自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文設(shè)計(jì)）

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文題目：自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室 的設(shè)計(jì)系 別： 電氣與電子工程系專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 河南城建學(xué)院2009年 05 月 30 日河南城建學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任 務(wù) 書(shū)題 目自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)系 別電氣與電子工程系專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)12140502學(xué) 號(hào)1214050213學(xué)生姓名羅華澤指導(dǎo)教師任琦梅發(fā)放日期2009年3月2日河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)一、主要任務(wù)與目標(biāo)：主要任務(wù)：完成自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)和調(diào)試，并編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用和所學(xué)理論知識(shí)的能力。2、培養(yǎng)學(xué)生分析

2、和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。3、培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料、手冊(cè)以及編寫(xiě)技術(shù)文獻(xiàn)的能力。二、主要內(nèi)容與基本要求：主要內(nèi)容：1、學(xué)習(xí)并熟悉開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)軟件MATLAB/Simulink/GUIDE2、對(duì)自動(dòng)控制原理課程進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和研究，根據(jù)課程重點(diǎn)、難點(diǎn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。3、設(shè)計(jì)制作出自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，并進(jìn)行調(diào)試。基本要求：1、設(shè)計(jì)出的虛擬實(shí)驗(yàn)室界面友好。2、能進(jìn)行滿足教學(xué)大綱要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。3、學(xué)生能自主設(shè)置或修改實(shí)驗(yàn)所需的一些參數(shù)，或能進(jìn)行一些設(shè)計(jì)性試驗(yàn)。4、操作過(guò)程中有一定的提示說(shuō)明信息。5、設(shè)計(jì)調(diào)試成功后將制作的虛擬實(shí)驗(yàn)室所有的文件打包后拷貝給指導(dǎo)教師。三、計(jì)劃進(jìn)度：畢業(yè)設(shè)計(jì)從第5

3、周到第16周共12周時(shí)間。第5周，熟悉題目，查閱資料，調(diào)研。第6周，學(xué)習(xí)熟悉MATLAB軟件。第7周，復(fù)習(xí)自動(dòng)控制原理相關(guān)知識(shí)，確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容。第8周，設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)室主界面。第912周，編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)部分相關(guān)文件。第13周，編寫(xiě)說(shuō)明信息相關(guān)文件。第14周，整理調(diào)試和檢查。第15周，編寫(xiě)整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。第16周，答辯。四、主要參考文獻(xiàn)：1、薛定宇、陳陽(yáng)泉，給予MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用，清華大學(xué)出版社2、魏巍，MATLAB控制工程工具箱技術(shù)手冊(cè)，國(guó)防工業(yè)出版社3、薛定宇，控制系統(tǒng)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社4、夏德玲，自動(dòng)控制原理，機(jī)械工業(yè)出版社指導(dǎo)教師（簽名）：

4、年 月 日教研室審核意見(jiàn)： （建議就任務(wù)書(shū)的規(guī)范性；任務(wù)書(shū)的主要內(nèi)容和基本要求的明確具體性；任務(wù)書(shū)計(jì)劃進(jìn)度的合理性；提供的參考文獻(xiàn)數(shù)量；是否同意下達(dá)任務(wù)書(shū)等方面進(jìn)行審核。）教研室主任簽名： 年 月 日注：任務(wù)書(shū)必須由指導(dǎo)教師和學(xué)生互相交流后，由指導(dǎo)老師下達(dá)并交教研室主任審核后發(fā)給學(xué)生，最后同學(xué)生畢業(yè)論文等其它材料一起存檔。成績(jī)?cè)u(píng)定·成績(jī)?cè)u(píng)定說(shuō)明一、答辯前每個(gè)學(xué)生都要將自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）在指定的時(shí)間內(nèi)交給指導(dǎo)，教師，由指導(dǎo)教師審閱，寫(xiě)出評(píng)語(yǔ)并預(yù)評(píng)分。二、答辯工作結(jié)束后，答辯小組應(yīng)舉行專門(mén)會(huì)議按學(xué)校統(tǒng)一的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)分辦法，在參考指導(dǎo)教師預(yù)評(píng)結(jié)果的基礎(chǔ)上，評(píng)定每個(gè)學(xué)生的成績(jī)。系對(duì)專業(yè)

