【正文】 構(gòu)域間相互作用方法的研究 [D]. 吉林大學(xué) 2020. [10]王震 . 嵌入式 GUI 構(gòu)件庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]. 浙江大學(xué) 2020. 三、設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計(jì)或研究內(nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求。 能夠?qū)?shí)驗(yàn)平臺(tái)的輸出結(jié)果做出效果評(píng)價(jià)。與被控對(duì)象的聯(lián)系和部件間的聯(lián)系，可以是有線方式，如通過電纜的 模擬信號(hào) 或 數(shù)字信號(hào) 進(jìn)行聯(lián)系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、 無線電波 、光波等進(jìn)行聯(lián)系。如果這種試驗(yàn)是在計(jì)算設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的，就稱為計(jì)算機(jī)仿真。系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型采用 傳遞函數(shù) 表示，系統(tǒng)的分析和綜合方法主要是基于根軌跡法和頻率法。傳統(tǒng)控制通常認(rèn)為 模型 是已知的或經(jīng)過辨識(shí)可以得到的，對(duì)于不確定性的模型 ，傳統(tǒng)控制難以滿足要求。 三、研究目標(biāo) 基于 MATLAB7 的 GUI（圖形用戶接口）程 序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)。 五、研究方法與手段 理論基礎(chǔ)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制原理， MATLAB 輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真，電氣控制與可編程控制器的原理與應(yīng)用。完成基于 MATLAB 7 的 GUI 仿真平臺(tái)程序 M 文件設(shè)計(jì)。 — 對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，并得出結(jié)論。然而搭建計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ,需要購買特定的實(shí)驗(yàn)儀器 ,這將大大地增加教學(xué)成本。 該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配置要求低、操作簡單容易 ,并完全配合《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》的教學(xué)內(nèi)容 ,其展示的結(jié)果和曲線都是根據(jù)輸入的參數(shù)計(jì)算獲得 ,在 可視性、互動(dòng)性和科學(xué)性方面具有突出優(yōu)勢。s understanding of puter control system. However, Building the corresponding platform of these experiments requires some specific instruments, which greatly increases the cost of instruction. Thanks to the development of science and technology, a virtual instrument technology that bines the technologies of puter science, digital signal processing, software engineering and standard bus, has provided a new solution. We could take advantage of the powerful puter and image processing capabilities of puters, and use them to build up a virtual experiment system of puter control theory for instructional use. The virtual experimental system of puter control system has MATLAB as its development environment with the bined usage of control design and simulation toolkit, and uses this software39。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的成本大幅度降低，另一方面計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)理論的分析方式和設(shè)計(jì)方法正不斷地日臻完善，因此運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的離散控制方法逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)連續(xù)化控制方法成為未來發(fā)展方向。1947 年 MIT Radiation Laboratory 的霍爾維茲 ()研究 SCR584 雷達(dá)控制系統(tǒng)的過程中， 提出通過引入了一種變換方法進(jìn)行離散序列的處理方法，大大簡化了運(yùn)算步驟，進(jìn)而發(fā)展起了脈沖控制系統(tǒng)理論 。 控制系統(tǒng)意味著通過它可以按照所希望的方式保持和改變機(jī)器、機(jī)構(gòu)或其他設(shè)備內(nèi)任何感興趣或可變化的量。 北京理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 MATLAB 它具有豐富的可用于控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的函數(shù)， MATLAB 的控制系統(tǒng)工具箱提供對(duì)線性系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和建模的各種算法； MATLAB 提供了交互式操作的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。