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基于MATLAB的虛擬實驗系統設計—主界面與部分模塊的設計.doc

'基于MATLAB的虛擬實驗系統設計—主界面與部分模塊的設計.doc'
?畢 業 設 計 (論 文)專 業 電氣工程及其自動化 課 題 基于MATLAB的虛擬實驗系統的設計 ——主界面及部分模塊的設計 摘 要自動控制原理是學習自動控制技術的一門重要的專業基礎課程,是控制理論的基礎。而實驗課是自動控制原理整個教學過程中不可缺少的重要組成部分。對于初學自動控制理論課的學生來說.由于時間和專業知識的限制,直接利用MATLAB語言編程進行控制系統分析是極不方便的,需要在MATLAB基礎上為用戶開發出適用于使用的接口界面。本文就是介紹了在MATALB軟件環境下開發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工具箱對自動控制系統進行建模和進行穩定性分析、根軌跡分析、頻域分析,并說明了本軟件的特點、功能和效果。結果證明該軟件系統可以取代傳統模擬實驗,它不僅能提高實驗教學效率,改善實驗效果,而且方便易行,具有推廣應用價值。同時利用該軟件可以系統地讓學生掌握控制系統設計思想的演化過程以及自動控制學科專業知識,從而提高學生分析和解決實際問題的能力。關鍵詞:自動控制原理 建模 MATLAB 虛擬實驗系統 GUI (圖形用戶界面) 仿真 AbstractAutomatic Control Theory is an important professional course in learning Automatic Control. And it’s a foundation of control theory. Experiment is an indispensable part in learning Automatic Control Theory. For a beginner of Automatic Control System, it is difficult to use the MATLAB programming language to analysis the control system, due to the limited time and poor professional knowledge. So we need to develop an interface which is easy to use based on MATLAB. This paper is about developing an experimental teaching software of Automatic Control Theory in MATLAB. We make model for automatic control system and analysis the stability, root locus and frequency domain by using the interface design function and automatic control toolbox. Additionally, we provide the note about the features, functions and effects of the software. Our results demonstrate that this software can replace traditional experiment. It could not only increase the teaching efficiency and improve the experiment teach effect, but also the software is very convenient. And also this software could make the students to master the evolvement process of design method of automatic control system and professional knowledge of automatic control. Obviously, it will improve the student’s ability of analysis and solving problems.Keywords : Automatic Control Theory Modeling MATLAB Virtual Experimental System GUI  Simulation目 錄目 錄 41 緒論 52 虛擬實驗系統的總體設計 62.1 背景知識介紹 62.1.1 虛擬實驗系統的現狀分析 62.1.2 MATLAB簡介及其在控制系統中的運用 62.2 總體設計原理 72.3總體設計框圖 83系統的部分模塊實現與主界面設計 93.1建模模塊的實現 93.1.1 建模設計思想及目標 93.1.2 功能介紹及設計步驟 103.2 根軌跡模塊實現及實驗報告生成模塊的設計 183.2.1 根軌跡模塊的實現 183.2.2 實驗報告生成模塊的設計 253.3 主界面的設計 293.3.1 設計思想及目標 293.3.2主界面模塊框圖 303.3.3主界面的具體設計 314 系統設計成果及實驗舉例 334.1系統設計成果 334.2實驗舉例 345 總結和展望 365.1本文工作總結 365.2課題展望 37參考文獻 38致 39附錄一 科技文獻翻譯 40附錄二 所用函數表 46附錄三 畢業設計任務書 47基于MATLAB虛擬實驗系統的設計機械與電氣工程系 電氣工程及其自動化專業03電氣一班 后麗萍 指導老師 ***1 緒 論在目前有限的課堂教學和實驗學時,運用一定的仿真軟件和計算機技術,使學生掌握專業的基本理論和控制系統的設計思想和方法,培養學生科研能力,是專業教學中值得研究和探討的課題。