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第1章 系统辨识工具箱1

1.1 系统辨识的基本原理和常用辨识模型1

1.1.1 系统辨识的基本原理1

1.1.2 常用的模型类4

1.2 模型类的建立和转换6

1.2.1 模型建立函数6

1.2.2 模型转换函数13

1.3 非参数模型辨识20

1.3.1 时间序列协方差函数的估计20

1.3.2 对象脉冲响应的辨识21

1.3.3 控制对象频谱和传递函数的辨识23

1.4 参数模型辨识28

1.4.1 AR模型辨识28

1.4.2 ARx模型辨识32

1.4.3 ARMAX模型辨识34

1.4.4 输出误差模型与BJ模型辨识36

1.4.5 状态空间模型辨识39

1.4.6 一般线性输入输出模型辨识41

1.5 递推参数模型辨识43

1.5.1 基于递推算法的ARX、ARMAX模型辨识43

1.5.2 输出误差模型的递推辨识48

1.5.3 Box-Jenkins模型的递推辨识49

1.5.4 一般线性输入输出模型的递推辨识49

1.5.5 基于数据分段的估计和辨识52

1.6 模型验证与仿真函数54

1.6.1 模型仿真函数54

1.6.2 模型预测输出和预测误差的计算56

1.7 系统辨识工具箱的交互式图形界面61

1.7.1 数据视图62

1.7.2 操作选择65

1.7.3 模型视图65

1.8 系统辨识工具箱的其他功能函数67

1.8.1 模型结构选择函数67

1.8.2 系统辨识工具箱的绘图函数70

1.8.3 获取模型参数信息的有关函数75

1.8.4 数据的预处理函数77

1.8.5 具有不确定性的模型仿真80

参考文献81

第2章 控制系统工具箱82

2.1 LTI系统模型及转换83

2.1.1 LTI系统的模型及转换83

2.1.2 LTI对象85

2.1.3 模型建立及模型转换函数86

2.1.4 LTI对象属性的存取和设置92

2.2 系统建模96

2.2.1 典型连接96

2.2.2 典型系统生成104

2.2.3 系统的连续化和离散化108

2.3 状态空间实现112

2.3.1 系统实现112

2.3.2 状态空间实现函数115

2.4 系统特性函数126

2.5 系统根轨迹129

2.6 系统频率响应133

2.6.1 频率响应计算133

2.6.2 频率响应绘制函数134

2.7 系统时域响应144

2.8 极点配置与状态观测器设计150

2.8.1 极点配置和状态观测150

2.8.2 极点配置和状态观测函数153

2.9 LQ最优控制156

2.9.1 LQ最优控制问题156

2.9.2 LQG最优控制问题158

2.9.3 最优控制函数159

2.10 系统分析的GUI函数164

2.10.1 ltiview工具164

2.10.2 rltool工具166

参考文献168

第3章 鲁棒控制工具箱169

3.1 鲁棒控制理论基础170

3.1.1 鲁棒控制理论概述170

3.1.2 系统不确定性和鲁棒性172

3.1.3 控制系统的线性分式变换模型173

3.1.4 奇异值与H∞、H2范数174

3.1.5 结构奇异值175

3.2 系统模型建立与转换工具176

3.2.1 控制系统模型的数据结构176

3.2.2 模型建立工具180

3.2.3 模型转换工具183

3.3 多变量波特图192

3.3.1 频率响应的特征增益／相位波特图192

3.3.2 连续和离散系统的奇异值波特图194

3.3.3 结构奇异值波特图197

3.4 鲁棒控制综合方法201

3.4.1 LQG优化控制综合201

3.4.2 连续／离散H2综合203

3.4.3 连续／离散H∞综合205

3.4.4 H∞综合的γ迭代方法207

3.4.5 LQG回路传输恢复209

3.4.6 μ综合211

3.4.7 Youla参数化213

3.5 模型降阶工具215

3.5.1 均衡（Balanced）模型降阶215

3.5.2 schur相对误差模型降阶方法217

3.5.3 最优Hankel最小阶逼近降阶219

3.5.4 脉冲响应向状态空间模型的转换220

3.5.5 系统模型降阶的综合应用举例222

3.6 鲁棒控制工具箱的其他功能函数223

3.6.1 求解连续（离散）Riccati方程224

3.6.2 连续（离散）代数Riccati方程的条件数224

3.6.3 矩阵的Schur形式225

3.6.4 矩阵的内外因子化（Inner-Outer Factorization）226

3.6.5 计算矩阵的谱因子227

参考文献228

第4章 模型预测控制工具箱229

