林炳强，硕士，华南理工大学机械与汽车工程学院，主要研究机器人技术及其相关应用，熟悉自动化控制技术及MATLAB仿真。 谢龙汉，博士，副教授，华南理工大学机械与汽车工程学院，主要研究能量补货相关课题，发表sci论文多篇。 周维维，硕士，华北电力大学经济及管理学院，主要研究能源利用，碳排放预测等相关课题。

本书基于MATLAB 2018版写作，在共15章的篇幅中分别介绍了MATLAB的基础操作、Simulink工具箱、MATLAB在自动控制中的应用、线性规划工具箱、数字信号处理工具箱、图像处理工具箱、系统辨识、模糊工具箱，以及MATLAB在自抗扰控制系统中的应用。本书各章通过典型实例操作和重点知识讲解相结合的方式，对MATLAB的基础知识、功能及命令函数进行全面的讲解。
本书具有操作性强、指导性强、语言简洁等特点，内容涵盖了MATLAB在当前工程应用中的主要应用领域。本书可作为MATLAB软件初学者入门和提高的学习教程，或者高等院校、培训机构的MATLAB教材，也可供相关工程应用人员参考。

第 1章 基础入门 1
1．1 MATLAB的安装 1
1．2 MATLAB的启动及操作界面 3
1．2．1 MATLAB的启动 3
1．2．2 MATLAB的操作界面 3
1．3 M文件编辑器 4
1．3．1 M文件编辑器的启动 5
1．3．2 用M文件编写简单的程序 5
1．4 MATLAB帮助系统及其使用 6
1．4．1 帮助系统的类型 7
1．4．2 常用帮助指令 7
1．4．3 Help帮助浏览器 8
第 2章 符号计算 11
2．1 符号对象的创建 11
2．1．1 创建符号变量和表达式 11
2．1．2 符号与数值之间的转化 15
2．1．3 符号表达式的化简 17
2．2 符号微积分 20
2．2．1 极限和导数的符号计算 20
2．2．2 序列/级数的符号求和 22
2．2．3 符号积分 23
2．3 微分方程的符号解法 25
2．3．1 求微分方程符号解的一般指令 25
2．3．2 符号微分方程解法实例 25
2．4 符号矩阵分析和代数方程解 27
2．4．1 符号矩阵分析 27
2．4．2 线性方程组的符号解法 30
2．5 符号变换及反变换 32
2．5．1 傅里叶变换及其反变换 32
2．5．2 拉普拉斯变换及其反变换 33
2．5．3 Z变换及其反变换 36
2．6 代数状态方程求符号传递函数 38
2．6．1 结构框图的代数状态方程解法 39
2．6．2 信号流图的代数状态方程解法 41
2．7 符号计算的简易绘图函数 43
2．7．1 二维绘图函数 43
2．7．2 三维绘图函数 47
2．7．3 等高线绘图函数 48
2．7．4 三维曲面绘图函数 49
第3章 MATLAB数组和矩阵运算基础 53
3．1 数组的创建、运算及寻址 53
3．1．1 数组的创建 53
3．1．2 数组的运算规则 58
3．1．3 数组的操作 59
3．1．4 数组的寻址 62
3．1．5 关系和逻辑操作 64
3．2 矩阵分析 67
3．2．1 矩阵运算规则 67
3．2．2 矩阵分析计算 70
3．3 矩阵分解 77
3．3．1 特征值及特征向量 77
3．3．2 奇异值分解 82
3．3．3 LU分解 84
3．3．4 Cholesky分解 87
3．3．5 QR分解 89
3．4 特殊矩阵 92
3．4．1 常用特殊矩阵及其创建 93
3．4．2 其他特殊矩阵 95
第4章 数值计算 101
4．1 数理统计的MATLAB求解 101
4．1．1 常用的统计分布指令 102
4．1．2 概率函数、分布函数和随机数 105
4．2 多项式运算 112
4．2．1 多项式的运算及其函数表示 112
4．2．2 有限长序列的卷积 120
4．3 插值和拟合 124
4．3．1 插值 124
4．3．2 拟合 132
4．4 线性方程（组）的求解 140
4．4．1 线性方程的数值求解 140
4．4．2 线性方程组的数值求解 143
4．5 数值微积分 145