5、答辯小組提出的優(yōu)秀和不及格的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），要組織系級(jí)答辯,最終確定成績(jī)，并向?qū)W生公布。三、各專業(yè)學(xué)生的最后成績(jī)應(yīng)符合正態(tài)分布規(guī)律。四、具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和辦法見(jiàn)平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作條例中附錄2。五、答辯小組評(píng)分包括兩部分：（1）學(xué)生答辯情況的得分和評(píng)閱教師評(píng)分；（2）指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)分畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào)綜合成績(jī)： 分（折合等級(jí) ）答辯小組組長(zhǎng)簽字 年 月 日·答辯小組評(píng)定意見(jiàn)·一、評(píng)語(yǔ)（根據(jù)學(xué)生答辯情況及其論文質(zhì)量綜合評(píng)定）。二、評(píng)分（按下表要求評(píng)定）評(píng)分項(xiàng)目答 辯 小 組 評(píng) 分評(píng) 閱 教 師 評(píng) 分合計(jì)（40分）完成任務(wù)

6、情 況（5分）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量（5分）表達(dá)情況（5分）回答問(wèn)題情 況（5分）質(zhì) 量（正確性、條理性、創(chuàng)造性、實(shí)用性）（10分）成果的技術(shù)水平（科學(xué)性、系統(tǒng)性）（10分）答辯小組成員簽字 年 月 日 畢業(yè)答辯說(shuō)明1、答辯前，答辯小組成員應(yīng)詳細(xì)審閱每個(gè)答辯學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），為答辯做好準(zhǔn)備，并根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)給出實(shí)際得分。2、嚴(yán)肅認(rèn)真組織答辯，公平、公正地給出答辯成績(jī)。3、指導(dǎo)教師應(yīng)參加所指導(dǎo)學(xué)生的答辯，但在評(píng)定其成績(jī)時(shí)宜回避。4、答辯中要有專人作好答辯記錄。·指導(dǎo)教師評(píng)定意見(jiàn)·一、對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的學(xué)術(shù)評(píng)語(yǔ)（應(yīng)具體、準(zhǔn)確、實(shí)事求是）： 簽字： 年 月 日

7、二、對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)分按下表要求綜合評(píng)定。（1）理工科評(píng)分表評(píng)分項(xiàng)目（分值）工作態(tài)度與 紀(jì) 律（10分）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成任務(wù)情況與水平（工作量與質(zhì)量）（20分）獨(dú) 立工作能力（10分）基礎(chǔ)理論和基本技能（10分）創(chuàng) 新能 力（10分）合 計(jì)（60分）得分（2）文科評(píng)分表評(píng)分項(xiàng)目（分值）文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述（10分）外文翻譯（10分）論文撰寫(xiě)質(zhì)量（10分）學(xué)習(xí)態(tài)度（10分）學(xué)術(shù)水平（20）論證能力與創(chuàng)新（40分） 合 計(jì)（100分）得分 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄摘 要10第一章 緒論12第二章 自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室概述13第一節(jié) 使用工具簡(jiǎn)介13一、MATLAB簡(jiǎn)介13二、sim

