目录
第一章 绪论
第二章 MATLAB程序设计
第三章 控制系统的分析
第四章 基于传递函数的控制系统设计
第五章 基于状态空间的控制系统设计
第六章 控制系统仿真
第一章 绪论
?控制系统 CAD
?控制系统仿真
?MATLAB简介
?MATLAB编程基础
一、控制系统 CAD
控制系统的计算机辅助设计
（ CSCAD-Control System Computer Aided Design）
控制系统 CAD技术是对复杂控制系统进行分析和设计的重要方法和
手段。在进行控制系统的分析与综合的过程中，除了要进行理论分析外，
还要对系统的特性进行实验研究，研究系统的固有的动态特性，验算设
计的控制器能否达到预期的性能指标，这个过程是 设计－实验－修改设
计－再实验 的过程。
所谓控制系统的计算机仿真就是以控制系统的数学模型为基础，
借助计算机对控制系统的动态特性进行实验研究。
控制系统的计算机仿真是控制系统的计算机辅助设计的一个部分 。
这一过程包括：建立数学模型；根据性能指标和控制算法编程求解控
制器参数；对系统校正前后进行仿真, 并验证控制器的实际控制效果；
修改控制器参数或结构, 直到仿真结果满足设计要求 。
二、控制系统仿真
三,MATLAB简介
1980年 美国
Cleve Moler博士研制
MathWorks公司出品
MATLAB是以复数矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言，它提供了各
种矩阵的运算操作，并具有较强的绘图功能。
Matlab的语言特点
?语言简洁紧凑, 使用方便灵活 。
例如,A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]一条语句实现了对 3x3矩阵的输入 。
?数值算法稳定可靠, 库函数十分丰富 。
例如,polyder(b) %求多项式 b的微分
?运算符丰富 。
例如,C=A*B %矩阵的乘法,
x=A\b %求 Ax＝ b的最小二乘解
?Matlab既具有结构化的控制语句 （ if,for,while） 又支持面向对象的程序设计 。
?语法限制不严格, 程序设计自由度大 。
?程序的可移植性好。
?Matlab的图形功能强大，支持数据的可视化操作，方便的显示程序的运
行结果。
?强大的工具箱。
例如：控制领域可以使用的工具箱就有 Control System（控制工具箱）
?源程序的开发性，系统的可扩充能力强。
?Matlab是解释执行语言。
Matlab程序不用编译生成可执行文件就可以运行
Matlab集成环境的组成
? Matlab语言
? Matlab工作环境
包括程序编辑器, 变量查看器, 系统仿真器 。
? Matlab图形系统
用 Matlab的句柄图形, 可以实现二维, 三维数据的可视化, 图象处理,
也可以完全或局部修改图形窗口, 还可以方便的设计图形界面 。
? Matlab数学函数库
? Matlab API
? Matlab软件的安装
? Matlab软件的启动
Matlab软件的基本使用方法
命令窗口
工作空间
历史命令
当前路径
命令窗口
Matlab的命令窗口可以执行任何 Matlab命令和函数。
?操作 M文件（打开、新建、运行、保存）
?操作 MDL文件
?运行 Matlab程序
?运行外壳应用程序
主要功能
程序编辑 /调试器
?建立、编辑、存储 M文件
?可以运行程序
?调试（断点、单步、跟踪、查看）程序
Matlab内置了一个程序的编辑 /调试器
主要功能
设置
断点
取消
断点
单步
运行
进入
函数
跳出
函数
退出
调试继续
运行
变量查看器
在 MATLAB中，工作空间（ Workspace ）是一个重要的、比较抽象的概念。
工作空间 指运行 MATLAB的程序或命令所生成的所有变量和 MATLAB提供
的常量构成的空间是一个概念
?工作空间在 MATLAB运行期间一直存在
?关闭 MATLAB后工作空间自动消失
?可以随时查看工作空间中的变量名及变量的值 whos
?保存工作空间中的所有变量为一个文件 save
?把保存的工作空间的所有变量调入到当前工作空间 load
