美国The MathWorks公司推出的MATLAB语言一直是国际科学界应用和影响最广泛的三大计算机数学语言之一。从某种意义上讲，在纯数学以外的领域中，MATLAB语言有着其他两种计算机数学语言Mathematica和Maple无法比拟的优势和适用面。在控制类学科中，MATLAB语言更是科学研究者首选的计算机语言。

　　近十年来，随着MATLAB语言和Simulink仿真环境在控制系统研究与教学中日益广泛的应用，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语言作为首选的计算机工具。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，能轻松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，它可以将使用者从繁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中。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很重要课程――"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。

　　十年前，作者的著作《控制系统计算机辅助设计――MATLAB语言与应用》由清华大学出版社出版。该书受到很多专家学者的关注，并被公认为国内关于MATLAB语言方面书籍中出版最早、影响最广的著作。该书被国内期刊文章和著作引用数千次，被数万篇硕士、博士论文引用，为我国高校师生和研究人员认识和掌握MATLAB语言，并用其解决自己学习、教学科研中遇到的问题起到了积极的作用。

　　多年来，作者一直在试图以最实用的方式将MATLAB语言介绍给国内的读者，并在清华大学出版社、机械工业出版社出版了6部有关MATLAB语言及其应用方面的著作，受到了国内外广大中文读者的普遍欢迎。作者的著作总共有三个大的方向：MATLAB语言与数学运算问题求解、MATLAB语言在控制系统中的应用与MATLAB语言及其在系统仿真中的应用。本书继承了作者早期几部控制领域著作的优点，从使用者的角度出发，并结合作者十数年的实际编程经验和丰富的教学经验，系统地介绍MATLAB语言的编程技术及其在控制系统仿真与计算机辅助设计中的应用。本书先介绍MATLAB语言的基础内容，并以其为主线，系统介绍控制系统的计算机辅助分析与计算机辅助设计的方法。本书覆盖面较广，除了经典控制的内容外，还较深入地探讨了MATLAB语言在状态反馈控制器、多变量系统频域设计、PID控制器设计、最优控制器设计、LQG/LTR控制器设计、H1最优控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制、遗传算法优化控制等方面的应用。本书还将介绍基于dSPACE和Quanser的实时控制系统实验方法。本书尽量避免过于深奥理论的介绍，着重介绍用计算机求解理论问题的方法，提供了大量的MATLAB程序、Simulink封装模块及仿真系统框图，可以用于实现书中介绍的全部内容，所有的程序语句都是可重复的，可以供读者参考和直接使用。书中融合了作者的许多编程思想和第一手材料，内容精心剪裁，相信仍然会受到读者的欢迎。

作者从1988年开始系统地使用MATLAB语言进行程序设计与科学研究，积累了丰富的第一手经验，也了解MATLAB语言的最新动态。作者用MATLAB语言编写的程序曾作为英国Rapid Data 软件公司的商品在国际范围内发行，新近编写的几个通用程序在The MathWorks公司的网站上可以下载，其中反馈系统分析与设计程序CtrlLAB长期高居控制类软件的榜首，已经用于国际上很多高校的实际教学。

本书的大部分内容在东北大学自动化专业本科生课程"控制系统仿真与CAD"与研究生课程"控制系统计算机辅助设计"中讲授过，受到普遍欢迎。本书配有全套的、适用于计算机辅助教学的CAI课件材料及其他相关材料。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展开介绍。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。

本书主要介绍目前最新的MATLAB 7.1版， 即MATLAB Release 14 Service Pack 3，但相应的内容对MATLAB及相关工具箱的版本依赖程度不高，所以这里介绍的算法函数绝大多数均可以在MATLAB 6.x甚至更早期版本下正常运行。

在本书编写过程中，作者的一些师长、同事和朋友也先后给予作者许多建议和支持，包括英国Sussex大学Derek P. Atherton教授、东北大学任兴权教授和徐心和教授、美国Utah州立大学陈阳泉博士、东北大学信息学院院长刘建昌教授、北京交通大学朱衡君教授、英国Sussex大学杨泰澄博士、中科院系统科学研究院韩京清研究员、南开大学王治宝教授、中科院科学与工程计算国家重点实验室张林波研究员、中科院上海应用物理研究所陈之初先生等，还有在互联网上进行过交流的众多知名的和不知名的同行与朋友。本书部分内容及仿真模型由博士生潘峰、陈大力、高道祥、李殿起编写，教学文件由哈尔滨工程大学张望舒同学、东北大学研究生解志斌、鄂大志同学协助开发，在此表示深深的谢意。