8、ulink簡(jiǎn)介13三、GUI簡(jiǎn)介14第二節(jié) 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介15第三節(jié) 虛擬實(shí)驗(yàn)室總體結(jié)構(gòu)16第三章 自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)18第一節(jié) 界面19第二節(jié) 課本實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)26第三節(jié) 演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)32第四章 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用舉例37第5章總結(jié)45附錄46一、注意事項(xiàng)46二、中英文對(duì)照表47致 謝51參考文獻(xiàn)52摘 要實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的延伸和補(bǔ)充，搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)自動(dòng)控制理論教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。該文從教學(xué)課本實(shí)驗(yàn)著手，首先分析了建立虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的必要性，接著闡述了虛擬實(shí)驗(yàn)界面和仿真平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)與功能。以及關(guān)鍵模塊的軟件實(shí)現(xiàn)方法；最后分析了運(yùn)用軟件進(jìn)行自動(dòng)控制原理的虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性。虛擬實(shí)驗(yàn)

9、室的基本結(jié)構(gòu)分為：軟件介紹、課本實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)。課本實(shí)驗(yàn)包含課本要求的所有實(shí)驗(yàn)：一、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)，二、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) ，三、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，四、系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試，五、控制系統(tǒng)串聯(lián)校正，六、采樣實(shí)驗(yàn)。演示實(shí)驗(yàn)兼具課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)共八個(gè)實(shí)驗(yàn)：一、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)，二、線性系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的分析，三、繪制系統(tǒng)的根軌跡及零、極點(diǎn)分布圖，四、系統(tǒng)的頻域分析，五、線性系統(tǒng)的校正，六、采樣控制系統(tǒng)，七、非線性系統(tǒng)仿真，八、平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)作用下線性系統(tǒng)的仿真。這六個(gè)課本實(shí)驗(yàn)和八個(gè)演示實(shí)驗(yàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，對(duì)自動(dòng)控制原理的滲透逐漸加深。關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制；MATLAB；虛擬實(shí)驗(yàn)；仿真。AbstractExp

10、erimental teaching is the theoretical teaching and improve experiment teaching, the automatic control theory is an important link in the process of teaching. This textbook experiment teaching is firstly analyzed, the necessity of the establishment of virtual experiment platform, then expounds the vi

11、rtual experiment interface and the basic structure and simulation platform. And the software realization method of key module, In the final analysis by using the software for automatic control principle of the advantages of virtual experiment.The basic structure of virtual laboratory software is int

12、roduced, the book is divided into: experiment and demonstration experiment. Textbook experiment textbooks include all experiment: a typical, and step response, 2 second order systems step response, the stability of the control system of three, four, system analysis, the frequency characteristics of

13、the test, calibration, control system, 6 series, sampling experiment. Experimental demonstration of both inside and outside the class of eight experiment: an experiment, the typical links and step response, 2, linear system analysis of time domain response, three, drawing system root locus and zero,

14、 pole distribution, four, the system of frequency domain analysis of linear systems, five, six, seven, sampling control system, and the nonlinear system simulation, eight, stationary random signal linear system under the simulation. This textbook experiment and six eight demonstration experiment fro

15、m simple to complex, the principle of the automatic control gradually deepened. InfiltrationKeywords：automatic control, MATLAB, Virtual experiment, Simulation.第一章 緒論 “自動(dòng)控制原理”是我院自動(dòng)化類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)以及相對(duì)較抽象,以致使得學(xué)生難于理解,需要借助實(shí)驗(yàn)加深對(duì)課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。我院開(kāi)設(shè)的該課程實(shí)驗(yàn),仍處于傳統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)階段,實(shí)驗(yàn)時(shí)首先把系統(tǒng)分解成典型環(huán)節(jié),利用實(shí)驗(yàn)箱,將相應(yīng)的有源R

