【正文】 要真正實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、 仿真、數(shù)據(jù)分析等，非常困難。 當(dāng)然在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們也有許多不足之處：由于在畢業(yè)設(shè)計(jì)初期全局考慮不夠周全，把實(shí)驗(yàn)報(bào)告的生成考慮的不夠細(xì)致，導(dǎo)致在最后生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，不得不把實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分安排在每個(gè)分析實(shí)驗(yàn)的界面之下；本來(lái)打算把編寫的軟件 36 進(jìn)行打包生成可執(zhí)行文件，由于時(shí)間倉(cāng)促也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)；關(guān)于 MATLAB 與 C 語(yǔ)言等其他高級(jí)語(yǔ)言的接口問(wèn)題也沒(méi)有涉及，總之本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也還有較多的需要完善的地方。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)建模這一塊我們重在介紹如何通過(guò) MATLAB 工具求取系統(tǒng)每個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，然后通過(guò)一定的算法得到總傳遞函數(shù)。 我們由實(shí)驗(yàn)報(bào)告生成模塊中知道：實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)原理與目的（圖 ）、實(shí)驗(yàn)步驟（圖 ）、和實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖 和圖 ）。該系統(tǒng)是中文界面， 具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。,39。,39。)。Label39。模型二：電路模型 (amp。,39。,39。)。Label39。 4)仿真模型： 這個(gè)部分包括了三個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，其分別是機(jī)械，電路和自動(dòng)化模型，在其各自的窗口中我們可以通過(guò)圖形用戶界面很方便的了解自動(dòng)化控制中幾個(gè)比較典型的模型，對(duì)于學(xué)習(xí)自動(dòng)化理論的用戶來(lái)說(shuō)是相當(dāng)方便的。 ? gca 獲得當(dāng)前圖形窗口內(nèi)當(dāng)前坐標(biāo)軸的句柄值。 圖形對(duì)象不僅包括界面控件對(duì)象，下拉式菜單對(duì)象和內(nèi)容式菜單對(duì)象，而且還包括圖形、坐標(biāo)軸、線條、曲面、文本和它們的子對(duì)象。 我們從四種校正方法中選取一中來(lái)說(shuō)明 ,就選最大法超前校正。 (3)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的生成 用戶界面上建立 一個(gè) FIGURE 文件， 并生成 M 文件，再將自己在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理、參數(shù)，分析的過(guò)程以及設(shè)計(jì)結(jié)果等導(dǎo)入 到實(shí)驗(yàn)報(bào)告中 ，最后編譯 M 文件程序后 ，完成整個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) 的調(diào)用 。定義變量，在模型中，由用戶來(lái)輸入相應(yīng)的參數(shù)，在各個(gè) pushbutton 按鈕下添加完成相應(yīng)功能的代碼。再計(jì)算使根軌跡通過(guò)主導(dǎo)極點(diǎn)ds 所需的補(bǔ)償角 c? ， c? =1800 ? 。給定前向通道傳遞函數(shù) G(s)，反饋通道為 kH(s)的受控對(duì)象（其增益 k 取值為 0～∞）。而引入的附加裝置即為校正裝置，所以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行串連校正實(shí)質(zhì)上是選擇合適的校正裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，使系統(tǒng)的性能附合設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)用 根軌跡法對(duì)控制 系統(tǒng)進(jìn)行串連校正，即是根據(jù)已選定的串連校正方法，按照一定規(guī)律確定出校正裝置的參數(shù)，進(jìn)而繪制出校正后 系統(tǒng)的根軌跡圖，并估計(jì)是否滿足設(shè)計(jì)要求。由于此模型既可在開(kāi)環(huán) (圖 )下運(yùn)行，又可以在閉環(huán) (圖 )下運(yùn)行，所以用戶在使用時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行選擇，否則， 將會(huì)顯示“請(qǐng)?jiān)趨?shù)框中選擇參數(shù)”的提示語(yǔ) !見(jiàn)圖 : 圖 速度控制系統(tǒng)模型主界面（開(kāi)環(huán)） 圖 速度控制系統(tǒng)模型主界面（沒(méi)有選擇） 16 在上述兩個(gè)模型中，在 SIMULINK 仿真的模塊實(shí)現(xiàn)中，我們將與系統(tǒng)方塊圖中相對(duì)應(yīng)的 SIMULINK 中的模塊組合起來(lái)，并以創(chuàng)建子模塊的形式將其中的主體模塊封裝到一個(gè)子模塊當(dāng)中，用戶可以通過(guò)雙擊子模塊的方式來(lái)獲取內(nèi)部模塊的具體信息。 