4．5．1 数值微分 145
4．5．2 数值积分 148
4．5．3 常微分方程的数值求解 153
第5章 MATLAB绘图处理 161
5．1 概述 161
5．1．1 离散数据图形的绘制 161
5．1．2 连续函数曲线的绘制 162
5．2 二维图形 163
5．2．1 基本绘图函数 163
5．2．2 坐标轴控制和图形标识命令 168
5．2．3 多重曲线绘图 172
5．2．4 ginput指令简介 175
5．3 三维曲线和曲面 177
5．3．1 三维绘图指令plot3 177
5．3．2 三维网格指令mesh 179
5．3．3 三维曲面指令surf 181
5．3．4 图形视角及透视控制 183
5．3．5 图形着色处理 189
5．3．6 图形光照处理 197
5．4 图形窗功能简介 202
5．4．1 图形窗口的创建 202
5．4．2 图形窗口的菜单 203
第6章 M文件程序设计基础 207
6．1 M文件 207
6．1．1 M脚本文件 207
6．1．2 M函数文件 209
6．1．3 局部变量和全局变量 210
6．1．4 M函数文件的一般结构 213
6．2 数据及数据文件 214
6．2．1 数据类型 214
6．2．2 数据的输入与输出 216
6．3 程序的流程控制 219
6．3．1 循环语句 219
6．3．2 if条件语句 224
6．3．3 switch-case语句 227
6．3．4 控制程序流的其他常用指令 229
6．4 程序的调试与优化 233
6．4．1 程序的直接调试法 233
6．4．2 调试器的使用 238
6．4．3 程序设计优化 239
6．5 MATLAB函数类别 242
6．5．1 主函数 242
6．5．2 子函数 242
6．5．3 匿名函数 243
6．5．4 嵌套函数 243
6．5．5 私有函数 245
6．6 函数句柄 245
6．6．1 函数句柄的创建和显示 245
6．6．2 函数句柄的基本操作 246
第7章 图形用户界面 250
7．1 对象和句柄 250
7．1．1 句柄 250
7．1．2 对象 251
7．2 GUI图形简介 254
7．2．1 GUIDE的启动 254
7．2．2 GUI模板 255
7．2．3 图形用户界面的设计步骤 258
7．2．4 回调函数 259
7．3 GUI的底层代码实现 264
7．3．1 GUI底层代码实例 264
7．3．2 常用对象介绍 267
7．4 图形用户界面综合实例 273
第8章 Simulink交互仿真集成环境 277
8．1 Simulink运行方法及窗口 278
8．2 Simulink常用模块库 279
8．2．1 连续（Continuous）模块库 280
8．2．2 非连续（Discontinuous）模块库 281
8．2．3 离散（Discrete）模块库 282
8．2．4 数学运算（Math Operations）模块库 283
8．2．5 输出（Sinks）模块库 284
8．2．6 输入源（Sources）模块库 285
8．3 Simulink功能模块的处理 286
8．3．1 Simulink模块参数设置 286
8．3．2 Simulink 模块间连线处理 287
8．3．3 Simulink 模块基本操作 289
8．4 Simulink建模仿真实例 291
8．5 子系统模块封装技术 301
8．5．1 子系统 301
8．5．2 封装模块 305
8．6 S函数 307
8．6．1 S函数基本概念 307
8．6．2 S函数工作原理 307
8．6．3 用M文件编写S函数 308
第9章 MATLAB在自动控制中的应用 313
9．1 控制系统稳定性分析 313
9．1．1 代数稳定判据 313
9．1．2 根轨迹稳定性分析 317
9．1．3 频域稳定性分析 322
9．1．4 稳态误差的分析 330
9．2 控制系统的性能指标分析 335
9．2．1 控制系统的时域特性 335
9．2．2 控制系统的频域特性 339
