【正文】 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 33 str0=num2str(Settingtime)。,str) %顯示上升時間 i=length(t)。s39。 while y(n)*C %通過循環(huán)，求取輸出第一次到達(dá)終值的 90%時間 m=m1。String39。 str=[str0,39。,str)。s39。MarkerSize39。MarkerFaceColor39。MarkerEdgeColor39。,)。 plot([0 tp],[Y Y],39。r39。Linewidth39。Value39。 set(,39。,str)。 %單位階躍輸入 essp=StepC。)。 %標(biāo)志，用來確定系統(tǒng)是開環(huán)還是閉環(huán)， fla=1是閉環(huán)， fla=0是開環(huán) save(39。 set(,39。)。String39。 num=str2num(get(,39。 ischar(varargin{1}) = str2func(varargin{1})。gui_Callback39。gui_OutputF39。gui_Singleton39。 %線型系統(tǒng)時域分析界面的源程序 function varargout = Time_Reponse(varargin) gui_Singleton = 1。 function Modify_Callback(hObject, eventdata, handles) close(gcf) Modify function OK_Callback(hObject, eventdata, handles) close(gcf) Time_Reponse。 function varargout = dianxinghuanjie_OutputF(hObject, eventdata, handles) varargout{1} = 。center39。 end if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainf(gui_State, varargin{:})。, [])。, dianxinghuanjie_OutputF, ... 39。, gui_Singleton, ... 39。 gui_State = struct(39。 圖 49 控制系統(tǒng)校正實驗圖 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 26 圖 410 超前 校正前后系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲 線 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 27 圖 411 滯后校正前后系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線 5 結(jié)論 經(jīng)過幾個月的努力，我最終完成了基于 MATLAB的自動控制原理虛擬實驗平臺的開發(fā)，對自動控制原理的幾個實驗都較好的進(jìn)行了仿真，通過仿真圖形的分析，加深了對自動控制原理的深入的了解，被 MATLAB的強(qiáng)大功能所吸引，已經(jīng)較為熟練地掌握了 MATLAB的一些功能操作，對 MATLAB的程序語言更為的熟悉與了解?？刂葡到y(tǒng)校正根據(jù)校正裝置的特性可以分為超前校正、滯后校正、滯后 超前校正 、 串聯(lián)校正 以及反饋校正。要研究頻域法的特性可以通過頻域特性曲 線進(jìn)行研究，包括曲線的形狀及其特征量。 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 21 圖 45 開環(huán)根軌跡曲線 當(dāng)我們改變參數(shù)，我們會得出一些根軌跡的性能結(jié)論分析。 在 MATLAB中采用函數(shù) pzmap（）繪制系統(tǒng)零點(diǎn)，輸入“ rlocus（ GH）”可得到我們需要的 根軌跡圖。Y(t)39。39。188。206。String39。 str=[str0,39。 %顯示調(diào)節(jié)時間 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 18 %的時間點(diǎn) hold off [F,h]=findpeaks(y)。m39。k39。o39。]。 end Settingtime=fix(100*t(i))/100。String39。 str=[str0,39。 end m=k。 set(,39。 str0=num2str(M)。 set(,39。 %畫出峰值時間點(diǎn) str0=num2str(tp)。k39。k39。o39。,39。Linewidth39。 tp=fix(t(k)*100)/100。 [y,t]=step(feedback(G,1))。 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 16 [y,t]=step(G)。 %獲取控件 Tag屬性為 edit2的控件里面的數(shù)值作為分母 load(39。))。Value39。 set(,39。右鍵單擊任一圖形對象，在彈出的快捷菜單中點(diǎn)擊 View Callbacks，在點(diǎn)擊 Callback命令 ，這時將自動打開一個 M文件，這個時候就可以在各控件相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)區(qū)內(nèi)修改對應(yīng)的程序代碼。 本時域分析法的設(shè)計以典型輸入的單位脈沖輸入、單位階躍輸入以及 單位斜坡輸入為主的輸入，來觀察各個的響應(yīng)曲線進(jìn)行分析，通過階躍響應(yīng)性能指標(biāo)（包括峰值時間、調(diào)節(jié)時間、上升 時間、超調(diào)量）來研究問題和分析問題，主要針對一階或二階系統(tǒng)。