0.4 MATLAB控制系统工具箱简介

MATLAB的全称为Matrix Laboratory（矩阵实验室），是美国MathWorks公司的产品，是一种将复数数组（阵列）作为计算基本处理单位的高级科学分析与计算软件。自1984年MathWorks公司推出内核采用C语言编写的MATLAB软件以来，经过多年的发展，MATLAB已成为融“语言化”的数值和符号双重计算能力、强大的数据图形显示功能、图形化控制仿真程序设计功能（SIMULINK）、全方位帮助系统于一体的交互式软件系统，而且其良好的可扩展性吸引了各个领域的专家学者推出不断扩大的附属不同学科的MATLAB工具箱，使之成为国际上最为流行的计算软件。目前，国际上许多新版高校教科书都重视MATLAB的应用，将其作为分析、计算、设计、仿真研究的基本工具。

MATLAB控制系统工具箱（Control System Toolbox）集成了在MATLAB环境下对线性定常（LTI）连续或离散系统建模、仿真、分析、设计的工具箱函数。这些函数多数为以m作扩展名的M文件，其包含经典控制理论与现代控制理论中线性系统分析的大部分内容。例如，创建LTI系统动态模型（包括状态空间模型（ss）、传递函数模型（tf）、零极点-增益模型（zpk））函数，模型转换函数，模型降阶函数，系统模型连接函数，时域响应（脉冲响应、阶跃响应等）分析函数，频域分析（Bode图、Nyquist图、稳定裕度、Nichols图线）函数，根轨迹分析函数，稳定性分析（时域稳定性分析、李亚普诺夫稳定性分析等）函数，能观性、能控性分析函数，设计函数（包括极点配置、状态估计、线性二次型最优控制器设计等）等。另外，MATLAB控制系统工具箱还提供LTI系统分析和设计的图形界面环境（GUI），支持10种不同类型的系统响应分析的LTI观测器（LTI Viewer）和用于SISO反馈控制系统补偿器设计的图形设计环境（SISO Design Tool），简化了典型控制系统的分析和设计过程。而且，MATLAB控制系统工具箱具有可扩展性，用户可自行编写M文件创建满足某种特定需要的控制函数。

MATLAB控制系统工具箱随着MATLAB的发展而不断升级。随MATLAB6.1一起发行的为Control System Toolbox Version5.1（R12.1），其包含的控制工具箱函数清单可在MATLAB命令窗口（Command Windows）输入联机帮助指令“help control”获得，若要进一步查询其中某一具体的M函数的功能及调用格式，仍可使用help指令获得在线帮助。另外，也可通过控制系统工具箱附带的演示软件（Control System Toolbox Demos）学习一些控制工具箱函数的使用。事实上，MATLAB的全方位帮助系统，为用户学习、掌握MATLAB语言及其工具箱知识提供了很好的向导。

作为最早的MATLAB工具箱之一的控制系统工具箱，主要是运用经典控制理论与现代控制理论研究LTI系统的函数集合。随着MATLAB版本的不断升级，附属不同学科的MATLAB工具箱不断加入到MATLAB系统中，在MATLAB6.1软件包中集成的与控制有关的工具箱除控制系统工具箱之外，还有基于模型化图形组态的动态系统交互式仿真集成环境Simulink、系统辨识工具箱（System Identification Toolbox）、鲁棒控制工具箱（Robust Control Toolbox）、模型预测控制工具箱（Model Predictive Control Toolbox）、模糊逻辑工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）、神经网络工具箱（Neural Network Toolbox）、非线性控制设计模块库（Nonlinear Control Design Blockset）等，所包含的内容几乎涵盖当前控制系统建模、分析、设计的各个方面，MATLAB已成为控制理论研究及工程应用十分重要的有力工具。