【正文】 驗系統(tǒng)來對《自動控制原理》課程中的內(nèi)容進行計算、仿真與研究。 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(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。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。 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 。 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。再次，用 SIMULINK 進行仿真，最后，將系統(tǒng)的階躍響應曲線畫出。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。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)。 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。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(nèi)部模塊的具體信息。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(zhì)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。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～∞）。再計算使根軌跡通過主導極點ds 所需的補償角 c? ， c? =1800 ? 。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。 (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(diào)用 。 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。 圖形對象不僅包括界面控件對象，下拉式菜單對象和內(nèi)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。 ? gca 獲得當前圖形窗口內(nèi)當前坐標軸的句柄值。 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。Label39。)。,39。,39。模型二：電路模型 (amp。Label39。)。,39。,39。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。 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 ）。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)。 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。 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。 其次，我要感謝的是我的同伴 —— 陶睿同學，本系統(tǒng)的設計由我們共同完成。 39 附錄 一 英文科技文獻翻譯 英文原文 ： Linearized Dynamic Models EXAMPLES AND CLASSIFICATIONS OF CONTROL SYSTEMS Control systems exist in a virtually infinite, both in type of application and level of sophistication. The heating system and the water heater in a house are systems in which only the sign of the difference between desired and actual temperatures is used for control. If the temperature drops below a set value, a constant heat is switched on, to be switched off again when the temperature rises above a set maximum. Variations of such relay or onoff control systems, sometimes quite sophisticated, are very mon in practice because of their relatively low cost. In the nature of such control systems, the controlled variable will oscillate continuously between maximum and minimum limits. For many applications the control is not sufficiently smooth or accurate. In the Power steering of a car, the controlled variable or system output is the angle of the front wheels, it must follow the system input, the angle of the steering wheel, as closely as possible but at a much higher Power level. In the Process industries, including refineries and chemical plants, there are many temperatures and level to be held to usually constant values in the presence of various disturbance. of an electric power generation Plant, controlled values of voltage and frequency are outputs, but inside such a plant there are again many temperatures, levels, pressures, and, other variables to be controlled. In aerospace, the control of aircraft, missiles, and satellites is an area of often very advanced system. One Classification of control systems Is the following: 1. Process control or regulator systems: The controlled variable, or output, must be held as close as possible to a usually constant desired value, or input, despite any disturbances. 2. Servomechanisms: The input varies and the output must be made to follow it as closely as possible. Power steering is One example of the second class, equivalent to systems for positioning control surfaces on aircraft. Automated manufacturing machinery, such as numerically controlled machine tools, uses servos extensively for the control of positions or speeds. This last example brings to mind the distinction between continuous and discrete systems. The latter are inherent in the use of digital puters for control. The classification into linear nonlinear control systems should also be mentioned at this point. Analysis and design are in general much simpler for the former, to which most of this book is devoted. Yet most systems bee nonlinear if the variables more over wide enough ranges. The importance in practice of linear techniques relies on linearization based on the assumption that the variables stay close enough to a given operating point. OPENLOOP CONTROL AND CLOSEDLOOP CONTROL To introduce the subject, it is useful to consider an example. In , let it be desired to maintain the actual water level in the tank as close as possible to a desired level. The desired level will be called the system input, and the actual level the controlled or system output. Water flows from the tank via valve Vo and enters the 40 tank a supply via a control valve Vc. The control valve is adjustable, either manually or by some type of actuator. This may be an electric motor or a hydraulic or pneumatic cylinder. Very often it would be pneumatic diaphragm actuator, indicated in Fig 2. Increasing the pneumatic pressure above the diaphragm pushes it down against a spr