【正文】 m函數(shù)文件，對(duì)于空間的性能，我們可以通過(guò)在回調(diào)函數(shù)里面進(jìn)行相應(yīng)的修改，以達(dá)到自己的要求，通過(guò)這樣的方法可以很方便的設(shè)計(jì)出友好的，簡(jiǎn)潔的，功能強(qiáng)大的圖形界面。 （ d） 對(duì)象瀏覽器（ Object Browser）：可以觀察當(dāng)前設(shè)計(jì)階段的各個(gè)句柄圖形對(duì)象。 （ b） 菜單編輯器（ Menu Editor）：對(duì)下拉式菜單進(jìn)行創(chuàng)建、設(shè)計(jì)和修改。 如下圖 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 21 GUI 的初始化界面 如果沒(méi)有設(shè)計(jì)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(huì)顯示出 GUI設(shè)計(jì)窗口，如下圖 22。 （ 3） 選擇菜單欄上的“ GUIDE”快速啟動(dòng)按鈕，可以直接打開(kāi)界面。 GUI 圖形用戶 界面的 打開(kāi) 在 MATLAB中打開(kāi) GUI可以以下的操作方法 （ 1） 選擇菜單欄上的“ File”選項(xiàng)，再選擇“ New”選項(xiàng)，最后得到“ GUI”命令。 （ c）支持自動(dòng)插入回調(diào)函數(shù)原型 。 GUIDE在 GUI設(shè)計(jì)過(guò)程中直接自動(dòng)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(shí)就已經(jīng)生成了一些必要的代碼 。 GUIDE主要是一個(gè)界面設(shè)計(jì)工具集，所有 GUI設(shè)計(jì)都被 MATLAB支持在這個(gè)集成的環(huán)境中。根據(jù)我們所想要的圖形用戶界面對(duì)象，我們可以設(shè)計(jì)出界面非常友好、操作相當(dāng)方便的圖形用戶界面。 對(duì)于 GUI操作應(yīng)該是易于理解的便于操作的，當(dāng)我們點(diǎn)擊某項(xiàng)操作的時(shí)候，用戶圖形界面就已經(jīng)開(kāi)始了它的功能操作。 GUI 簡(jiǎn)單介紹 與 可視化接口環(huán)境 GUI 概念介紹 由菜單、窗口、對(duì)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(jiǎn)稱 GUI。 Simulink 工具簡(jiǎn)單介紹 Simulink 是 Math Works 軟件公司在 1990年推出來(lái)的，它是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng) 進(jìn)行 構(gòu)造模型、仿真設(shè)計(jì)和分析的軟件包，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是 MATLAB軟件功能的一種拓展，它提供了不同功能的基本系統(tǒng)模塊，我們只要知道這些模塊的輸入、輸出以及它的功能，而不必知道各種模塊的里 面 具體的功能 與實(shí)現(xiàn)，只要通過(guò)各種模塊的調(diào)用與連接就能構(gòu)造出我 們所需要的系統(tǒng)模型，文件存儲(chǔ)形式以 .mdl形式存取，最后我們可以基于此進(jìn)行方針與分析 。 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(hào)計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真以及圖形處理 ，同時(shí)具有內(nèi)容強(qiáng)大的工具箱進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi) 發(fā)。 MATLAB是由美國(guó)人 MathWorks公司推出，是 MATrix LABoratory的縮寫(xiě)，中文名稱是矩陣實(shí)驗(yàn)室。 2 自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體概述及其實(shí)現(xiàn)工具介紹 MATLAB 工具介紹 我們?cè)谠O(shè)計(jì)自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的時(shí)候需要用到 MATLAB設(shè)計(jì)工具，以此搭建我們所想要的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為了對(duì)后面更好地的設(shè)計(jì) 與實(shí)驗(yàn) ，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(shí)際操作原理。 本文的任務(wù)和要求 本文任務(wù) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的任務(wù)是基于 MATLAB的自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 的實(shí)現(xiàn)， 簡(jiǎn)單 的 要求 是 用MATLAB中的 GUI建成一個(gè)可視化的圖形開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上去 實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)控制原理各個(gè)實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)功能，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理 。通過(guò)MATLAB/GUI設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不但能很好地解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，加深滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 對(duì)自動(dòng)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(duì)新知識(shí)產(chǎn)生濃厚的探索興趣。學(xué)生不僅可以在平臺(tái)上修改相關(guān)的 實(shí)驗(yàn) 參數(shù)、改變相關(guān)的輸入信號(hào)、觀察相應(yīng)的響應(yīng)情況，同時(shí)還可以觀察數(shù)學(xué)模型的具體的變化情況。 為了改變這種現(xiàn)象 ，我們 通過(guò) 利用 MATLAB中的具有可視化編程能力的圖形用戶界面 （簡(jiǎn)稱 GUI）和控制系統(tǒng)工具箱中的 有關(guān)的豐富的庫(kù)函數(shù)等，開(kāi)發(fā)出了 基于 MATLAB的自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。（ 2） 學(xué)生的理論性知識(shí)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作是互相分開(kāi)的，導(dǎo)致了學(xué)生缺乏 主動(dòng)性 學(xué)習(xí) 和創(chuàng)造性 性學(xué)習(xí) 。