16、C網(wǎng)絡(luò)模塊連接,最后通過(guò)示波器觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣的實(shí)驗(yàn)方式,雖然具有一定的作用,但存在著一些弊端：學(xué)生在開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,面對(duì)著復(fù)雜的硬件電路,往往不知所措,對(duì)控制系統(tǒng)的模型不是很了解,只是依據(jù)給定的電路來(lái)連接；對(duì)于控制系統(tǒng)的參數(shù),不知如何調(diào)整,而是胡亂地調(diào)節(jié)電位器值和電容值,很容易造成硬件電路的損壞；更不知調(diào)整的參數(shù)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的哪些具體參數(shù),顯然不會(huì)對(duì)課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的加深理解。使得學(xué)員對(duì)實(shí)驗(yàn)不感興趣； 實(shí)驗(yàn)設(shè)備高度集成,操作復(fù)雜,可擴(kuò)展性差,另外可改參數(shù)有限,使得綜合性實(shí)驗(yàn)難以開(kāi)展；現(xiàn)在雖應(yīng)用了虛擬示波器,但由于實(shí)驗(yàn)構(gòu)成的基礎(chǔ)仍是模擬電子線路,有些如頻率特性等實(shí)驗(yàn)效果仍然不好,能夠開(kāi)出的實(shí)驗(yàn)受

17、到限制； 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容形式老化,不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求和促進(jìn)課程理論教學(xué)的目的；自控實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限,實(shí)驗(yàn)室又是非開(kāi)放性的,要想在有限學(xué)時(shí)里鞏固和掌握課堂內(nèi)容,顯然是很困難的。為了改變這一局面,我們利用MATLAB 中的具有可視化編程能力的圖形用戶界面GUI、SIMULINK仿真功能和控制系統(tǒng)工具箱中豐富的庫(kù)函數(shù)等,開(kāi)發(fā)了基于MATLAB 的“自動(dòng)控制原理”虛擬實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)。該平臺(tái)充分考慮了本學(xué)科的特點(diǎn), 基本上覆蓋了所要求的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；用戶界面良好,具有一定的交互功能和仿真運(yùn)行功能。通過(guò)人機(jī)對(duì)話,用戶可以設(shè)置系統(tǒng)的模型,根據(jù)用戶的要求該軟件可圖形分析與系統(tǒng)性能指標(biāo)分析。與電子線路模擬實(shí)驗(yàn)互相補(bǔ)充,有效地克服

18、了傳統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)的局限性,很好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的和要求。前幾章主要是介紹本軟件的制作方法和過(guò)程，依照課本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容，制作出擴(kuò)展性強(qiáng)，人機(jī)對(duì)話優(yōu)越的虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)；其后選取課本實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示的操作幫助學(xué)生更好更快的認(rèn)識(shí)軟件，加深掌握軟件使用過(guò)程中的一些技巧和方法，以便在自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)更出色的完成各個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。第二章 自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室概述第一節(jié) 使用工具簡(jiǎn)介一、MATLAB簡(jiǎn)介自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室是使用MATLAB軟件搭建而成的，所以在使用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，我首先簡(jiǎn)單了解MATLAB軟件的誕生和發(fā)展，以便幫助我們今后更好的掌握和應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件，為我們的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)

19、。MATLAB軟件是由美國(guó)Math Works公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和圖形處理的科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)。MATLAB是英文Matrix Laboratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室）的縮寫(xiě)，被譽(yù)為“巨人肩上的工具”。由于使用MATLAB編程運(yùn)算與人進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的思路和表達(dá)方式完全一致，所以不像學(xué)習(xí)其他高級(jí)語(yǔ)言，如Basic、Fortran和C等語(yǔ)言那樣難于掌握，用MATLAB編寫(xiě)程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問(wèn)題。在這個(gè)環(huán)境下，對(duì)所求解的問(wèn)題，用戶只需簡(jiǎn)單的列出數(shù)學(xué)表達(dá)式，其結(jié)果便以數(shù)值或圖形方式顯示出來(lái)。最早開(kāi)發(fā)MATLAB軟件的目的就是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好地授課和學(xué)習(xí)。從MATLAB誕生開(kāi)始，由于其高度