,hObject,eventdata,guidata(hObject)) 最后我們再一次保存設(shè)計好的 ， 選擇工具欄上的運(yùn)行按鈕， 同時也自動生成了 。,hObject,eventdata,guidata(hObject)) （ 4）菜單實驗四的 Callback屬性： dianxinghuanjie(39。,hObject,eventdata,guidata(hObject)) （ 3）菜單實驗三的 Callback屬性： dianxinghuanjie(39。,hObject,eventdata,guidata(hObject)) （ 2）菜單實驗二的 Callback屬性： dianxinghuanjie(39。 （ 1）菜單實驗一的 Callback屬性： dianxinghuanjie(39。我們可以發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)建某個菜單項后，圖框的右邊就會顯示該菜單的相關(guān)的屬性，我們可以在這里設(shè)置好我們的屬性，我們先創(chuàng)建四個一級菜單 ，分別在右邊 Label屬性中修改為實驗一、實驗二、實驗三和實驗四，再在各自的子菜單中的屬性項里修改為線性系統(tǒng)時域分析、線型系統(tǒng)根軌跡分析、線性系統(tǒng)頻域分析和控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正實驗。之后在 String的屬性下分別改成線型系 統(tǒng)時域分析、線型系統(tǒng)頻域分析、線性系統(tǒng)根軌跡分析、控制系統(tǒng) 校正實驗 。 該界面有四個窗口空間組成組成，在各自的窗口中我們可以通過圖形用戶界面可以很方便的了解自動控制原理的幾個典型的實驗?zāi)Ｐ停旅嫖覀儊斫榻B主界面的設(shè)計，具體步驟如下： 首先我們點(diǎn)擊 MATLAB界面工具 欄上的快速啟動圖標(biāo)，可以直接 啟動一個 GUIDE的集成開發(fā)環(huán)境的對話框，或者在 file 菜單中點(diǎn)擊 new，在點(diǎn)擊 GUI 也是可以，當(dāng)然了直接在命令窗口（ Command Window）上輸入 GUIDE命令也是可以的，最好的啟動方式還是第一種方法。 該設(shè)計的虛擬實驗平臺包括三級界面，第一級界面就是我們的主界面，由主界面可以進(jìn)入到第二級界面，包括線性系統(tǒng)時域分析 界面、線性系統(tǒng)頻域分析界面、線性系統(tǒng)根軌跡分析界面控制系統(tǒng) 校正實驗界面。 （ b）虛擬實驗平臺繪圖功能：通過參數(shù)的設(shè)定，我們可以得到我們所想要的響應(yīng)曲線或是波形圖等其他仿真圖形。 自動控制原理的主要內(nèi)容包括控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、時域分析法、根軌跡分析法、頻域分析發(fā)以及控制系統(tǒng)校正與綜合等方面知識。同時自動控制原理技術(shù)的應(yīng)用范圍現(xiàn)在已擴(kuò)展到生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等生活中的其他領(lǐng)域，成為人們生活當(dāng)中不可或缺 的一部分。 （ d） 對象瀏覽器（ Object Browser）：可以觀察當(dāng)前設(shè)計階段的各個句柄圖形對象。 如下圖 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 7 圖 21 GUI 的初始化界面 如果沒有設(shè)計好的可視化圖形文件，我們要選擇空白的可視化文件，即 Blank GUI（空白），然后點(diǎn)擊 OK按鈕，就會顯示出 GUI設(shè)計窗口，如下圖 22。 GUI 圖形用戶 界面的 打開 在 MATLAB中打開 GUI可以以下的操作方法 （ 1） 選擇菜單欄上的“ File”選項，再選擇“ New”選項，最后得到“ GUI”命令。 GUIDE在 GUI設(shè)計過程中直接自動生成了 .m文件框架，它所具有的優(yōu)點(diǎn)如下： （ a） .m文件在 .fig文件生成的同時就已經(jīng)生成了一些必要的代碼 。根據(jù)我們所想要的圖形用戶界面對象，我們可以設(shè)計出界面非常友好、操作相當(dāng)方便的圖形用戶界面。 GUI 簡單介紹 與 可視化接口環(huán)境 GUI 概念介紹 由菜單、窗口、對話框等各種圖形元素構(gòu)成的用戶界面被叫做圖形用戶界面，英文名稱是Graphical User Interface，簡稱 GUI。 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 5 毋庸置疑， MATLAB的功能相當(dāng)強(qiáng)大，可以用于數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真以及圖形處理 ，同時具有內(nèi)容強(qiáng)大的工具箱進(jìn)行設(shè)計開 發(fā)。 2 自動控制原理虛擬實驗平臺總體概述及其實現(xiàn)工具介紹 MATLAB 工具介紹 我們在設(shè)計自動控制原理虛擬實驗平臺的時候需要用到 MATLAB設(shè)計工具，以此搭建我們所想要的虛擬實驗平臺，為了對后面更好地的設(shè)計 與實驗 ，我們需要了解 MATLAB的發(fā)展歷史 以及它的功能，掌握軟件的實際操作原理。通過MATLAB/GUI設(shè)計和開發(fā)自動控制原理虛擬實驗平臺，不但能很好地解決傳統(tǒng)實驗存在的問題，加深滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 4 對自動控制原 理理論課程內(nèi)容的理解，更能使學(xué)生擺脫復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式 ，對新知識產(chǎn)生濃厚的探索興趣。 