從教學(xué)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的角度上講 ,由于課程中的很多作業(yè)往往需要復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算 ,筆算解答較為繁瑣甚至無法實(shí)現(xiàn) , 而利用 MATLAB 快速精確地對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)、調(diào)試和分析 ,避免了教學(xué)中將大量精力停留在復(fù)雜的數(shù)學(xué)表達(dá)式上 , 有助于學(xué)生理解抽象的概念 ,理清解題思路和方法 ,接收到更多的信息 ,有效地增大課堂容量 ,在和諧和充滿啟發(fā)的教學(xué)氛圍中 , 提高 課程的實(shí)踐效果和效率。因此，有必要在實(shí)驗(yàn)前使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、控制系統(tǒng)模型、可調(diào)參數(shù)等有足夠的了解。生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使完成某種特定功能的各事物相互之間產(chǎn)生了一定的聯(lián)系，形成各種各樣的系統(tǒng)。 仿真技術(shù)是以相似原理、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)北京理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究的一門學(xué)科綜合性技術(shù)。物理模型仿真是以物理過程相似、幾何尺寸相似及環(huán)境條件相似為基礎(chǔ)的仿真。而數(shù)學(xué)仿真不僅經(jīng)濟(jì)、方便、而且通用性強(qiáng)，在一定程度上滿足了小系統(tǒng)或簡單系統(tǒng)的仿真。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 雖然控制規(guī)律靈活多樣，改動(dòng)方便；控制精度高，抑制擾動(dòng)能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn) 最優(yōu)控制 ；能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工況顯示，控制效率高；控制與管理一體化，進(jìn)一步提高自動(dòng)化程度。而系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)模型主要用狀態(tài)空間描述。 (三 )復(fù)雜的任務(wù)要求在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，控制任務(wù)往往要求輸出量為定值或者要求輸出量跟隨期望的 運(yùn)動(dòng)軌跡，因此控制任務(wù)比較單一。對(duì)仿真平臺(tái)做了簡單的分析，并由此指出了本次研究的主要內(nèi)容。 第四章是對(duì)本課題的總結(jié)與展望，分析該設(shè)計(jì)的不足并提出改進(jìn)措施。 MATLAB 的應(yīng)用非常廣泛，在很多領(lǐng)域都有著重要的地位，在大學(xué)高等數(shù)學(xué)教學(xué)上可以作為輔助工具來進(jìn)行教學(xué)。 MATLAB 是國際上最流行的科學(xué)與工程計(jì)算的軟件工具，有人稱它為 “第四代 ”計(jì)算機(jī)語言，它在國內(nèi)外高校和研究部門正扮演著重要的角色。MATLAB 系統(tǒng)由五個(gè)重要部分組成： MATLAB 的語言體系、 MATLAB 的工作環(huán)境、圖形系統(tǒng)、 MATLAB 的數(shù)學(xué)函數(shù)庫、 MATLAB 的應(yīng)用程序接口（ API）。 ，語句簡便，內(nèi)涵非常豐富：在 MATLAB 中的用戶文件可用做庫函數(shù)來調(diào)用，用戶可根據(jù)自身開發(fā)的需要方便地簡歷和擴(kuò)充新的庫函數(shù)，以提高其使用效率和擴(kuò)充它的功能。還有在圖中標(biāo)出斜軸標(biāo)注、圖題、格（柵）繪制等也只需要調(diào)用相對(duì)應(yīng)的命令即可，簡單易行。 (3)圖形功能強(qiáng)大。 (5)擴(kuò)展性強(qiáng)。 (2)工作空間游覽器 (Workspace)工作空間窗口是 MATLAB 一個(gè)變量管理中心，可以顯示變量的名稱、數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)、該變量的字節(jié)數(shù)及其類型，同時(shí)用不同的圖標(biāo)表示矩陣、元胞數(shù)組、字符數(shù)組、構(gòu)架數(shù)組等變量類型。 (5))幫助游覽器 (Help Browser ) 的幫助窗口非常全面，該軟件 的所有內(nèi)容選擇 MATLAB 主窗口中 Help 下拉菜單中的前四項(xiàng)命令中的任何一項(xiàng)， 幾乎均可進(jìn)入幫助窗口。 (3)變量名長度不超過 31 位 ,超過 31 位的字符系統(tǒng)將忽略不計(jì)。見表 21 所示。 取消運(yùn)行顯示 , 區(qū)分列 （） 指定運(yùn)算優(yōu)先級(jí)別 ... 續(xù)行號(hào) “ 字符號(hào)的標(biāo)示符號(hào) % 注釋語句 向量、矩陣與數(shù)組 1. 向量的生成 在 MATLAB 中 ,生成向量最簡單的方法就是在命令窗口中按一定格式直接輸入。把矩陣的元素直接排列到方括號(hào)中 ,每行內(nèi)的元素用空格或逗號(hào)相隔 ,行與行之間的內(nèi)容用分號(hào)相隔。4 5 6]生成 2x3 二維數(shù) 組 。 (1)A⑴ 表示訪問數(shù)組 A 的第 i 個(gè)元素 。 (5)A (i: end)表示訪問數(shù)組 A 中從第 i 個(gè)元素一直到最后的元素。 (3)當(dāng) X 是一個(gè)字符型單元數(shù)組 ,sort(X)命令將 X 中的元素按 ASCII 碼進(jìn)行升序排列。二是 M 文 件工作方式。 