20、的集成性和應(yīng)用的方便性，在高校中得到了廣泛的應(yīng)用與推廣。由于它能非常快地實(shí)現(xiàn)科研人員的設(shè)想，極大地節(jié)約了科研人員的時(shí)間，受到了大多數(shù)科研人員的青睞與重視。它可以很方便地設(shè)計(jì)出漂亮的界面，例如，它像VB等高級(jí)語(yǔ)言一樣，也可以設(shè)計(jì)出漂亮的用戶接口，同時(shí)因?yàn)樗€具有最豐富的函數(shù)庫(kù)（工具箱），極易實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能。另外MATLAB軟件和其他高級(jí)語(yǔ)言也具有良好的接口，可以很方便地與其他語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)混合編程，這都進(jìn)一步拓寬了它的應(yīng)用范圍和使用領(lǐng)域。二、simulink簡(jiǎn)介控制系統(tǒng)仿真研究的一種很常見(jiàn)的需求就是系統(tǒng)在某些信號(hào)驅(qū)動(dòng)下，觀測(cè)系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)，從中得出期望的結(jié)論。對(duì)簡(jiǎn)單線性系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以利用控制系統(tǒng)工具箱中

21、的相應(yīng)函數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，如果想研究非線性方程，則可以采用微分方程數(shù)值解法來(lái)求解。對(duì)于更復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，單純采用上述的方法有時(shí)難以完成仿真任務(wù)。比如說(shuō)，若想研究函數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，用前面介紹的方法則需要列寫(xiě)出系統(tǒng)的微分方程，這是很復(fù)雜的，有時(shí)甚至是不可能的。如果有一個(gè)基于框圖的仿真程序，則解決這樣的問(wèn)題就輕而易舉了。Simulink環(huán)境就是解決這樣的問(wèn)的理想工具，它提供了各種各樣的模塊，允許用戶用框圖的形式搭建起任意復(fù)雜的系統(tǒng)，從而對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的仿真。Simulink是MATLAB的一個(gè)組成部分，它提供的模塊有一般線性、非線性控制系統(tǒng)所需的模塊，也有更高層的模塊，例如電氣系統(tǒng)模塊集中提供

22、的電機(jī)模塊、simmechanics提供的剛體及關(guān)節(jié)模塊，這使得用戶可以輕易地對(duì)感興趣的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并得出所需的結(jié)果。三、GUI簡(jiǎn)介用戶圖形界面（GUI）是程序的圖形化界面。一個(gè)好的GUI 能夠使程序更加容易的使用。它提供用戶一個(gè)常見(jiàn)的界面，還提供一些控件，例如，按鈕，列表框，滑塊，菜單等。用戶圖形界面應(yīng)當(dāng)是易理解且操作是可以預(yù)告的，所以當(dāng)用戶進(jìn)行某一項(xiàng)操作，它知道如何去做。例如，當(dāng)鼠標(biāo)在一個(gè)按鈕上發(fā)生了單擊事件，用戶圖形界面初始化它的操作，并在按鈕的標(biāo)簽上對(duì)這個(gè)操作進(jìn)行描述。創(chuàng)建MATLAB 用戶圖形界面必須由三個(gè)基本元素: 1. 組件. 在matlab GUI 中的每一個(gè)項(xiàng)目(按鈕,標(biāo)簽

23、,編輯框等)都是一個(gè)圖形化組件。組件可分為三類:圖形化控件(按鈕,編輯框,列表,滾動(dòng)條等),靜態(tài)元素(窗口和文本字符串),菜單和坐標(biāo)系。圖形化控件和靜態(tài)元素由函數(shù)uicontrol 創(chuàng)建,菜單由函數(shù)uimenu 和uicontextmenu 創(chuàng)建,坐標(biāo)系經(jīng)常用于顯示圖形化數(shù)據(jù),由函數(shù)axes 創(chuàng)建。2. 圖象窗口(Figure)。GUI 的每一個(gè)組件都必須安排在圖象窗口中。以前，我們?cè)诋?huà)數(shù)據(jù)圖象時(shí)，圖象窗口會(huì)被自動(dòng)創(chuàng)建。但我們還可以用函數(shù)figure 來(lái)創(chuàng)建空?qǐng)D象窗口，空?qǐng)D象窗口經(jīng)常用于放置各種類型的組件。3. 回應(yīng)。最后，如果用戶用鼠標(biāo)單擊或用鍵盤(pán)鍵入一些信息，那么程序就要有相應(yīng)的動(dòng)作。鼠標(biāo)