本书由哈尔滨工业大学张晓华教授主审，承蒙张老师的仔细审读并得到许多建设性建议。本书编写过程中一直得到本系列教材编委会副主任、清华大学萧德云教授的关注与帮助，本书从初版开始就得到清华大学出版社蔡鸿程主编的帮助与关怀，本书的出版还得到了美国The MathWorks公司图书计划的支持，在此表示谢意， 并特别感谢Noami Fernandez女士、Courtney Esposito先生为作者提供的帮助。

由于作者水平所限，书中的缺点和错误在所难免，欢迎读者批评指教。

谨以此书献给数十年来一直全心全意培养我支持我的父母。

薛定宇

2005 年10 月1 日

于沈阳东北大学 

第一版前言

控制系统计算机辅助设计(CACSD)从成为一门单独的学科以来至今已经有二十多年的历史，在其发展过程中出现了各种各样的实用工具和理论成果。CACSD课程是高校自动控制类专业研究生的一门重要课程，可选用的教材也很多，但由于其中大部分教材出现得较早，已经不能反映当代CACSD领域的最新成果。

MATLAB语言的出现不但对CACSD算法的研究，也对其他CACSD软件环境的开发起到了巨大的推动作用，它已经成为国际控制界应用最广的语言和工具了。该软件早期版本80年代末传入我国以来，在高校中已经有了一些应用，但大部分用户苦于没有该软件相应的资料，难于系统地掌握该语言，有效地解决自己遇到的实际问题。

作者从1988年开始接触MATLAB，使用过早期和现代的各个版本，曾用MATLAB为基础开发过几个商品软件，并在研究中一直使用MATLAB作为主要工具，所以熟悉MATLAB的特点及编程。

1995年作者受辽宁省系统仿真学会邀请，在'95中国自动化教育学术年会后于秦皇岛举办"MATLAB语言与控制系统计算机辅助设计新技术"讨论班，并为该讨论班编写了试用讲义，这就是本书的雏形。在该讲义的编写和整理过程中作者还在东北大学自动控制系研究生的"控制系统计算机辅助设计"课程中试用过其中的大部分章节，并在自控系本科生"系统仿真"课程中也试用过其中部分的内容，得到了较好的反映。

本书大致分为两个部分，前一个部分系统地介绍了MATLAB语言编程与应用，侧重于介绍MATLAB语言编程基础与技巧、数值分析算法及MATLAB实现、动态系统的数学模型及仿真工具Simulink等，最后还以作者开发的一个控制系统计算机辅助教学软件Control Kit为例，介绍利用MATLAB进行Windows图形界面设计的方法，其中既包含了MATLAB软件的入门知识，也介绍了其应用的高级技术，融合了作者多年来的实际编程经验和体会。第二个部分以MATLAB语言及其相应工具箱为主要手段介绍并探讨了经典的和当前最新的控制系统计算机辅助设计方法，包括多变量系统的频域设计、自整定PID控制方法、定量反馈理论、经典设计方法、状态空间LQ及LQG/LTR设计、H1最优控制等。 

本书可作为自动控制类专业的研究人员参考, 也可作为高校该类专业的研究生与高年级本科生控制系统计算机辅助设计课程的教材和参考书，还可供其他专业的学生和科技工作者、教师作为自动控制原理、系统仿真等课程的实验辅助教材，以及科学计算与图形绘制等方向的工具和参考书。

本书由东北大学研究生院副院长徐心和教授主审。本书从酝酿到整个写作过程始终得到徐老师的鼓励和支持，他仔细地阅读了全书原稿，并提出了许多建设性的宝贵意见。作者还感谢他的导师，原IEEE控制系统委员会主席，英国Sussex大学Derek Atherton教授，是他将作者引入MATLAB编程的乐园，并指导作者涉足先进的CACSD方法。几年来和他们的合作与学术交流使作者受益匪浅，他们严谨的学风与敬业精神亦对作者有很深的影响。

作者在国外学习工作期间的一些同事和朋友也给予作者许多建议和鼓励，使作者获得许多有益的信息与材料，在这当中包括现英国威尔士Swansea大学的庄敏霞博士、上海同济大学的赵之凡副研究员、英国Sussex大学的姚莉华博士等。本书试印本完成以来还得到很多国内外同行的建议和意见，在此一并表示最诚挚的谢意。

本书写作过程中承蒙东北大学控制仿真研究中心主任李彦平博士等同事的大力支持和鼓励，在此作者表示衷心的感谢。

本书承蒙清华大学自动化系主任、中国自动化学会教育委员会主任胡东成教授的大力推荐，在出版过程中又得到清华大学出版社蔡鸿程副社长的关怀和帮助，在此作者深表谢意。

本书写作与出版部分得到国家教委留学回国人员基金和辽宁省博士启动基金资助。

几年来，作者的妻子杨军在生活和事业上给予了作者莫大的帮助与鼓励，作者谨以此书献给她和女儿薛杨。

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。

薛定宇

1996年3月于东北大学