本課題就是利用MATLAB的界面設計功能及其提供的控制系統工具箱可以開出一個用戶界面良好的《自動控制原理》虛擬實驗系統,以每個實驗項目為本系統的各個子系統。每個子系統的具體任務包括:界面設計、實驗說明(幫助文件)、數學建模、系統性能分析、仿真實驗及結果分析、試驗報告生成等。然后利用該套實驗系統來對《自動控制原理》課程中的容進行計算、仿真與研究。這樣用仿真實驗手段取代傳統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如何選擇,了解實驗參數改變的依據,直觀地看出參數變化對系統的影響,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造性,又培養了學生分析、設計和調試自動控制系統的能力,對創造更開放和有創意的實驗環境是很有幫助,同時學習者不需要MATLAB知識就能方便。省略部分。率放大器的作用就是將功率提高到一個滿足制動器的需要功率。 被控對象包括水閥和水槽的特征,在這個部分,會有干擾d,圖作為一個附加的輸入信號。對于水位控制,d可以代表壓力變化等附錄二:所用函數表參數名稱和典型調用格式功能求取傳遞函數tf(num,den)求出分子為num,分母為den的傳遞函數series(sys1,sys2)對sys1、sys2串聯連接feedback(sys1,sys2)對sys1、sys2反饋連接穩定性分析中用到的繪制圖性函數pzmap(sys) [p,z]=pzmap(sys)系統零極點繪制step(sys) [y,t,x]=step(sys)計算和繪制系統的階躍響應圖nyquist(sys)Nyquist圖繪制根軌跡分析中所用到的繪制圖形函數k=dcgain(sys)直流(穩態)增益rlocus(sys)計算和繪制系統的根軌跡sgrid繪制連續系統根平面上的等阻尼和固有頻率網格zgrid繪制離散系統根平面上的等阻尼和固有頻率網格附錄三 畢業設計任務書一、畢業設計(論文)的容MATLAB語言是由美國MathWorks公司發布的主要面向科學計算、數據可視化以及交互式程序設計語言。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化集成在一個易于使用的視窗環境中,為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多學科領域提供了一種簡捷、有效的編程工具。在它的編程環境中,任何復雜計算問題及其解的描述均十分符合人們的邏輯思維方式和數學表達習慣,并在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言(如C、FORTRAN等)的編程模式,代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。尤其值得一提的是MATLAB配套工具箱。這些工具箱將一流專家學者的理論和經驗與MATLAB高技術計算環境的在效力及靈活性有機地集成為一體。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據進行可視化處理。利用MATLAB的強大的數字仿真和數據處理能力,可對電氣信息類專業的很多課程如《自動控制原理》、《線性系統理論》、《電子線路》、《電路分析》等課程容進行計算、仿真、研究,在教學中采用數字仿真實驗可起到事半功倍的作用。MATLAB在仿真中主要有兩種形式:M文件編程實現,simulink仿真庫建立模型來實現。運行仿真程序可以在command窗口進行,可以在仿真窗口用simulink直接運行,也可以開發出更加直觀的GUI系統進行仿真。我們課題:建立一個用戶界面良好的《自動控制原理》虛擬實驗系統,以每個實驗項目為本系統的各個子系統。每個子系統的具體任務包括:界面設計、實驗說明(幫助文件)、控制對象的數學建模、控制器設計(或系統性能分析)、仿真實驗及結果分析、試驗報告生成等。二、畢業設計(論文)的要求與數據要求:熟悉Matlab語言環境,了解Matlab環境中Simulink程序的應用,掌握Matlab環境中GUI的編程,了解必要的Matlab與其它編程語言的接口,并需復習或學習必要的電子線路知識和自動控制理論。通過本次畢業設計,學生應能使用Matlab的編程環境進行系統的設計與仿真,應能掌握控制系統的分析與設計,掌握電子線路的分析與設計,應能具備較高的控制理論水平;并掌握Matlab與其他高級語言的接口技術。三、畢業設計(論文)應完成的工作本次畢業設計,應同時完成仿真實驗系統的系統建模、算法實現、軟件編制、系統調試;同時在此過程中,通過對所作工作的總結,完成10000字以上的畢業論文。另外,需翻譯一篇3000字以上的科技文獻。四、畢業設計(論文)進程安排及實習安排序 號設計(論文)各階段名稱日 期1資料查閱,熟悉課題1-42確定系統框架并開始搭建總體框架5-63畢業實習7-94對各個實驗對象進行數學建模,并用M文件編程實現10-125編制各個實驗環節的詳細程序代碼12-136建立各個實驗環節的simulink仿真13-147程序總體調試,撰寫論文14-158撰寫論文,科技翻譯16-179畢業答辯18五、應收集的資料、主要參考文獻及實習地點志涌 精通Matlab6.5版 航空航天大學克新 MATLAB語言與自動控制系統設計施陽等編著 MATLAB語言精要及動態仿真工具SIMULINK施陽等編著 MATLAB語言工具箱--TOOLBOX實用指南胡壽松 自動控制原理 龐國仲 自動控制原理君里 信號與系統薛定宇 反饋控制系統設計與分析---MATLAB語言應用袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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設計 系統 實驗 界面 虛擬 部分 matlab 模塊 基于
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