4.1 系统模型辨识函数230

4.1.1 数据向量或矩阵的归一化230

4.1.2 基于线性回归方法的脉冲响应模型辨识232

4.1.3 脉冲响应模型转换为阶跃响应模型235

4.1.4 模型的校验236

4.2 系统模型建立与转换236

4.2.1 模型建立工具237

4.2.2 模型转换工具239

4.3 基于阶跃响应模型的控制器设计与仿真247

4.3.1 输入输出有约束的模型预测控制器设计与仿真248

4.3.2 输入输出无约束的模型预测控制器设计250

4.3.3 计算由阶跃响应模型构成的闭环系统模型252

4.4 基于状态空间模型的预测控制器设计254

4.4.1 输入输出有约束的状态空间模型预测控制器设计254

4.4.2 输入输出无约束的状态空间模型预测控制器设计257

4.4.3 状态估计器设计264

4.5 系统分析与绘图函数266

4.5.1 计算和绘制系统的频率响应曲线267

4.5.2 计算频率响应的奇异值267

4.5.3 计算系统的极点和稳态增益矩阵268

4.5.4 其他系统分析和绘图函数269

4.6 模型预测工具箱的通用功能函数271

4.6.1 通用模型转换函数271

4.6.2 方程求解函数273

4.6.3 离散系统的分析函数274

参考文献275

第5章 模糊逻辑工具箱276

5.1 模糊集合与模糊关系277

5.1.1 模糊集合278

5.1.2 模糊关系281

5.2 模糊推理系统的基本构成与建立步骤282

5.2.1 模糊推理系统的基本类型282

5.2.2 模糊逻辑系统的构成与主要设计步骤283

5.3 利用模糊逻辑工具箱建立模糊推理系统284

5.3.1 模糊推理系统的建立、修改与存储管理284

5.3.2 输入输出语言变量及其语言值289

5.3.3 模糊语言变量的隶属度函数291

5.3.4 模糊规则的建立与修改302

5.3.5 模糊推理计算与去模糊化305

5.4 模糊逻辑工具箱的图形界面工具308

5.4.1 基本模糊推理系统编辑器（Fuzzy）308

5.4.2 隶属度函数编辑器（Mfedit）310

5.4.3 模糊规则编辑器（Ruleedit）310

5.4.4 模糊规则浏览器（Ruleview）312

5.4.5 模糊推理输入输出曲面视图（surfview）312

5.5 Matlab模糊逻辑工具箱的高级应用313

5.5.1 基于Sugeno型模糊推理的神经模糊系统建模313

5.5.2 模糊聚类323

5.5.3 基于减法聚类的模糊推理系统建模327

5.6 Matlab模糊逻辑工具箱的接口功能328

5.6.1 模糊推理系统与C语言的接口328

5.6.2 Matlab模糊逻辑工具箱与Simulink的接口329

5.7 模糊逻辑工具箱的综合应用实例330

5.7.1 二关节机械手的逆运动学建模330

5.7.2 自适应噪声消除332

5.7.3 混沌时间序列预测335

参考文献338

第6章 非线性控制设计模块339

6.1 利用NCD模块求解各种非线性控制设计问题340

6.1.1 具有物理约束和设计约束的非线性系统设计340

6.1.2 控制能量的极小化340

6.1.3 不确定系统的鲁棒控制器设计与仿真340

6.1.4 非线性系统辨识和模型跟随341

6.1.5 自适应控制、多模态控制和增益调度342

6.1.6 其他控制问题343

6.2 NCD模块的使用方法和步骤343

6.2.1 建立NCD闭环系统的方框图343

6.2.2 设置NCD模块的约束条件344

6.2.3 设置优化变量348

6.2.4 优化计算348

6.3 NCD模块的应用实例349

6.3.1 PID控制器的优化设计349

6.3.2 多变量状态反馈系统的优化控制351

6.3.3 二维PI控制器的优化设计354

参考文献355

附录 Matlab函数参考356

附录1 常用命令356

附录2 运算符号与特殊字符357

附录3 语言结构与调试358

附录4 基本矩阵及矩阵处理359

附录5 特殊矩阵360

附录6 数学函数360

附录7 坐标转换361

附录8 矩阵函数361

附录9 数据分析与Fourier变换函数362

附录10 多项式处理函数363

附录11 非线性数值方法363

附录12 稀疏矩阵函数364

附录13 图形绘制365

附录14 特殊图形367

附录15 图形处理368

附录16 GUI（图形用户接口）369

附录17 声音处理370

附录18 字符串处理函数370

附录19 文件输入输出函数371

附录20 位操作371

附录21 复杂数据类型372

附录22 日期与时间373

附录23 动态数据交换373

参考文献373