工作空间的特点
查看
变量
删除
变量
图形窗口
在图形窗口上可以进行绘制曲线, 显示文本, 填充颜色等操作 。
?用 figure命令建立新的图形窗口
?可以用绘图语句自动创建图形窗口并在上面绘图，如 plot命令。
帮助系统
1,使用普通文本帮助
help 函数名 /文件名 %显示相关函数 /文件的帮助体
lookfor 函数名 /文件名 %显示相关函数 /文件的 H1行
2,使用超文本帮助
?在命令窗口键入 doc命令 doc 函数名 /文件名
?选择命令窗口的帮助菜单
编辑
模态
添加
文本
添加
箭头
添加
线段
旋转三
维图形
Matlab编程基础
Matlab初学者常用的编程知识, 规则：
?可以在 MATLAB命令窗口键入一个命令, 也可以由 Matlab定义的语言
编写一个或多个应用程序, 然后在 MATLAB环境下返回运算结果 。
? MATLAB以复数矩阵为基本的运算单元, 既可以对它整体进行处理,
也可以对它的某个或某些元素进行单独处理, 操作起来比较方便 。
?MATLAB最基本的语句是赋值语句, 其结构为：
变量名列表 =表达式
其中等号左边的变量名列表为 MATLAB语句的返回值, 若一次返回多个
结果, 则变量列表用 [ ]括起来, 各变量间用 逗号分隔 ；等号右边为表达
式, 可以是矩阵运算或函数调用, 可以由 分号 (;),逗号 (,)或 回车 结束 。
? 变量不需要定义就可以直接使用和赋值 。
例如,A=[1,2;3,4] %定义并输入一个 2x2的矩阵
str=’Hello’ %定义并输入一个字符串 （ 字符数组 ）
矩阵的每行中的各个元素用 逗号或者空格 分隔, 行于行之
间用 分号 分隔；字符串用 单引号 定义 。
? 输入, 输出函数
① A＝ input（ 提示信息, 选项 ）
例如,A＝ input（ ‘ Enter matrix A=> ’）
② disp（ A）
例如,A＝ ‘ hello’；
disp（ A）
A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9];
disp(A)
第一章 绪论
第二章 MATLAB程序设计
第三章 控制系统的分析
第四章 基于传递函数的控制系统设计
第五章 基于状态空间的控制系统设计
第六章 控制系统仿真
第一章 绪论
?控制系统 CAD
?控制系统仿真
?MATLAB简介
?MATLAB编程基础
一、控制系统 CAD
控制系统的计算机辅助设计
（ CSCAD-Control System Computer Aided Design）
控制系统 CAD技术是对复杂控制系统进行分析和设计的重要方法和
手段。在进行控制系统的分析与综合的过程中，除了要进行理论分析外，
还要对系统的特性进行实验研究，研究系统的固有的动态特性，验算设
计的控制器能否达到预期的性能指标，这个过程是 设计－实验－修改设
计－再实验 的过程。
所谓控制系统的计算机仿真就是以控制系统的数学模型为基础，
借助计算机对控制系统的动态特性进行实验研究。
控制系统的计算机仿真是控制系统的计算机辅助设计的一个部分 。
这一过程包括：建立数学模型；根据性能指标和控制算法编程求解控
制器参数；对系统校正前后进行仿真, 并验证控制器的实际控制效果；
修改控制器参数或结构, 直到仿真结果满足设计要求 。
二、控制系统仿真
三,MATLAB简介
1980年 美国
Cleve Moler博士研制
MathWorks公司出品
MATLAB是以复数矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言，它提供了各
种矩阵的运算操作，并具有较强的绘图功能。
Matlab的语言特点
?语言简洁紧凑, 使用方便灵活 。
例如,A=[1 2 3;4 5 6;7 8 9]一条语句实现了对 3x3矩阵的输入 。
?数值算法稳定可靠, 库函数十分丰富 。
例如,polyder(b) %求多项式 b的微分
?运算符丰富 。
例如,C=A*B %矩阵的乘法,
x=A\b %求 Ax＝ b的最小二乘解