是 否 Plot(t,s)繪制階躍響應(yīng)曲線 否 是 從用戶區(qū)獲得數(shù)據(jù) 開(kāi) 始 結(jié) 束 14 圖 速度控制系統(tǒng)模型主窗口 根據(jù)模型框架，首先新建一個(gè) GUI（圖形用戶界面），將模塊涉及到的工具箱中的對(duì)象控 件拖至主界面，選擇的控件在按照統(tǒng)一的格式在界面上布置好，然后運(yùn)行，得到相應(yīng)的 M 文件。定義變量，在模型中，由用戶來(lái)輸入相應(yīng)的參數(shù)，因此必須定義相應(yīng)的全局變量，以便接收用戶在界面上輸入的參數(shù)。彈簧系統(tǒng)圖如示： 根據(jù)建模方法和設(shè)計(jì)目的，我們?cè)O(shè)計(jì)出如下所示的框架圖 圖 彈簧小車模型框架圖 根據(jù)模型框架，首先新建一個(gè) GUI（圖形用戶界面），將模塊涉及到的工具 10 箱中的對(duì)象控 件拖至主界面，選擇的控件在按照統(tǒng)一的格式在界面上布置好，然后運(yùn)行，得到相應(yīng)的 M 文件。再次，用 SIMULINK 進(jìn)行仿真，最后，將系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線畫出。 8 3 系統(tǒng)的部分模塊 實(shí)現(xiàn)與主界面設(shè)計(jì) 建模設(shè)計(jì)思想及目標(biāo) 研究控制系統(tǒng)我們需要根據(jù)其中物理量的變化，把它們彼此之間相互作用的關(guān)系和各自的變化規(guī)律用數(shù)學(xué)形式描述出來(lái)，此即為建模。 3)分析 功能： 根據(jù)各種分析需要求出系統(tǒng)的超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等各種時(shí)域性能指標(biāo)或幅值裕度、相位裕度等頻域性能指標(biāo) 。用戶不僅可快速獲得特定問(wèn)題的準(zhǔn)確答案，而且能隨時(shí)對(duì)各類計(jì)算或測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。 現(xiàn)在，借助 MATALB 強(qiáng)大的科學(xué)運(yùn)算功能、靈活的仿真功能（ SIMULINK）、便捷的編程功能和高質(zhì)量的繪圖功能，以及豐富詳盡的控制工具箱（ TOOLBOX），可以用圖形顯示和動(dòng)畫顯示的方式使教師和學(xué)生具體地掌握控制理論中的抽象結(jié)論，并可以隨意改變系統(tǒng)參數(shù)，觀察系統(tǒng)的性能指標(biāo)的變化，從而對(duì)控制理論有一個(gè)更深刻的理解，并激發(fā)學(xué)習(xí)者的開(kāi)拓意識(shí)和創(chuàng)新精神。然后利用該套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)對(duì)《自動(dòng)控制原理》課程中的內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算、仿真與研究。本文就是介紹了在 MATALB 軟件環(huán)境下開(kāi)發(fā)出的自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件。 它利用 MATLAB 語(yǔ)言的界面設(shè)計(jì)功能及其提供的控制 系統(tǒng)工具箱 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和進(jìn)行穩(wěn)定性分析、根軌跡分析、頻域分析 ,并說(shuō)明了本軟件的特點(diǎn)、功能和效果。這樣用仿真實(shí)驗(yàn)手段取代傳統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)明顯提高實(shí)驗(yàn)效率、改善實(shí)驗(yàn)效果， 同時(shí)讓 學(xué)習(xí)者能夠 了解了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中參數(shù)如何選擇，了解實(shí)驗(yàn)參數(shù)改變的依據(jù) ，直觀地看出參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果，既調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，又培養(yǎng)了學(xué)生分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力，對(duì)創(chuàng)造更開(kāi)放和有創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是很有幫助，同時(shí)學(xué)習(xí)者不需要 MATLAB 知識(shí)就能方便的操作和應(yīng)用。 目前高校中現(xiàn)成的基于 MATLAB 的控制理論課程的教學(xué)輔助系統(tǒng)幾乎是風(fēng)毛麟角，即使有，也是功能十分簡(jiǎn)單的仿真分析系統(tǒng)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的輔助教學(xué)。 此外， MATLAB 還有一個(gè)功能強(qiáng)大的 、可視化的、交互環(huán)境的工具 SIMULINK，用于模擬非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。 4)校正器設(shè)計(jì)： 對(duì)需要校正的系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，并繪制出校正前、后系統(tǒng)的 Bode 圖、單位階躍響應(yīng)曲線圖， 根軌跡圖以及階躍響 7 應(yīng)曲線圖等圖形， 顯示校正前、后系統(tǒng)的時(shí)域、頻域性能指標(biāo)，便于設(shè)計(jì)者進(jìn)行比較、分析 。