目前相當(dāng)多的大學(xué)高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍處于傳統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)階段，通過(guò)利用集成封閉的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱，將相應(yīng)的有源網(wǎng)絡(luò)模塊整個(gè)連接成了典型環(huán)節(jié)和系統(tǒng)，然后施加典型信號(hào)，通過(guò)示波器仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 understanding of the theory of automatic to the experimental resources, simple facilities, instrument error and other reasons, the traditional experimental teaching impact the implementation of study the principle of automatic control of the virtual experiment platform based on graphical user interface designed in MATLAB, which not only improves the efficiency of experiment teaching and the accuracy of the experiment, but also greatly enhance the enthusiasm of students and the ability to deal with problems. Keywords: Automatic Control Theory ,MATLAB ,Virtual Experimental Platform ,GUI 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 1 緒論 本文研究背景 對(duì)于大學(xué)生而言自動(dòng)控制原理是大學(xué)階段的自動(dòng)控制工 程、機(jī)器自動(dòng)控制操作、物流設(shè)備工程等專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及到自動(dòng)控制系統(tǒng)的模型建立、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)基本理論和相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)。在理論的學(xué)習(xí)中，由于理論概念太過(guò)抽象、計(jì)算量大等難題，給現(xiàn)代教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)了諸多的不便，而實(shí)驗(yàn)課對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(duì)自動(dòng)控制理論的理解，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課由于受到實(shí)驗(yàn)資源不足、設(shè)施簡(jiǎn)單、儀器誤差較大等原因，為教學(xué)實(shí)施帶來(lái)了影響，因此，我們利用 MATLAB中的圖形用戶界面設(shè)計(jì)功能（ GUI）建立虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)研究自動(dòng)控制原理，不僅提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，改善了實(shí)驗(yàn)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(wèn)題的能力。滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 本 科 生 畢 業(yè) 論 文（或設(shè)計(jì)） （申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位） 論 文 題 目 基于 MATLAB的自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn) 平臺(tái)開(kāi)發(fā) 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 基于 MATLAB的自動(dòng)控制原理虛擬 實(shí)驗(yàn) 平臺(tái) 開(kāi)發(fā) 摘要 ： 自動(dòng)控制原理是高等工科院校自動(dòng)化專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人類社會(huì)工業(yè)化的推進(jìn)，自動(dòng)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(lái)越廣泛，成為了人類 社會(huì)和人們生活中不可或缺的一部分。 關(guān)鍵詞 ： 自動(dòng)控制原理， MATLAB，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ， GUI Virtual Experiment Platform Development of Automatic Control Principe Based on MATLAB Abstract: Automatic control theory is a very important professional basic course of automation major in engineering the rapid development of modern science and the industrialization of technology and human society , automatic control theory and technology has been applied in the field of high technology, robot, aerospace, nuclear energy and other environmental governance research more widely, which has bee an integral part of human society and the theoretical study, the theory is too abstract,which brings a lot of inconvenience to the modern teaching and learning. The the related experimental courses and theory take many analysis and demonstration, which greatly enhance the students39。它的典型特點(diǎn)是概念比較抽象，數(shù)字含量巨大，計(jì)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(shí)驗(yàn)是理解和消化相關(guān)課程內(nèi)容的非常重要的途徑。