24、單擊或鍵入信息是一個(gè)事件，如果matlab 程序運(yùn)行相應(yīng)的函數(shù)，那么matlab函數(shù)肯定會(huì)有所反應(yīng)。例如，如果用戶單擊一按鈕，這個(gè)事件必然導(dǎo)致相應(yīng)的matlab語(yǔ)句執(zhí)行。這些相應(yīng)的語(yǔ)句被稱為回應(yīng)。只要執(zhí)行GUI 的單個(gè)圖形組件，必須有一個(gè)回應(yīng)。第二節(jié) 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介自動(dòng)控制理論課程是自動(dòng)化專業(yè)必修的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課（主干課程），課程內(nèi)容豐富，覆蓋的知識(shí)面廣。它是自動(dòng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論，是一門(mén)理論性較強(qiáng)的工程科學(xué)。自動(dòng)控制理論課程實(shí)驗(yàn)課的主要任務(wù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在掌握自動(dòng)控制的基本原理及必要的現(xiàn)代控制理論方面的基礎(chǔ)知識(shí)，熟練掌握各種分析方法，了解各種校正方法設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)控

25、制理論的理解和認(rèn)識(shí)，將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生一定的實(shí)際動(dòng)手能力、分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，使理論教學(xué)效果得到有效的鞏固與提高。自動(dòng)控制理論實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容包括難度較小的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，有難度較大的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，還有適合做課程設(shè)計(jì)的綜合性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)方式有模擬實(shí)驗(yàn)，數(shù)字實(shí)驗(yàn)，有仿真實(shí)驗(yàn)，有實(shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，還有目前控制界最流行的MATLAB及SIMULINK仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的基本要求為： 1、熟悉模擬電路，學(xué)會(huì)獨(dú)立觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄、測(cè)取數(shù)據(jù)，并整理、繪制、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；2、要求學(xué)生計(jì)算實(shí)驗(yàn)電路中的校正裝置；3、正確使用儀器，掌握示波器的應(yīng)用；4、掌握數(shù)字仿真的基本方法及仿真軟件MATLAB的應(yīng)

26、用。虛擬實(shí)驗(yàn)室里共搭建了課本要求的六個(gè)實(shí)驗(yàn)：一、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)，二、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) ，三、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，四、系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試，五、控制系統(tǒng)串聯(lián)校正，六、采樣實(shí)驗(yàn)。這六個(gè)實(shí)驗(yàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜貫穿自動(dòng)控制原理的應(yīng)用和發(fā)展，控制精度和控制要求隨著歲月的推移取得日新月異的成績(jī)，空前大步發(fā)展，邁向高峰。也正是因?yàn)橛凶詣?dòng)控制原理的發(fā)展作為基礎(chǔ)，社會(huì)各行各業(yè)的發(fā)展也空前高漲，國(guó)防、航空、醫(yī)療、船舶、工礦等行業(yè)都在發(fā)生顛覆性的變革和進(jìn)步，成績(jī)喜人。第三節(jié) 虛擬實(shí)驗(yàn)室總體結(jié)構(gòu)虛擬實(shí)驗(yàn)室立足于自動(dòng)控制原理，應(yīng)用具有強(qiáng)大功能且簡(jiǎn)單易懂的MATLAB軟件搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，幫助老師在教學(xué)工作中更有效的順利

