Simulink 控制工程教程

从零基础到嵌入式代码部署 — 43 课系统学习路径
覆盖经典控制、现代控制、鲁棒/非线性/MPC、自适应/模糊、物理建模到代码生成

目录

• 效果预览
• 教程总览
• 快速开始
• 前置要求
• 学习路径
• 教程详解
• 学完后能做什么
• 项目结构
• 配套项目
• 贡献指南
• License

效果预览

所有教程一键运行（run_all_tutorials）自动生成的结果图，更多见 docs/images:

PID 闭环控制 (t05)	LQR 最优控制 (t10)
Kalman 滤波 (t12)	PMSM 矢量控制 FOC (t14)

快速开始

第一步：克隆项目

git clone https://github.com/xingd5478-ctrl/simulink-control-tutorial.git

第二步：检查环境

在 MATLAB 中打开项目目录，运行环境检查脚本：

>> check_setup

第三步：开始第一课

>> t00_main_guide            % 查看全部 43 课总览
>> t01_signal_basics         % 第 1 课：正弦波 + 增益 + 示波器

第四步：按学习路径推进

% 基础阶段 (t01-t08) — 不需要额外工具箱
% 经典控制 (t16, t17, t22) — 需要 Control System Toolbox
% 现代控制 (t09-t12) — 状态空间、LQR、观测器、Kalman
% 高级控制 (t18-t21, t23, t24) — 鲁棒、MPC、滑模、自适应、模糊
% 应用部署 (t13, t14, t25, t15) — 电机、Simscape、代码生成
% 综合案例 (t26-t30) — 机器人、建模、DSP、悬挂
% 非线性滤波 (t31-t35) — EKF、UKF、IMU 融合
% Simulink 进阶 (t36-t43) — Stateflow、Bus、模型引用、变体等

% 也可以一键运行全部（比较耗时，建议学完基础后再试）
>> run_all_tutorials

每个脚本会自动创建 Simulink 模型 (.slx) → 配置模块 → 运行仿真 → 生成结果图，你不需要手动搭任何模型。

运行完一课后做什么

1. 双击 Scope 模块 — 查看仿真波形
2. 双击其他模块 — 看看参数是怎么设置的
3. 修改参数 — 比如把增益从 2 改成 5，重新运行看变化
4. 观察生成的 MATLAB Figure — 里面的对比图帮你理解概念

前置要求

新手提示：t01-t08 只需 MATLAB + Simulink，不需要额外工具箱。安装 MATLAB 时勾选 Simulink 即可。运行 check_setup 可以一键检查你的环境是否满足要求。

常见问题 (FAQ)

>> bdclose all     % 关闭所有 Simulink 模型
>> close all       % 关闭所有 Figure

>> t05_pid_control

教程总览

43 个教程，分八个阶段，按学习路径从基础到工业级应用循序递进。

Phase 1 — Simulink 基础与系统动力学 (t01-t08)

Phase 2 — 经典控制设计 (t16, t17, t22)

Phase 3 — 现代控制理论 (t09-t12)

Phase 4 — 高级控制专题 (t18-t21, t23, t24)

Phase 5 — 机电系统与部署 (t13, t14, t25, t15)

Phase 6 — 综合应用案例 (t26-t30)

Phase 7 — 非线性滤波（NEW） (t31-t35)

Phase 8 — Simulink 进阶工程（NEW） (t36-t43)

学习路径

Phase 1      Phase 2       Phase 3       Phase 4         Phase 5       Phase 6       Phase 7        Phase 8
(基础)       (经典)        (现代)        (高级)          (机电)        (综合)        (非线性 NEW!)  (进阶 NEW!)

t01-t08  →  t16 频域  →  t09 状态空间 → t18 辨识  →  t13 DC电机 → t26 运动学 → t31 EKF      → t36 Stateflow
              ├t17 校正     ├t10 LQR     ├t19 H∞    ├t14 FOC    ├t27 建模   ├t32 EKF实战   ├t37 触发使能
              └t22 根轨迹   ├t11 观测器   ├t20 MPC    ├t25 Simscape├t28 DSP    ├t33 UKF       ├t38 Bus信号
                            └t12 Kalman  ├t21 滑模   └t15 代码   ├t29 控制   ├t34 EKFvsUKF   ├t39 模型引用
                                         ├t23 MRAC               └t30 悬挂   └t35 IMU融合   ├t40 变体
                                         └t24 模糊                                           ├t41 回调
                                                                                            ├t42 S-Function
                                                                                            └t43 Model Advisor

教程详解

学完后能做什么

完成全部 43 课，你将具备以下能力：

• 从物理定律推导状态空间模型
• 设计 LQR/Kalman 最优控制器和观测器
• 在 Bode/Nyquist 图上分析稳定性并设计补偿器
• 从实验数据辨识系统模型
• 处理参数不确定性，设计 H∞ 鲁棒控制器
• 为带约束系统设计 MPC 控制器
• 实现滑模控制应对非线性/大扰动
• 用根轨迹法分析极点走向并设计补偿器
• 设计 MRAC 自适应控制器应对参数时变系统
• 搭建模糊逻辑控制系统，不依赖精确数学模型
• 使用 Simscape 进行物理建模，免公式推导
• 连续→离散→C 代码，部署到 STM32 等嵌入式平台
• 理解级联 PI、FOC 矢量控制的工业实践

项目结构

.
├── check_setup.m                 # 新手环境检查（运行开始前先跑这个）
├── t00_main_guide.m              # 教程索引（运行查看全貌）
├── t01-t43_*.m                   # 43 个教程主脚本
├── models/                       # Simulink 模型文件（脚本自动生成）
│   └── tutorial01-tutorial43.slx
├── utils/                        # 共享工具函数
│   └── getSimData.m
├── run_all_tutorials.m           # 一键运行全部教程
├── docs/images/                  # 自动生成的仿真结果图
├── .github/                      # Issue/PR 模板
├── README.md                     # 本文件（中文）
├── README_EN.md                  # English version
├── CHANGELOG.md                  # 更新日志
├── CONTRIBUTING.md               # 贡献指南
├── CODE_OF_CONDUCT.md            # 社区行为准则
├── SECURITY.md                   # 安全政策
└── LICENSE                       # MIT 协议

配套项目

• STM32-MPU6050-System — MEMS 陀螺仪 Allan 方差 + 自适应 Kalman 实物项目
• ebpf-robot-safety — eBPF 实时控制安全监控

贡献指南

欢迎 Issue 和 PR！提 bug、建议新专题、改进文档都算贡献。

• 发现 bug → 使用 Bug Report 模板
• 新专题建议 → 使用 Tutorial Request 模板
• 改进代码/文档 → Fork → 修改 → PR

详见 CONTRIBUTING.md。

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License

MIT — 可自由使用、修改、分发，详见 LICENSE。

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_{邢栋 · 2026}