然而對(duì)于這種實(shí)驗(yàn)方法仍存在明顯不足，比如說(shuō)（ 1） 實(shí)驗(yàn)室的 實(shí)驗(yàn) 箱集成度 很 高， 從而讓 學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn) 目的和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 出 現(xiàn)盲目性，所以很 容易 導(dǎo)致 損壞儀器設(shè)備。（ 3）因?yàn)?元件 的 非線性等 一些元素，導(dǎo)致了 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論知識(shí)差異較大 ，相距甚遠(yuǎn) 。 本文的選題意義 自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就是把真實(shí)的相關(guān)的自動(dòng) 控制環(huán)節(jié)、系統(tǒng)和數(shù)學(xué)建模有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)。 MATLAB是面對(duì)科學(xué)計(jì)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。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中， 我通過(guò)查閱相關(guān)的資料，增強(qiáng)了自己的自我學(xué)習(xí)能力 和思考能力，同時(shí)通過(guò)向老師和同學(xué)的虛心求教，增強(qiáng)了自己的溝通能力。 本文要求 通過(guò)自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn) 線型系統(tǒng)的時(shí)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(shí)驗(yàn)，然后重點(diǎn)介紹線性系統(tǒng)的時(shí)域分析的具體的原理、方 法、實(shí)現(xiàn)的功能、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程以及仿真圖形。 在 20世紀(jì) 80年代以來(lái)，為了研究某種問(wèn)題，各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言接連出現(xiàn)，當(dāng)然，在數(shù)學(xué)研究當(dāng)中，為了更好地更方便地?cái)?shù)值計(jì)算、科學(xué)研究、工程計(jì)算等其他方面， MATLAB 軟件應(yīng)運(yùn)而生。自推廣以來(lái)，得到了社會(huì)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(lái)越豐富和強(qiáng)大，同時(shí)它的語(yǔ)言易于掌握，所以深受各大高等學(xué)校的喜愛(ài)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。 MATLAB是一個(gè)具有很強(qiáng)的開(kāi)放性軟件，除了可以利用的內(nèi)部函數(shù)外，我們可以自己對(duì)里面的源文件進(jìn)行修改或者可以加入自己編寫(xiě)好的文件進(jìn)行設(shè)計(jì)使用。 對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(duì)更為復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，我們之前的方法就不可以實(shí)現(xiàn)了，所以則必須使用 Simulink進(jìn)行仿真與分析。它是計(jì)算機(jī)與用戶進(jìn)行信息交流的窗口和平臺(tái)， 在自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 設(shè)計(jì)當(dāng)中它賦予著主要設(shè)計(jì)工作。 MATLAB作為一款強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件，同時(shí)也提供了 圖形用戶界面設(shè)計(jì)的功能，它包括了三類圖形用戶界面對(duì)象，包括用戶界面控件對(duì)象、下拉式菜單對(duì)象和快捷菜單對(duì)象。 在 MATLAB軟件中，為 GUI開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)非常方便且高效的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 GUIDE。 GUIDE將所有設(shè)計(jì)好的 GUI 設(shè)計(jì)模型 保存在一個(gè) .fig文件當(dāng)中，并且同時(shí)生成了 .m文件，對(duì)于 .fig 文件設(shè)計(jì)，它包括滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 了 GUI圖形窗口以及圖形窗口對(duì)象，對(duì)于 .m文件而言，它包括了 GUI設(shè)計(jì)、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)。 （ b）管理圖形對(duì)象句柄并執(zhí)行回調(diào)函數(shù)的子程序 。 （ d）提供了管理全局變量 的便利途徑 。 （ 2） 在命令窗口 （ mend Windows） 當(dāng)中輸入“ Guide”命令或者輸入“ Guide Filename” ，同樣可以打開(kāi)可視化接口。 MATLAB軟件為 GUI圖形用戶界面設(shè)計(jì)總共準(zhǔn)備了 4種模板 ，包括 Blank GUI（默認(rèn)）、 GUI with Uicontrols（帶控件對(duì)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(wèn)話對(duì)話框的 GUI模板 ）。 滁州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖22 GUI 設(shè)計(jì)窗口 從 GUI設(shè)計(jì)窗口可以看出，共有五個(gè)設(shè)計(jì)工具，它們分別是： （ a） 對(duì)象屬性查看器（ Property）：可以查看每個(gè)對(duì)象的屬性值，同時(shí)可以修改設(shè)置對(duì)象的屬性值。 （ c） 位置調(diào)整工具（ Alignment Tool）：多個(gè)對(duì)象通過(guò)該工具左右、上下進(jìn)行位置進(jìn)行調(diào)整。 （ e） Tab順序編輯器（ Tab Order Editor） :通過(guò)該工具，設(shè)置當(dāng) 按下鍵盤上的 Tab鍵時(shí)，對(duì)象被選中的先后順序。 自動(dòng)控制原理簡(jiǎn)單介紹 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛快的發(fā)展和廣泛的應(yīng) 用，自動(dòng)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)