27、完成教學(xué)工作，使學(xué)生在有限的時(shí)間里高效率的掌握知識(shí)，為今后社會(huì)的進(jìn)步和祖國(guó)的建設(shè)添磚加瓦，成為社會(huì)的棟梁之才奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。虛擬實(shí)驗(yàn)室技術(shù)是虛擬實(shí)現(xiàn)應(yīng)用研究就的重要載體。隨著虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的成熟，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到虛擬實(shí)驗(yàn)室在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，它除了可以輔助高校的科研工作,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面也具有如利用率高,易維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn).近年來(lái),國(guó)內(nèi)的許多高校都根據(jù)自身科研和教學(xué)的需求建立了一些虛擬實(shí)驗(yàn)室。虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)駐高校和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)是不容懷疑的趨勢(shì)和發(fā)展的必然要求。 對(duì)于國(guó)內(nèi)教學(xué)型虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè),有關(guān)部門(mén)提出如下幾點(diǎn)建議：1、用“平民化”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)教學(xué)型虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和應(yīng)用；2、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念,重

28、新認(rèn)識(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)室；3、切合實(shí)際，合理選擇開(kāi)發(fā)技術(shù)。 基于以上提出的三點(diǎn)建設(shè)性意見(jiàn)，本虛擬實(shí)驗(yàn)室結(jié)合教學(xué)實(shí)際和科學(xué)研究的需要，采取三三結(jié)合的方法搭建了既滿足課本實(shí)驗(yàn)要求又能用于佐證教學(xué)研究的虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，旨在為教育事業(yè)能更好、更快、更穩(wěn)的向前發(fā)展而架橋鋪路。虛擬實(shí)驗(yàn)室由三大部分組成：軟件介紹、課本實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)。其結(jié)構(gòu)圖如下：通過(guò)軟件介紹，我們能了解虛擬實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能。課本實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)是虛擬實(shí)驗(yàn)室的重要組成部分，其中課本實(shí)驗(yàn)部分是針對(duì)課本教材里要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)而為學(xué)生量身制作的，它能滿足不同層次的學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)的需求，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和挖掘?qū)W生的創(chuàng)新能力。演示實(shí)驗(yàn)是為了滿足教師授課時(shí)圖

29、文并茂呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生簡(jiǎn)潔明了、興趣濃厚地吸收知識(shí)。第三章 自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)在第二章第三節(jié)虛擬實(shí)驗(yàn)室的總體結(jié)構(gòu)里，我們已經(jīng)了解到虛擬實(shí)驗(yàn)室由三大部分組成：一、軟件介紹、二、課本實(shí)驗(yàn)和三、演示實(shí)驗(yàn)。其中課本實(shí)驗(yàn)主要包括六個(gè)實(shí)驗(yàn)：1、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)，2、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) ，3、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，4、系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試，5、控制系統(tǒng)串聯(lián)校正，6、采樣實(shí)驗(yàn)。演示實(shí)驗(yàn)主要由八個(gè)緊貼課本內(nèi)容且能反映自動(dòng)控制原理發(fā)展過(guò)程和趨勢(shì)的演示實(shí)驗(yàn)組成，這八個(gè)演示實(shí)驗(yàn)是：1、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)，2、線性系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的分析，3、繪制系統(tǒng)的根軌跡及零、極點(diǎn)分布圖，4、系統(tǒng)的頻域分析，5、線性系統(tǒng)

30、的校正，6、采樣控制系統(tǒng)，7、非線性系統(tǒng)仿真，8、平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)作用下線性系統(tǒng)的仿真。這六個(gè)課本實(shí)驗(yàn)和八個(gè)演示實(shí)驗(yàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，對(duì)自動(dòng)控制原理的滲透逐漸加深。六個(gè)課本實(shí)驗(yàn)和八個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)界面都是利用MATLAB的圖形界面GUI創(chuàng)建，實(shí)驗(yàn)的圖形演示及仿真模型利用simulink建立，部分函數(shù)圖形的繪制利用M函數(shù)編寫(xiě)成M文件，需要用到時(shí)直接在GUI的圖形界面里調(diào)用即可。在此，我們的軟件制作采用先總后分的方式，先介紹制作進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的GUI通道界面，然后再制作進(jìn)入各個(gè)實(shí)驗(yàn)的GUI界面，最后介紹各個(gè)實(shí)驗(yàn)的組成部分的制作。由于六個(gè)實(shí)驗(yàn)的搭建大同小異，我們?cè)谶@里詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)五的編程制作，以達(dá)到舉