?Matlab既具有结构化的控制语句 （ if,for,while） 又支持面向对象的程序设计 。
?语法限制不严格, 程序设计自由度大 。
?程序的可移植性好。
?Matlab的图形功能强大，支持数据的可视化操作，方便的显示程序的运
行结果。
?强大的工具箱。
例如：控制领域可以使用的工具箱就有 Control System（控制工具箱）
?源程序的开发性，系统的可扩充能力强。
?Matlab是解释执行语言。
Matlab程序不用编译生成可执行文件就可以运行
Matlab集成环境的组成
? Matlab语言
? Matlab工作环境
包括程序编辑器, 变量查看器, 系统仿真器 。
? Matlab图形系统
用 Matlab的句柄图形, 可以实现二维, 三维数据的可视化, 图象处理,
也可以完全或局部修改图形窗口, 还可以方便的设计图形界面 。
? Matlab数学函数库
? Matlab API
? Matlab软件的安装
? Matlab软件的启动
Matlab软件的基本使用方法
命令窗口
工作空间
历史命令
当前路径
命令窗口
Matlab的命令窗口可以执行任何 Matlab命令和函数。
?操作 M文件（打开、新建、运行、保存）
?操作 MDL文件
?运行 Matlab程序
?运行外壳应用程序
主要功能
程序编辑 /调试器
?建立、编辑、存储 M文件
?可以运行程序
?调试（断点、单步、跟踪、查看）程序
Matlab内置了一个程序的编辑 /调试器
主要功能
设置
断点
取消
断点
单步
运行
进入
函数
跳出
函数
退出
调试继续
运行
变量查看器
在 MATLAB中，工作空间（ Workspace ）是一个重要的、比较抽象的概念。
工作空间 指运行 MATLAB的程序或命令所生成的所有变量和 MATLAB提供
的常量构成的空间是一个概念
?工作空间在 MATLAB运行期间一直存在
?关闭 MATLAB后工作空间自动消失
?可以随时查看工作空间中的变量名及变量的值 whos
?保存工作空间中的所有变量为一个文件 save
?把保存的工作空间的所有变量调入到当前工作空间 load
工作空间的特点
查看
变量
删除
变量
图形窗口
在图形窗口上可以进行绘制曲线, 显示文本, 填充颜色等操作 。
?用 figure命令建立新的图形窗口
?可以用绘图语句自动创建图形窗口并在上面绘图，如 plot命令。
帮助系统
1,使用普通文本帮助
help 函数名 /文件名 %显示相关函数 /文件的帮助体
lookfor 函数名 /文件名 %显示相关函数 /文件的 H1行
2,使用超文本帮助
?在命令窗口键入 doc命令 doc 函数名 /文件名
?选择命令窗口的帮助菜单
编辑
模态
添加
文本
添加
箭头
添加
线段
旋转三
维图形
Matlab编程基础
Matlab初学者常用的编程知识, 规则：
?可以在 MATLAB命令窗口键入一个命令, 也可以由 Matlab定义的语言
编写一个或多个应用程序, 然后在 MATLAB环境下返回运算结果 。
? MATLAB以复数矩阵为基本的运算单元, 既可以对它整体进行处理,
也可以对它的某个或某些元素进行单独处理, 操作起来比较方便 。
?MATLAB最基本的语句是赋值语句, 其结构为：
变量名列表 =表达式
其中等号左边的变量名列表为 MATLAB语句的返回值, 若一次返回多个
结果, 则变量列表用 [ ]括起来, 各变量间用 逗号分隔 ；等号右边为表达
式, 可以是矩阵运算或函数调用, 可以由 分号 (;),逗号 (,)或 回车 结束 。
? 变量不需要定义就可以直接使用和赋值 。
例如,A=[1,2;3,4] %定义并输入一个 2x2的矩阵
str=’Hello’ %定义并输入一个字符串 （ 字符数组 ）
矩阵的每行中的各个元素用 逗号或者空格 分隔, 行于行之
间用 分号 分隔；字符串用 单引号 定义 。
? 输入, 输出函数
① A＝ input（ 提示信息, 选项 ）
例如,A＝ input（ ‘ Enter matrix A=> ’）
② disp（ A）
例如,A＝ ‘ hello’；
disp（ A）
A=[1,2,3;4,5,6;7,8,9];
disp(A)