為了改變這種現(xiàn)象 ，我們 通過 利用 MATLAB中的具有可視化編程能力的圖形用戶界面 （簡稱 GUI）和控制系統(tǒng)工具箱中的 有關(guān)的豐富的庫函數(shù)等，開發(fā)出了 基于 MATLAB的自動控制原理虛擬實驗平臺。目前相當(dāng)多的大學(xué)高校的實驗教學(xué)仍處于傳統(tǒng)模擬實驗階段，通過利用集成封閉的傳統(tǒng)實驗箱，將相應(yīng)的有源網(wǎng)絡(luò)模塊整個連接成了典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)，然后施加典型信號，通過示波器仔細(xì)觀察實驗結(jié)果。在理論的學(xué)習(xí)中，由于理論概念太過抽象、計算量大等難題，給現(xiàn)代教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來了諸多的不便，而實驗課對相關(guān)的實驗課程和理論作出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)演示、分析以及論證，大大地提高了學(xué)生對自動控制理論的理解，但傳統(tǒng)實驗課由于受到實驗資源不足、設(shè)施簡單、儀器誤差較大等原因，為教學(xué)實施帶來了影響，因此，我們利用 MATLAB中的圖形用戶界面設(shè)計功能（ GUI）建立虛擬實驗平臺來研究自動控制原理，不僅提高了實驗教學(xué)的效率，改善了實驗精度，而且大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和增強(qiáng)了處理問題的能力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人類社會工業(yè)化的推進(jìn)，自動控制原理和技術(shù)已經(jīng)在宇宙航空、機(jī)器人操作、環(huán)境治理、核能研究等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，成為了人類 社會和人們生活中不可或缺的一部分。它的典型特點(diǎn)是概念比較抽象，數(shù)字含量巨大，計算相當(dāng)復(fù)雜，從而導(dǎo)致學(xué)生比較難于理解和消化，實驗是理解和消化相關(guān)課程內(nèi)容的非常重要的途徑。（ 3）因為 元件 的 非線性等 一些元素，導(dǎo)致了 實驗結(jié)果與理論知識差異較大 ，相距甚遠(yuǎn) 。 MATLAB是面對科學(xué)計算的高性能可視化編程仿真軟件， GUI是一種的圖形用戶界面。 本文要求 通過自動控制原理虛擬實驗平臺實現(xiàn) 線型系統(tǒng)的時域分析、線性系統(tǒng)的根軌跡分析、線型系統(tǒng)的頻域分析、控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正實驗，然后重點(diǎn)介紹線性系統(tǒng)的時域分析的具體的原理、方 法、實現(xiàn)的功能、實驗操作過程以及仿真圖形。自推廣以來，得到了社會上的普遍認(rèn)同以及廣泛的應(yīng)用，發(fā)展至今推出了各種版本，里面的功能越來越豐富和強(qiáng)大，同時它的語言易于掌握，所以深受各大高等學(xué)校的喜愛以及科學(xué)研究人員的使用，尤其在歐美高校， MATLAB軟件的使用成為了學(xué)生的必備的學(xué)習(xí)技能。 對于簡單的控制系統(tǒng)來說，我們可以利用相關(guān)的函數(shù)和相關(guān)的線性方程進(jìn)行求解，但對更為復(fù)雜的系統(tǒng)來說，我們之前的方法就不可以實現(xiàn)了，所以則必須使用 Simulink進(jìn)行仿真與分析。 MATLAB作為一款強(qiáng)大的科學(xué)計算軟件，同時也提供了 圖形用戶界面設(shè)計的功能，它包括了三類圖形用戶界面對象，包括用戶界面控件對象、下拉式菜單對象和快捷菜單對象。 GUIDE將所有設(shè)計好的 GUI 設(shè)計模型 保存在一個 .fig文件當(dāng)中，并且同時生成了 .m文件，對于 .fig 文件設(shè)計，它包括滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 6 了 GUI圖形窗口以及圖形窗口對象，對于 .m文件而言，它包括了 GUI設(shè)計、控制函數(shù)及其定義為子函數(shù)的用戶控件回調(diào)函數(shù)。 （ d）提供了管理全局變量 的便利途徑 。 MATLAB軟件為 GUI圖形用戶界面設(shè)計總共準(zhǔn)備了 4種模板 ，包括 Blank GUI（默認(rèn)）、 GUI with Uicontrols（帶控件對象的 GUI模板）、 GUI with Axes and Menu（帶坐標(biāo)軸與菜單的 GUI模板）與Modal Question Dialog（ 帶模式問話對話框的 GUI模板 ）。 （ c） 位置調(diào)整工具（ Alignment Tool）：多個對象通過該工具左右、上下進(jìn)行位置進(jìn)行調(diào)整。 自動控制原理簡單介紹 隨著計算機(jī)技術(shù)的飛快的發(fā)展和廣泛的應(yīng) 用，自動控制原理理論和技術(shù)在宇宙航空、機(jī)器人控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)衛(wèi)星發(fā)射和核能 等 高科技領(lǐng)域方面的應(yīng)用越來越廣泛。同時大學(xué)階段的學(xué)習(xí)已經(jīng)把自動控制原理當(dāng)作一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，尤其是電氣自動化、電力系統(tǒng)、船舶與海洋工程等相關(guān)的專業(yè)都已經(jīng)開設(shè)了這門課程 。在設(shè)計過程中，我們首先要確定一個總體框架