0.4 MATLAB控制系統工具箱簡介

MATLAB的全稱為Matrix Laboratory（矩陣實驗室），是美國MathWorks公司的產品，是一種將復數數組（陣列）作為計算基本處理單位的高級科學分析與計算軟件。自1984年MathWorks公司推出內核采用C語言編寫的MATLAB軟件以來，經過多年的發展，MATLAB已成為融“語言化”的數值和符號雙重計算能力、強大的數據圖形顯示功能、圖形化控制仿真程序設計功能（SIMULINK）、全方位幫助系統于一體的交互式軟件系統，而且其良好的可擴展性吸引了各個領域的專家學者推出不斷擴大的附屬不同學科的MATLAB工具箱，使之成為國際上最為流行的計算軟件。目前，國際上許多新版高校教科書都重視MATLAB的應用，將其作為分析、計算、設計、仿真研究的基本工具。

MATLAB控制系統工具箱（Control System Toolbox）集成了在MATLAB環境下對線性定常（LTI）連續或離散系統建模、仿真、分析、設計的工具箱函數。這些函數多數為以m作擴展名的M文件，其包含經典控制理論與現代控制理論中線性系統分析的大部分內容。例如，創建LTI系統動態模型（包括狀態空間模型（ss）、傳遞函數模型（tf）、零極點-增益模型（zpk））函數，模型轉換函數，模型降階函數，系統模型連接函數，時域響應（脈沖響應、階躍響應等）分析函數，頻域分析（Bode圖、Nyquist圖、穩定裕度、Nichols圖線）函數，根軌跡分析函數，穩定性分析（時域穩定性分析、李亞普諾夫穩定性分析等）函數，能觀性、能控性分析函數，設計函數（包括極點配置、狀態估計、線性二次型最優控制器設計等）等。另外，MATLAB控制系統工具箱還提供LTI系統分析和設計的圖形界面環境（GUI），支持10種不同類型的系統響應分析的LTI觀測器（LTI Viewer）和用于SISO反饋控制系統補償器設計的圖形設計環境（SISO Design Tool），簡化了典型控制系統的分析和設計過程。而且，MATLAB控制系統工具箱具有可擴展性，用戶可自行編寫M文件創建滿足某種特定需要的控制函數。

MATLAB控制系統工具箱隨著MATLAB的發展而不斷升級。隨MATLAB6.1一起發行的為Control System Toolbox Version5.1（R12.1），其包含的控制工具箱函數清單可在MATLAB命令窗口（Command Windows）輸入聯機幫助指令“help control”獲得，若要進一步查詢其中某一具體的M函數的功能及調用格式，仍可使用help指令獲得在線幫助。另外，也可通過控制系統工具箱附帶的演示軟件（Control System Toolbox Demos）學習一些控制工具箱函數的使用。事實上，MATLAB的全方位幫助系統，為用戶學習、掌握MATLAB語言及其工具箱知識提供了很好的向導。

作為最早的MATLAB工具箱之一的控制系統工具箱，主要是運用經典控制理論與現代控制理論研究LTI系統的函數集合。隨著MATLAB版本的不斷升級，附屬不同學科的MATLAB工具箱不斷加入到MATLAB系統中，在MATLAB6.1軟件包中集成的與控制有關的工具箱除控制系統工具箱之外，還有基于模型化圖形組態的動態系統交互式仿真集成環境Simulink、系統辨識工具箱（System Identification Toolbox）、魯棒控制工具箱（Robust Control Toolbox）、模型預測控制工具箱（Model Predictive Control Toolbox）、模糊邏輯工具箱（Fuzzy Logic Toolbox）、神經網絡工具箱（Neural Network Toolbox）、非線性控制設計模塊庫（Nonlinear Control Design Blockset）等，所包含的內容幾乎涵蓋當前控制系統建模、分析、設計的各個方面，MATLAB已成為控制理論研究及工程應用十分重要的有力工具。