m文件 ： 在命令窗口中選擇 filenewmfile,或者直接點(diǎn)擊工具欄上第一項(xiàng)白頁 ,系統(tǒng)打開編輯器。作為所有關(guān)系和邏輯表達(dá)式的輸入 ,MATLAB 把任何非零數(shù)值當(dāng)作真 ,而只把0 當(dāng)作假 ,所有關(guān)系和邏輯表達(dá)式的輸出 ,當(dāng)結(jié)果為真時(shí) 輸出為 1。二是使用 sym 函數(shù)將整個(gè)表達(dá)式集體定義。) 符號(hào)方程是有函數(shù)和等號(hào)組成的等式。 sin(x) +cos(x) =0 ) (1)符號(hào)表達(dá)式的四則運(yùn)算 例 在命令窗口中輸入如下命令 ,并按 Enter 健確認(rèn)。 如 :.limit(sort(x)3A(1 /x),x,0,39。 控制命令 (1)循環(huán)命令 當(dāng)遇到許多有規(guī)律的重復(fù)運(yùn)算時(shí) ,MATLAB 提供了循環(huán)語句 ,可以讓用戶很北京理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 方便的實(shí)現(xiàn)循環(huán)操作。 例 for 循環(huán)的使用 forj=l :1:81 x(j)=j^2。同樣 ,也可以利用 break 命令跳出 while 循環(huán)。 end (3) switch 語句 (選擇結(jié)構(gòu) ) 其語句格式為 : witch 開關(guān)表達(dá)式 case 表達(dá)式 1 語句組 1 case 表達(dá)式 2 語句組 2 case 表達(dá)式 n 語句組 n otherwise 語句組 n+1 end MATLAB 的繪圖功能 北京理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 MATLAB 被廣泛接受的一個(gè)重要原因便是提供了十分方便的一系列繪圖命令 。 (3)plot(x,y,s。 (5)ezplot(f,[a,b])命令可以用來作符號(hào)函數(shù)在 [a,b]區(qū)間的圖形。 1) mesh(x,y,z,c)。shading interp 表示在各片之間使用插值 ,使得圖形表面變得最光滑 4) light:對(duì) 圖形進(jìn)行光照處理。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù) 從被控對(duì)象的實(shí)際特性出發(fā)，直接根據(jù)采樣系統(tǒng)理論來設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，這樣的方法稱為數(shù)字控制。典型的數(shù)字控制系統(tǒng)原理 如圖 32 所示。但是，偏差脈沖傳遞函數(shù) ??zWe是隨不同的典型輸入而改變的， ??zWB 則根據(jù)系統(tǒng)的不同要求來決定。如果 D(z)在物力上不能實(shí)現(xiàn)，則需要重新設(shè)計(jì)數(shù)字控制器 D(z)。否則就會(huì)出 現(xiàn)要求數(shù)字控制器有超前輸出，這是無法實(shí)現(xiàn)的。 最小拍有紋波系統(tǒng)的仿真 在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，當(dāng)偏差存在時(shí)，總是希望系統(tǒng)能盡快地消除偏差，使輸出跟隨輸入變化；或者在有限的幾個(gè)采樣周期內(nèi)即可達(dá)到平衡。在數(shù)字控制過程中，一個(gè)采樣周期稱為 1 拍。 下邊結(jié)合例子介紹 D（ z）的設(shè)計(jì)方法。 采樣周期參數(shù)設(shè)定如下： 圖 34 最小拍有紋波算法下采樣周期設(shè)定窗口 圖 34 最小拍有紋波算法下采樣周期設(shè)定窗口。如果采樣間隔太小 ,則對(duì)定長的時(shí)間系統(tǒng)來說其數(shù)字序列就很長 ,計(jì)算工作量迅速增加 。 控制器設(shè)定窗口： 北京理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 35 最小拍有紋波算法下控制器 D（ z） 的設(shè)定 圖 35 為 最小拍有紋波算法下控制器 D(z)的設(shè)定，分別對(duì)其分母分子進(jìn)行賦值。 當(dāng)改為階躍輸入時(shí)： 圖 312 最小拍有紋波算法下的輸入為階躍函數(shù)的運(yùn)行圖 輸出序列為 y(0)=0,y(1)=2, y(2)=1, y(3)=1, y(4)=1… 。 一般地說，盡管最小拍系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)方便和易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在有一些缺點(diǎn)。但用 D(z)來抵消的零點(diǎn)是不可靠的，因?yàn)?D(z)中的參數(shù)由于計(jì)算上的誤差或漂移會(huì)造成抵消不完全的情況，這將有可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，所以 W1(z)的不穩(wěn)定極點(diǎn)常由 We(z)來抵消。因此，廣義對(duì)象 W1(z)中的單位圓外零點(diǎn)和 z1因子，還必須在所設(shè)計(jì)的閉環(huán)沖傳遞函數(shù)，這將導(dǎo)致調(diào)整時(shí)間的延長。 產(chǎn)生紋波的原因是，在零階保持器的輸入端，也就是數(shù)字控制器的輸出采樣開關(guān)后達(dá)不到相對(duì)穩(wěn)定，即 u(k)值不穩(wěn)定，因而使系統(tǒng)輸出 y(t)在采樣點(diǎn)之間產(chǎn)生波動(dòng)。 最小拍無紋波數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)原則要求：系統(tǒng)在典型信號(hào)的作用下，經(jīng)過北京理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 盡可能小的節(jié)拍（一般為 1— 3 個(gè)采樣周期）后，系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且采樣點(diǎn)之間沒有紋波。 當(dāng)取采樣周期 T= 時(shí)，滿足控制器要求且三拍系統(tǒng)無波紋，達(dá)到無波紋輸出時(shí) t=，但考慮到 AD