【正文】 要真正實現(xiàn)基于網(wǎng)絡的遠程實驗、 仿真、數(shù)據(jù)分析等，非常困難。 當然在這次畢業(yè)設計中我們也有許多不足之處：由于在畢業(yè)設計初期全局考慮不夠周全，把實驗報告的生成考慮的不夠細致，導致在最后生成實驗報告時，不得不把實驗報告部分安排在每個分析實驗的界面之下；本來打算把編寫的軟件 36 進行打包生成可執(zhí)行文件，由于時間倉促也沒有實現(xiàn)；關于 MATLAB 與 C 語言等其他高級語言的接口問題也沒有涉及，總之本實驗系統(tǒng)也還有較多的需要完善的地方。此次畢業(yè)設計建模這一塊我們重在介紹如何通過 MATLAB 工具求取系統(tǒng)每個環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，然后通過一定的算法得到總傳遞函數(shù)。 我們由實驗報告生成模塊中知道：實驗報告包括實驗原理與目的（圖 ）、實驗步驟（圖 ）、和實驗結果（圖 和圖 ）。該系統(tǒng)是中文界面， 具有人機界面友好、結果可視化的優(yōu)點。,39。,39。)。Label39。模型二：電路模型 (amp。,39。,39。)。Label39。 4)仿真模型： 這個部分包括了三個仿真實驗模型，其分別是機械，電路和自動化模型，在其各自的窗口中我們可以通過圖形用戶界面很方便的了解自動化控制中幾個比較典型的模型，對于學習自動化理論的用戶來說是相當方便的。 ? gca 獲得當前圖形窗口內當前坐標軸的句柄值。 圖形對象不僅包括界面控件對象，下拉式菜單對象和內容式菜單對象，而且還包括圖形、坐標軸、線條、曲面、文本和它們的子對象。 我們從四種校正方法中選取一中來說明 ,就選最大法超前校正。 (3)實驗報告的生成 用戶界面上建立 一個 FIGURE 文件， 并生成 M 文件，再將自己在實驗過程中用到的實驗目的與原理、參數(shù)，分析的過程以及設計結果等導入 到實驗報告中 ，最后編譯 M 文件程序后 ，完成整個子系統(tǒng)的實驗 的調用 。定義變量，在模型中，由用戶來輸入相應的參數(shù)，在各個 pushbutton 按鈕下添加完成相應功能的代碼。再計算使根軌跡通過主導極點ds 所需的補償角 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，所以對控制系統(tǒng)進行串連校正實質上是選擇合適的校正裝置對系統(tǒng)進行校正，使系統(tǒng)的性能附合設計的性能指標用 根軌跡法對控制 系統(tǒng)進行串連校正，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)，進而繪制出校正后 系統(tǒng)的根軌跡圖，并估計是否滿足設計要求。由于此模型既可在開環(huán) (圖 )下運行，又可以在閉環(huán) (圖 )下運行，所以用戶在使用時，必須對其進行選擇，否則， 將會顯示“請在參數(shù)框中選擇參數(shù)”的提示語 !見圖 : 圖 速度控制系統(tǒng)模型主界面（開環(huán)） 圖 速度控制系統(tǒng)模型主界面（沒有選擇） 16 在上述兩個模型中，在 SIMULINK 仿真的模塊實現(xiàn)中，我們將與系統(tǒng)方塊圖中相對應的 SIMULINK 中的模塊組合起來，并以創(chuàng)建子模塊的形式將其中的主體模塊封裝到一個子模塊當中，用戶可以通過雙擊子模塊的方式來獲取內部模塊的具體信息。 是 否 Plot(t,s)繪制階躍響應曲線 否 是 從用戶區(qū)獲得數(shù)據(jù) 開 始 結 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 GUI（圖形用戶界面），將模塊涉及到的工具箱中的對象控 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，然后運行，得到相應的 M 文件。定義變量，在模型中，由用戶來輸入相應的參數(shù)，因此必須定義相應的全局變量，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)建模方法和設計目的，我們設計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 GUI（圖形用戶界面），將模塊涉及到的工具 10 箱中的對象控 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，然后運行，得到相應的 M 文件。再次，用 SIMULINK 進行仿真，最后，將系統(tǒng)的階躍響應曲線畫出。 8 3 系統(tǒng)的部分模塊 實現(xiàn)與主界面設計 建模設計思想及目標 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系和各自的變化規(guī)律用數(shù)學形式描述出來，此即為建模。 3)分析 功能： 根據(jù)各種分析需要求出系統(tǒng)的超調量、調節(jié)時間等各種時域性能指標或幅值裕度、相位裕度等頻域性能指標 。