(参考)基于MATLAB的自动控制原理虚拟实验平台开发.doc

..56/57.目录摘要1Abstract11绪论21.1本文研究背景21.2本文的选题意义21.3本文的任务和要求31.3.1本文任务31.3.2本文要求32自动控制原理虚拟实验平台总体概述及其实现工具介绍32.1MATLAB工具介绍32.2Simulink工具简单介绍42.3GUI简单介绍与可视化接口环境42.3.1GUI概念介绍42.3.2GUI图形用户界面的打开52.4自动控制原理简单介绍73虚拟实验平台总体概述73.1虚拟实验平台设计原则73.2虚拟实验平台设计界面模块结构及功能73.2.1平台模块结构73.2.2平台功能84自动控制原理实验在虚拟实验平台的实现94.1平台界面的总体要求94.2主界面的设计94.3线型系统时域分析界面134.3.1时域分析法的介绍134.3.2时域分析界面的设计144.4线型系统根轨迹分析界面174.4.1根轨迹法的介绍184.4.2根轨迹界面的设计184.5线性系统频域分析界面194.5.1频域法的介绍194.5.2频域分析界面的设计204.6控制系统校正实验界面224.6.1控制系统校正介绍224.6.2控制系统校正实验界面的设计225结论25参考文献26附录127致551绪论1.1本文研究背景对于大学生而言自动控制原理是大学阶段的自动控制工程、机器自动控制操作、物流设备工程等专业的重要的专业基础课程，涉及到自动控制系统的模型建立、系统分析、系统设计的相关基本理论和相关技术设计。它的典型特点是概念比较抽象，数字含量巨大，计算相当复杂，从而导致学生比较难于理解和消化，实验是理解和消化相关课程容的非常重要的途径。目前相当多的大学高校的实验教学仍处于传统模拟实验阶段，通过利用集成封闭的传统实验箱，将相应的有源网络模块整个连接成了典型环节和系统，然后施加典型信号，通过示波器仔细观察实验结果。然而对于这种实验方法仍存在明显不足，比如说（1）实验室的实验箱集成度很高，从而让学生对实验目的和实验计划出现盲目性，所以很容易导致损坏仪器设备。（2）学生的理论性知识和实验动手操作是互相分开的，导致了学生缺乏主动性学习和创造性性学习。（3）因为元件的非线性等一些元素，导致了实验结果与理论知识差异较大，相距甚远。为了改变这种现象，我们通过利用MATLAB中的具有可视化编程能力的图形用户界面（简称GUI）和控制系统工具箱中的有关的丰富的库函数等，开发出了基于MATLAB的自动控制原理虚拟实验平台。1.2本文的选题意义自动控制原理虚拟实验平台就是把真实的相关的自动控制环节、系统和数学建模有机地结合的一个实验操作平台。学生不仅可以在平台上修改相关的实验参数、改变相关的输入信号、观察相应的响应情况，同时还可以观察数学模型的具体的变化情况。MATLAB是面对科学计算的高性能可视化编程仿真软件，GUI是一种的图形用户界面。通过MATLAB/GUI设计和开发自动控制原理虚拟实验平台，不但能很好地解决传统实验存在的问题，加深对自动控制原理理论课程容的理解，更能使学生摆脱复杂的数学公式，对新知识产生浓厚的探索兴趣。在设计过程中，我通过查阅相关的资料，增强了自己的自我学习能力和思考能力，同时通过向老师和同学的虚心求教，增强了自己的沟通能力。1.3本文的任务和要求1.3.1本文任务本次毕业设计研究的任务是基于MATLAB的自动控制原理虚拟实验平台的实现，简单的要用MATLAB中的GUI建成一个可视化的图形开发平台，在这个平台上去实现自动控制原理各个实验要求和实验功能，验证实验原理。1.3.2本文要求通过自动控制原理虚拟实验平台实现线型系统的时域分析、线性系统的根轨迹分析、线型系统的频域分析、控制系统的串联校正实验，然后重点介绍线性系统的时域分析的具体的原理、方法、实现的功能、实验操作过程以及仿真图形。2自动控制原理虚拟实验平台总体概述及其实现工具介绍2.1MATLAB工具介绍我们在设计自动控制原理虚拟实验平台的时候需要用到MATLAB设计工具，以此搭建我们所想要的虚拟实验平台，为了对后面更好地的设计与实验，我们需要了解MATLAB的发展历史以及它的功能，掌握软件的实际操作原理。在20世纪80年代以来，为了研究某种问题，各种计算机语言接连出现，当然，在数学研究当中，为了更好地更方便地数值计算、科学研究、工程计算等其他方面，MATLAB软件应运而生。MATLAB是由美国人MathWorks公司推出，是MATrixLABoratory的缩写，中文名称是矩阵实验室。自推广以来，得到了社会上的普遍认同以及广泛的应用，发展至今推出了各种版本，里面的功能越来越丰富和强大，同时它的语言易于掌握，所以深受各大高等学校的喜爱以及科学研究人员的使用，尤其在欧美高校，MATLAB软件的使用成为了学生的必备的学习技能。毋庸置疑，MATLAB的功能相当