9．3 控制系统校正设计的MATLAB实现 341
9．3．1 控制系统校正设计概述 341
9．3．2 控制系统伯德图校正设计方法 341
9．3．3 控制系统的根轨迹校正设计 352
9．3．4 单输入单输出系统设计工具 360
第 10章 最优化方法 365
10．1 线性规划基本内容及MATLAB应用 366
10．1．1 引例 366
10．1．2 线性规划的基本算法─单纯形法 367
10．2 无约束最优化 373
10．2．1 无约束最优化的基本算法 374
10．2．2 MATLAB解优化问题 377
10．3 非线性规划 385
10．3．1 非线性规划的基本概念 385
10．3．2 惩罚函数法 386
10．3．3 MBTLAB求解 387

第 11章 数字信号处理 394
11．1 数字信号处理与离散时间系统 394
11．1．1 数字信号处理概述 394
11．1．2 数字信号处理的基本概念 395
11．1．3 离散时间信号 396
11．1．4 常用信号生成函数 405
11．1．5 离散时间信号的相关性 406
11．2 序列的傅里叶变换的MATLAB实现 408
11．2．1 序列的傅里叶变换公式 408
11．2．2 周期序列离散傅里叶级数及傅里叶变换的MATLAB实现 411
11．3 利用Z变换分析信号和系统频域特性的MATLAB实现 412
11．3．1 Z变换的定义 412
11．3．2 Z变换的收敛域 413
11．3．3 Z变换的性质 414
11．3．4 Z变换的MATLAB求解 415
11．3．5 利用Z变换求解差分方程 417
11．3．6 利用Z变换分析系统频域特性 420
11．4 离散傅里叶变换（DFT）的MATLAB实现 424
11．4．1 DFT的定义和性质 425
11．4．2 DFT的MATLAB实现 426
11．4．3 离散傅里叶级数及其MATLAB实现 427
11．5 快速傅里叶变换及其应用的MATLAB实现 429
11．5．1 快速傅里叶变换的基本用法 429
11．5．2 快速傅里叶变换的应用举例 431
11．6 无限脉冲响应数字滤波器的设计及MATLAB实现 438
11．6．1 数字滤波器概述 439
11．6．2 IIR滤波器的设计方法 440
11．6．3 滤波器的性能指标及MATLAB函数 443
11．6．4 IIR数字滤波器设计常用的MATLAB函数 444
11．6．5 IIR数字滤波器的设计 446
11．6．6 MATLAB提供的IIR滤波器设计函数：完全设计法 452
11．6．7 IIR数字滤波器的直接设计法 455
11．7 FIR数字滤波器设计及MATLAB实现 458
11．7．1 FIR数字滤波器概述 458
11．7．2 窗函数设计FIR滤波器 460
11．7．3 MATLAB提供的窗函数及窗函数设计的MATLAB实现 461
11．7．4 FIR数字滤波器的最优化设计及MATLAB实现 474

第 12章 图像处理 480
12．1 数字图像的基本原理 481
12．1．1 数字图像的表示 481
12．1．2 数字图像的MATLAB操作基础 481
12．1．3 数字图像的类型及其转换 485
12．2 图像增强 496
12．2．1 灰度变换增强 496
12．2．2 直方图增强 500
12．2．3 图像平滑 503
12．2．4 图像锐化 514
12．2．5 频域增强 518
12．3 图像复原 523
12．3．1 退化模型 523
12．3．2 无约束图像复原 525
12．3．3 有约束图像复原 525
12．4 二值形态学操作 528
12．4．1 膨胀和腐蚀 528
12．4．2 开操作和闭操作 529
12．4．3 膨胀和腐蚀的MATLAB实现方法 529
12．4．4 一些基本的形态学算法 531
12．5 图像压缩编码 532
12．5．1 图像压缩编码概述 532
12．5．2 无损压缩技术 533