用戶不僅可快速獲得特定問題的準確答案，而且能隨時對各類計算或測試數(shù)據(jù)進行可視化處理。 現(xiàn)在，借助 MATALB 強大的科學運算功能、靈活的仿真功能（ SIMULINK）、便捷的編程功能和高質量的繪圖功能，以及豐富詳盡的控制工具箱（ TOOLBOX），可以用圖形顯示和動畫顯示的方式使教師和學生具體地掌握控制理論中的抽象結論，并可以隨意改變系統(tǒng)參數(shù)，觀察系統(tǒng)的性能指標的變化，從而對控制理論有一個更深刻的理解，并激發(fā)學習者的開拓意識和創(chuàng)新精神。然后利用該套實驗系統(tǒng)來對《自動控制原理》課程中的內容進行計算、仿真與研究。本文就是介紹了在 MATALB 軟件環(huán)境下開發(fā)出的自動控制原理實驗教學軟件。 它利用 MATLAB 語言的界面設計功能及其提供的控制 系統(tǒng)工具箱 對自動控制系統(tǒng)進行建模和進行穩(wěn)定性分析、根軌跡分析、頻域分析 ,并說明了本軟件的特點、功能和效果。這樣用仿真實驗手段取代傳統(tǒng)模擬實驗明顯提高實驗效率、改善實驗效果， 同時讓 學習者能夠 了解了實驗過程中參數(shù)如何選擇，了解實驗參數(shù)改變的依據(jù) ，直觀地看出參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響，大大提高了實驗效率，取得了良好的實驗效果，既調動了學生的積極性和創(chuàng)造性，又培養(yǎng)了學生分析、設計和調試自動控制系統(tǒng)的能力，對創(chuàng)造更開放和有創(chuàng)意的實驗環(huán)境是很有幫助，同時學習者不需要 MATLAB 知識就能方便的操作和應用。 目前高校中現(xiàn)成的基于 MATLAB 的控制理論課程的教學輔助系統(tǒng)幾乎是風毛麟角，即使有，也是功能十分簡單的仿真分析系統(tǒng)，沒有實現(xiàn)真正意義上的輔助教學。 此外， MATLAB 還有一個功能強大的 、可視化的、交互環(huán)境的工具 SIMULINK，用于模擬非線性動態(tài)系統(tǒng)。 4)校正器設計： 對需要校正的系統(tǒng)進行串聯(lián)校正器的計算機輔助設計，并繪制出校正前、后系統(tǒng)的 Bode 圖、單位階躍響應曲線圖， 根軌跡圖以及階躍響 7 應曲線圖等圖形， 顯示校正前、后系統(tǒng)的時域、頻域性能指標，便于設計者進行比較、分析 。建立描述控制系統(tǒng)運動的數(shù)學模型是控制理論的基礎。我們的主要目標是使學生了解傳遞函數(shù)的求解過程，并能直觀地從仿 真模型中看到實驗結果和判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定。定義變量，在各個 pushbutton 按鈕下添加完成相應功能的代碼。在各個pushbutton 按鈕下添加完成相應功能的代碼。定義變量，在模型中，由用戶來輸入相應的參數(shù)，因此必須定義相應的全局變量，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： 本模型中因為多了 radiobutton 按鈕，所以 pushbutton 按鈕下的程序實現(xiàn)就有了變化， radiobutton 是一個單選按紐，用戶可根據(jù)實際情況對其進行選擇，現(xiàn)將其中一個 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（開環(huán)）句柄值不可能同時為 1，因為已在程序中設計它們?yōu)榛コ獍粹o。如果認為可以滿足設計要求，再對系統(tǒng)進行分析檢驗，如果符合了系統(tǒng)規(guī)定的性能指標，則設計結束。 利用 MATLAB 提供的函數(shù) rlocus()，可以通過系統(tǒng) 的開環(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 兩側作 c? /2分別與坐標軸交于兩點，右側為零點，左側為極點，由此可得出校正裝置的零、極點。在添加完畢后，運行調試直到成功。 在主函數(shù)（主界面）中對生成實驗報告各函數(shù)的調用相類似，下面是調用函數(shù) chaoqianfa()即：用超前校正法生成實驗報告時主函數(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 實驗目的和實驗原理的生成 利 用 MATLAB 軟件的 GUI 界面編程，生成一個 m 文件，再將該實驗的目的、內容和相關的原理寫入 m 文件。校正前系統(tǒng)根軌跡和性能指標見圖 ，選用最大法超前校正對系統(tǒng)進行校正，校正后的根軌跡和系統(tǒng)性能指標見圖 。其中，計 算機屏幕是根對象，它是 其他對象的父對象；圖形窗口是計算機屏幕的子對象；坐標軸，界面控件對象，下拉式菜單對象和內容式菜單對象是圖形窗口的子對象；圖像、線條、曲面、等是坐標軸的子對象。 ? gco 獲得當前圖形窗口內當前對 象的句柄值。 5)幫助： 這個部分是為了讓用戶在使用該軟件的時候盡快的了解軟件的使用方法和為了用戶在使用軟件時遇到的一些問題進行解答。,39。 state=uimenu(fzsyxm,39。clear all39。Call39。D)39。,39。 state=uimenu(fzsyxm,39。clear all39。Call39?？蓪崿F(xiàn)資源共享和多任務并行的要求。等三部分都生成好后，就可以打印出實驗報告，本次實驗結束。 除建模外，我對系統(tǒng)根軌跡有了較深刻的理解。 我們所設計的虛擬實驗系統(tǒng) 軟件只是一個單機的仿真軟件，對于用戶而言，必須每臺客戶機都裝有一套軟件，軟件投入資金大，同時，對客戶機的要求又高，以運行很龐大的仿真軟件。必須對那些仿真軟件平臺進行研究分析和大量的二次開發(fā)工作，包括遠程實驗、仿真平臺的理論研究、平臺的搭建、數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)的安全、數(shù)據(jù)的共享、實驗在線監(jiān)視系統(tǒng)、學生實驗情況的專家知識庫、利用知識庫提供在線操作指導等等。同時，還可以便于學生自學，培養(yǎng)學生的自學能力和創(chuàng)新能力。在設計過程中，根據(jù)設計中瞬態(tài)性能指標的要求的不同，用根軌跡法對系統(tǒng)進行串聯(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)的角度來講，我掌握了簡單控制系統(tǒng)的建模方法，例如列寫系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的微分方程，從微分方程經(jīng)過拉氏變換繪制系統(tǒng)方框圖，然后對于具體系統(tǒng)通過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)進行系統(tǒng)性能分析。 從 WINDOWS 中進入自動控制原理虛擬實驗系統(tǒng) ，單擊系統(tǒng)主界面上的仿真實驗項目下拉菜單中的“根軌跡實驗窗口”按鈕，進入根軌跡實驗窗口，如圖所示 圖 根軌跡分析窗口 ? 在輸入?yún)?shù)區(qū)輸入實驗數(shù)據(jù) ，如 : 被控對象 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] ? 點擊求傳遞函數(shù)按鈕 ,在顯示區(qū)得出： 開環(huán)零點：無；開環(huán)極點： 0， 1， 4； Gp （ s） Gc （ s） H（ s） = 0451 123 ??? sss=)4)(1( 1 ?? sss ? 點擊繪制根軌跡，在坐標區(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 ? 點擊滯后超前校正按鈕，在坐標區(qū)顯示出校正后的系統(tǒng)根軌跡圖 圖 校正后的根軌跡圖 ? 最后我們點擊 試驗報告生成菜單，自動生成試驗報告。該系統(tǒng)主界面見下圖 圖 系統(tǒng)主界面效果圖 在這個系統(tǒng)中 實驗全部用軟件來實現(xiàn)，只需利用現(xiàn)有的計算機就可完成“自動控制原理 課程的實驗，它 太大減少購置儀 器的經(jīng)費，不愧為一種“價廉物美”的替代實驗手段。J)39。Call39。dianlu39。 uimenu(state,39。,39。J)39。Call39。clear all39。下面舉一個“仿真模型”菜單的調用 %仿 真模型 fzsyxm=uimenu(gmain,39。 3)仿真實驗項目： 這是我們該程序的主體，其包括了 我們所完成的六 個實驗項目的鏈接，通過相應的鏈接我們可以進入不同的實驗子窗口，在各個實驗的窗口中我們就可以完成各個實驗 項目。 ? gcf 獲得當前圖形窗口的句柄值。 3)內容式菜單對象 (uicontextmenu) ：建立內容式菜單 用戶界面對象。包括校正前系統(tǒng)的 根軌跡和系統(tǒng)的性能指標 ，以及在選用校正方法校正后系統(tǒng)的相應的校正環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)、校正后根軌跡和系統(tǒng)的性能指標。用戶也可以改變實驗系統(tǒng)中的參數(shù)，動態(tài)地在“實驗報告生成”這個按鈕下顯示校正前后系統(tǒng)的特性。 在 MATLAB 環(huán)境下對控制系統(tǒng)進行仿真是，用 mun 和 den 來命名，即num=[bm,bm1，．．．， b1， b0] den=[am， am1，．．． a1， a0]，然后用 MATLAB 中提供的 tf2zp()函數(shù) ,來求取 其傳遞函數(shù) ,零極點和增益 .其基本調用格式如下 :[Z,p,k]=TF2ZP(NUM,den),所以在本求傳遞函數(shù)按鈕中調用該函數(shù) ,當我們在輸入模塊中輸入 num= [?? ], den= [??