中内嵌二维码，可扫看视频。
前 言
随着 MATLAB语言和 Simulink仿真环境在控制系统研究与教学中的应用日益广泛，在系统仿真、自动控制等领域，国外很多高校在教学与研究中都将 MATLAB/Simulink语言作为的计算机工具。我国的科学工作者和教育工作者也逐渐认识到 MATLAB语言的重要性。 MATLAB语言是一种十分有效的工具，能容易地解决在系统仿真及控制系统计算机辅助设计领域的教学与研究中遇到的问题，它可以将使用者从烦琐的底层编程中解放出来，把有限的宝贵时间更多地花在解决科学问题上。 MATLAB语言虽然是计算数学专家倡导并开发的，但其普及和发展离不开自动控制领域学者的贡献。在 MATLAB语言的发展进程中，许多有代表性的成就是和控制界的要求与贡献分不开的。 MATLAB具有强大的数学运算能力、方便实用的绘图功能及语言的高度集成性，它在其他科学与工程领域也有着广阔的应用前景和无穷的潜能。因此，以 MATLAB/Simulink作为主线，为我国高校自动化专业的一门重要课程控制系统仿真与计算机辅助设计或计算机仿真编写一本实用的教材就显得非常迫切。
本书是作者从使用者的角度出发，融合了作者三十多年的教学、研究和实际编程经验，并参考以往出版的专著和教材，精心编写而成的。书中除简单介绍 MATLAB的基础知识外，其余内容均围绕其在控制系统中的应用来展开。所以本书还可以作为自动控制原理等课程的计算机实践材料。本书第2版入选普通高等教育十一五规划教材，并作为支撑教材之一入选精品课程、精品资源共享课控制系统仿真与 CAD。本书的读者对象是应用型高校自动化专业的本科生，相应的英文版 Linear Feedback Control
Analysis and Design with MATLAB由美国 SIAM出版社于 2007年出版，可以用于双语教学。
作者从 1988年开始系统地使用 MATLAB语言进行程序设计与控制理论研究，积累了丰富的手经验；用 MATLAB语言编写的程序 Control Kit曾作为英国 Rapid Data软件公司的商品在国际范围内发行，并于 1991年在国际电工教学杂志上发表文章介绍该软件。新近编写的几个通用程序在 MathWorks公司（MATLAB语言的开发者）的网页上可以下载，其中反馈系统分析与设计程序 CtrlLAB的下载量长期高居控制类软件的榜首，得到了国际上很多用户的关注。
多年来，作者一直试图以实用的方式将 MATLAB语言介绍给国内的读者，并出版了多部关于 MATLAB语言及其应用方面的著作，其中， 1996年出版的《控制系统计算机辅助设计 MATLAB语言与应用》一书被公认为国内关于 MATLAB语言方面书籍中出版
IV控制系统仿真与计算机辅助设计 第 3版
早、影响广的著作，被期刊文章他引数万次。本书主要介绍 MATLAB 2021a版本，同时兼顾早期版本。
本书第 1版的出版得到了丛书编委会主任南开大学袁著祉教授、清华大学王桂增教授和上海交通大学席裕庚教授的指点，作者对他们的辛勤工作深表谢意。
本书第 1版和第 2版由上海交通大学的施颂椒教授主审，感谢他对作者提出的建设性意见和细致审读。作者的导师，东北大学任兴权教授和英国 Sussex大学的 Derek P Atherton教授也对本书的终成型提供了很多的帮助，是他们将作者引入系统仿真和 MATLAB/Simulink语言编程这个充满趣味的领域。
作者的一些同事、同行和朋友也先后给予作者许多建议和支持，还有在互联网上交流的众多同行与朋友，在此表示深深的谢意。
由于本书第 2版出版也已经十多年了，在此期间 MATLAB取得了巨大发展，控制系统仿真与计算机辅助设计技术也取得了巨大的进步，因此，本教材的内容需要全面更新。全书由东北大学潘峰副教授负责更新材料和教学内容，由薛定宇终定稿。
本书部分内容的编写受国家自然科学基金（基金编号 61174145、61673094）资助，在此深表谢意。
由于作者水平有限，书中的缺点、错误在所难免，欢迎读者批评指教。
为了配合本书教学，读者可以从机工教育网（ http://www.cmpedu.com）免费注册，审核通过后下载本书的源代码、演示实例。本书还在正文相应位置给出二维码视频，方便读者自学。
薛定宇 2021年 8月
目 录
第1章 控制系统仿真与计算机辅助设计概述 1
1.1控制理论和控制系统概述 1
1.2系统仿真与仿真语言工具概述 3
1.3本书主要结构 9
1.4习 题 10
第2章 MATLAB语言的基础知识 12
2.1 MATLAB的数据结构与语句结构 13
2.2 MATLAB基本控制流程结构 19
2.3 MATLAB的 M-函数设计 21
2.4 MATLAB的图形可视化 24
2.5 MATLAB的应用程序界面设计入门 31
2.6习题 35
第3章 科学运算问题的 MATLAB求解 38
3.1线性代数问题的 MATLAB求解 38
3.2常微分方程问题的 MATLAB求解 46
3.3化问题的 MATLAB求解 51
3.4 Laplace与 z变换问题求解 55
3.5习题 57
第4章 控制系统模型与转换 60
4.1连续线性系统的数学模型 60
4.2离散系统模型 66
4.3框图描述系统的化简 68
4.4系统模型的相互转换 76
4.5线性系统的模型降阶 82
4.6线性系统的模型辨识 90
4.7习 题 98
第5章 线性控制系统的计算机辅助分析 103
5.1线性系统定性分析 103
5.2线性系统时域响应解析解法 112
5.4根轨迹分析 123
5.5线性系统频域分析 126
5.6习题 135
第6章 Simulink在系统仿真中的应用 140
6.1 Simulink建模的基础知识 140
6.2 Simulink建模与仿真 147
6.3非线性系统分析与仿真 161
6.4子系统与模块封装技术 170
6.5 S-函数及其应用 176
6.6习 题 180
第7章 控制系统计算机辅助设计 186
7.1基于传递函数的控制器设计方法 186
7.2状态反馈控制 194
7.3基于状态反馈的控制器设计方法 194
7.4多变量系统的解耦控制
7.5基于数值化技术的控制器设计
7.6习 题
第8章 PID控制器设计
8.1 PID控制器及其 Simulink建模
8.2过程系统的一阶延迟模型近似
8.3 PID控制器参数整定方法
8.4 PID工具箱应用举例
8.5习题
第9章 工程系统的物理建模与仿真
9.1多领域物理建模简介
9.2电气系统建模与仿真
9.3机械系统建模与仿真
9.4习题
参考文献
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