建立描述控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型是控制理論的基礎(chǔ)。我們的主要目標(biāo)是使學(xué)生了解傳遞函數(shù)的求解過(guò)程，并能直觀地從仿 真模型中看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果和判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。定義變量，在各個(gè) pushbutton 按鈕下添加完成相應(yīng)功能的代碼。在各個(gè)pushbutton 按鈕下添加完成相應(yīng)功能的代碼。定義變量，在模型中，由用戶來(lái)輸入相應(yīng)的參數(shù)，因此必須定義相應(yīng)的全局變量，以便接收用戶在界面上輸入的參數(shù)。 2. 速度控制系統(tǒng)模型的主要按鈕程序的流程圖： 本模型中因?yàn)槎嗔?radiobutton 按鈕，所以 pushbutton 按鈕下的程序?qū)崿F(xiàn)就有了變化， radiobutton 是一個(gè)單選按紐，用戶可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行選擇，現(xiàn)將其中一個(gè) pushbutton 按鈕下的流程圖展現(xiàn)如下 (其他按鈕與其相仿 )： 系統(tǒng)方塊圖 (pushbutton2)（注： radiobutton1（閉環(huán)）與 radiobutton2（開(kāi)環(huán)）句柄值不可能同時(shí)為 1，因?yàn)橐言诔绦蛑性O(shè)計(jì)它們?yōu)榛コ獍粹o。如果認(rèn)為可以滿足設(shè)計(jì)要求，再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析檢驗(yàn)，如果符合了系統(tǒng)規(guī)定的性能指標(biāo)，則設(shè)計(jì)結(jié)束。 利用 MATLAB 提供的函數(shù) rlocus()，可以通過(guò)系統(tǒng) 的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)繪制其閉環(huán)的根軌跡圖。作 ? 的角平分線，在角平分線的 兩側(cè)作 c? /2分別與坐標(biāo)軸交于兩點(diǎn)，右側(cè)為零點(diǎn)，左側(cè)為極點(diǎn)，由此可得出校正裝置的零、極點(diǎn)。在添加完畢后，運(yùn)行調(diào)試直到成功。 在主函數(shù)（主界面）中對(duì)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告各函數(shù)的調(diào)用相類似，下面是調(diào)用函數(shù) chaoqianfa()即：用超前校正法生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)主函數(shù)中的主要代碼： function Untitled_21_Callback(hObject, eventdata, handles) global nump denp numh denh l14 l27 l24 l26 figure(chaoqianfa) ① 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理的生成 利 用 MATLAB 軟件的 GUI 界面編程，生成一個(gè) m 文件，再將該實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和相關(guān)的原理寫入 m 文件。校正前系統(tǒng)根軌跡和性能指標(biāo)見(jiàn)圖 ，選用最大法超前校正對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，校正后的根軌跡和系統(tǒng)性能指標(biāo)見(jiàn)圖 。其中，計(jì) 算機(jī)屏幕是根對(duì)象，它是 其他對(duì)象的父對(duì)象；圖形窗口是計(jì)算機(jī)屏幕的子對(duì)象；坐標(biāo)軸，界面控件對(duì)象，下拉式菜單對(duì)象和內(nèi)容式菜單對(duì)象是圖形窗口的子對(duì)象；圖像、線條、曲面、等是坐標(biāo)軸的子對(duì)象。 ? gco 獲得當(dāng)前圖形窗口內(nèi)當(dāng)前對(duì) 象的句柄值。 5)幫助： 這個(gè)部分是為了讓用戶在使用該軟件的時(shí)候盡快的了解軟件的使用方法和為了用戶在使用軟件時(shí)遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行解答。,39。 state=uimenu(fzsyxm,39。clear all39。Call39。D)39。,39。 state=uimenu(fzsyxm,39。clear all39。Call39?？蓪?shí)現(xiàn)資源共享和多任務(wù)并行的要求。等三部分都生成好后，就可以打印出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束。 除建模外，我對(duì)系統(tǒng)根軌跡有了較深刻的理解。 我們所設(shè)計(jì)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 軟件只是一個(gè)單機(jī)的仿真軟件，對(duì)于用戶而言，必須每臺(tái)客戶機(jī)都裝有一套軟件，軟件投入資金大，同時(shí)，對(duì)客戶機(jī)的要求又高，以運(yùn)行很龐大的仿真軟件。必須對(duì)那些仿真軟件平臺(tái)進(jìn)行研究分析和大量的二次開(kāi)發(fā)工作，包括遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)、仿真平臺(tái)的理論研究、平臺(tái)的搭建、數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)的安全、數(shù)據(jù)的共享、實(shí)驗(yàn)在線監(jiān)視系統(tǒng)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況的專家知識(shí)庫(kù)、利用知識(shí)庫(kù)提供在線操作指導(dǎo)等等。