12．5．3 有损压缩技术 534
12．6 图像分割 534
12．6．1 边缘检测方法 534
12．6．2 阈值分割技术 537
12．6．3 区域分割技术 538
第 13章 系统辨识 540
13．1 系统辨识的基本理论 540
13．1．1 系统和模型 540
13．1．2 辨识问题 541
13．1．3 系统辨识的步骤 541
13．1．4 系统辨识的误差准则 542
13．2 最小二乘法参数辨识及其MATLAB仿真 544
13．2．1 最小二乘法的基本原理 544
13．2．2 加权最小二乘法的基本原理 546
13．2．3 最小二乘法的递推算法 550
13．2．4 增广最小二乘法及MATLAB实现 556
13．3 参数的梯度校正辨识 561
13．3．1 确定性问题的梯度校正参数辨识及MATLAB实现 561
13．3．2 随机问题的梯度校正参数辨识 568
13．3．3 随机逼近法 570
13．4 极大似然估计参数辨识 573
13．4．1 极大似然参数辨识的基本概念 573
13．4．2 系统模型参数的极大似然估计 575
13．4．3 递推的极大似然参数估计 581
13．5 Bayes辨识方法及MATLAB实现 587
13．5．1 Bayes辨识方法的基本原理 587
13．5．2 最小二乘模型的Bayes参数辨识 588
13．5．3 MATLAB仿真实例 589
13．6 神经网络模型辨识方法及MATLAB实现 593
13．6．1 神经网络基本介绍 594
13．6．2 BP神经网络 597
13．6．3 RBF神经网络辨识 603
13．7 模糊系统辨识及MATLAB实现 607
13．7．1 模糊理论概述 608
13．7．2 基于T-S模型的模糊系统辨识 614
13．7．3 模糊逼近 616
第 14章 自抗扰控制技术的MATLAB实现 621
14．1 经典PID控制器 621
14．1．1 经典PID控制律 621
14．1．2 经典PID的优势与不足 625
14．2 安排过渡过程仿真 626
14．3 微分跟踪器及其MATLAB仿真 633
14．3．1 经典微分环节的噪声放大效应 633
14．3．2 微分跟踪器 634
14．3．3 最速控制综合函数 641
14．4 误差反馈控制律 648
14．5 扩张状态观测器 654
14．5．1 状态观测器 654
14．5．2 扩张状态观测器 666
14．5．3 高增益状态观测器 673
14．6 自抗扰控制器 681
14．6．1 自抗扰控制器设计方法 681
14．6．2 改进的非线性PID控制器 682
14．6．3 自抗扰控制器 689
第 15章 模糊控制及其MATLAB应用 701
15．1 模糊控制的基本理论 701
15．1．1 概述 701
15．1．2 模糊集合的相关概念 702
15．1．3 模糊集合的基本运算 703
15．1．4 隶属函数 705
15．1．5 模糊推理规则 715
15．2 模糊控制系统的设计 718
15．2．1 模糊控制系统的组成 718
15．2．2 模糊控制系统的设计方法 718
15．3 MATLAB模糊逻辑工具箱 721
15．3．1 模糊推理系统编辑器 722
15．3．2 隶属度函数编辑器 723
15．3．3 模糊规则编辑器 724
15．3．4 模糊规则观察器 724
15．3．5 模糊推理输入/输出曲面观察器 725
15．3．6 使用MATLAB命令实现模糊逻辑系统 731
15．3．7 模糊逻辑工具箱命令函数简介 735
15．4 Sugeno型模糊推理系统 758
15．4．1 Sugeno型模糊推理系统简介 758
15．4．2 Sugeno型模糊推理系统实例 758
15．4．3 Mamdani系统与Sugeno系统的比较 761
15．5 模糊理论在控制工程中的应用 761
15．5．1 模糊控制 761
15．5．2 模糊建模 766
15．5．3 模糊控制与Simulink的结合应用 769