同時(shí)，還可以便于學(xué)生自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新能力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)中瞬態(tài)性能指標(biāo)的要求的不同，用根軌跡法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正，本模塊中用到的校正方法有幾何法超前校正， ? 最大法超 前校正，滯后校正以及解析法校正。從分析系統(tǒng)的角度來(lái)講，我掌握了簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的建模方法，例如列寫系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的微分方程，從微分方程經(jīng)過(guò)拉氏變換繪制系統(tǒng)方框圖，然后對(duì)于具體系統(tǒng)通過(guò)一定的算法得到系統(tǒng)的總傳 遞函數(shù)，基于所得到的傳遞函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)性能分析。 從 WINDOWS 中進(jìn)入自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) ，單擊系統(tǒng)主界面上的仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目下拉菜單中的“根軌跡實(shí)驗(yàn)窗口”按鈕，進(jìn)入根軌跡實(shí)驗(yàn)窗口，如圖所示 圖 根軌跡分析窗口 ? 在輸入?yún)?shù)區(qū)輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ，如 : 被控對(duì)象 Gp （ s）： num= [1],den= [1 5 4 0], 反饋通道 H（ s）： num= [1] ， den= [1]， 控制器 Gc （ s） ： num= [1] ， den= [1] ? 點(diǎn)擊求傳遞函數(shù)按鈕 ,在顯示區(qū)得出： 開(kāi)環(huán)零點(diǎn)：無(wú)；開(kāi)環(huán)極點(diǎn)： 0， 1， 4； Gp （ s） Gc （ s） H（ s） = 0451 123 ??? sss=)4)(1( 1 ?? sss ? 點(diǎn)擊繪制根軌跡，在坐標(biāo)區(qū)顯示出該系統(tǒng)的根軌跡圖 34 圖 系統(tǒng)繪制出的根軌跡圖 ? 點(diǎn)擊滯后超前校正按鈕，在坐標(biāo)區(qū)顯示出校正后的系統(tǒng)根軌跡圖 圖 校正后的根軌跡圖 ? 最后我們點(diǎn)擊 試驗(yàn)報(bào)告生成菜單，自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告。該系統(tǒng)主界面見(jiàn)下圖 圖 系統(tǒng)主界面效果圖 在這個(gè)系統(tǒng)中 實(shí)驗(yàn)全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成“自動(dòng)控制原理 課程的實(shí)驗(yàn)，它 太大減少購(gòu)置儀 器的經(jīng)費(fèi)，不愧為一種“價(jià)廉物美”的替代實(shí)驗(yàn)手段。J)39。Call39。dianlu39。 uimenu(state,39。,39。J)39。Call39。clear all39。下面舉一個(gè)“仿真模型”菜單的調(diào)用 %仿 真模型 fzsyxm=uimenu(gmain,39。 3)仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目： 這是我們?cè)摮绦虻闹黧w，其包括了 我們所完成的六 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的鏈接，通過(guò)相應(yīng)的鏈接我們可以進(jìn)入不同的實(shí)驗(yàn)子窗口，在各個(gè)實(shí)驗(yàn)的窗口中我們就可以完成各個(gè)實(shí)驗(yàn) 項(xiàng)目。 ? gcf 獲得當(dāng)前圖形窗口的句柄值。 3)內(nèi)容式菜單對(duì)象 (uicontextmenu) ：建立內(nèi)容式菜單 用戶界面對(duì)象。包括校正前系統(tǒng)的 根軌跡和系統(tǒng)的性能指標(biāo) ，以及在選用校正方法校正后系統(tǒng)的相應(yīng)的校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)、校正后根軌跡和系統(tǒng)的性能指標(biāo)。用戶也可以改變實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的參數(shù)，動(dòng)態(tài)地在“實(shí)驗(yàn)報(bào)告生成”這個(gè)按鈕下顯示校正前后系統(tǒng)的特性。 在 MATLAB 環(huán)境下對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真是，用 mun 和 den 來(lái)命名，即num=[bm,bm1，．．．， b1， b0] den=[am， am1，．．． a1， a0]，然后用 MATLAB 中提供的 tf2zp()函數(shù) ,來(lái)求取 其傳遞函數(shù) ,零極點(diǎn)和增益 .其基本調(diào)用格式如下 :[Z,p,k]=TF2ZP(NUM,den),所以在本求傳遞函數(shù)按鈕中調(diào)用該函數(shù) ,當(dāng)我們?cè)谳斎肽K中輸入 num= [?? ], den= [??