31、一反三的目的。第一節(jié) 界面我們都知道GUI是界面交互的優(yōu)選工具，因此引入通道和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇界面及操作通道采用GUI創(chuàng)建，能達(dá)到事半功倍的效果；鑒于演示實(shí)驗(yàn)中各函數(shù)的復(fù)雜多變和便于教學(xué)，演示實(shí)驗(yàn)采用M-文件編寫(xiě)，這樣也使得GUI圖形界面調(diào)用M-文件變得更順利；為了學(xué)生能更直觀的圖文結(jié)合理解自動(dòng)控制原理的精髓，我們用MATLAB的command windows（命令工作空間）顯示函數(shù)執(zhí)行的結(jié)果和各實(shí)驗(yàn)中與實(shí)驗(yàn)仿真圖形相對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)，通過(guò)對(duì)比參照，加深理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在掌握課本知識(shí)的基礎(chǔ)上真正達(dá)到舉一反三。接下來(lái)我們先介紹怎么利用GUI創(chuàng)建進(jìn)入通道和操作界面的方法?？v觀進(jìn)入通道和操作通道，凡是用G

32、UI圖形工具創(chuàng)建的通道或是界面都有一個(gè)共同的步驟就是圖形界面的背景設(shè)置，在此基礎(chǔ)上才是static text鍵（靜態(tài)文本，主要是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)不能更改的信息）和push button鍵（功能鍵）等其它鍵的設(shè)置，因此，在接下來(lái)的篇幅里我們先介紹頁(yè)面的背景設(shè)置，繼而再圖后進(jìn)。點(diǎn)擊MATLAB的桌面快捷方式圖標(biāo)，直接啟動(dòng)MATLAB軟件，或者運(yùn)行MATLAB的安裝目錄的快捷起動(dòng)圖標(biāo)，啟動(dòng)MATLAB軟件。啟動(dòng)后的MATLAB操作界面的默認(rèn)情況（Default Desktop Layout）下有3個(gè)上層窗口：指令（命令）窗口（Command Window），工作空間瀏覽器窗口（Workspace Brows

33、er）和歷史指令（命令）窗口（Command Hisdory），如下圖所示：在指令（命令）窗口（Command Window）內(nèi)輸入GUIDE命令，按下回車鍵，打開(kāi)如下對(duì)話框：點(diǎn)擊OK，即可打開(kāi)GUIDE的空白操作界面，默認(rèn)名為untitled.fig，在GUIDE的設(shè)計(jì)編輯區(qū)layout area，拖入一個(gè)static text鍵到設(shè)計(jì)區(qū)，選中static text鍵，拖拽其邊沿覆蓋整個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)layout area，點(diǎn)擊右鍵，選中彈出菜單中的send to back設(shè)為低層，雙擊打開(kāi)其property inspector屬性檢查器，將string欄修改為空白，BackgroundColor背

34、景顏色欄修改為淡綠色（可以根據(jù)個(gè)人愛(ài)好，修改為任意顏色），其它欄的屬性不變，這樣就完成背景顏色的設(shè)置。接下來(lái)我們繼續(xù)介紹static text鍵（靜態(tài)文本）文字的顏色和字體大小的的設(shè)置。拖入一個(gè)static text鍵到GUIDE的設(shè)計(jì)編輯區(qū)layout area內(nèi)，雙擊打開(kāi)其property inspector屬性檢查器，將他們的BackgroundColor背景顏色欄修改為淡綠色，在ForegroundColor欄把字體的顏色改為自己喜歡的顏色，在FontSize字體大小欄把字號(hào)改為40或者自己中意的大小字體，string改為需要顯示的文本文字，其他項(xiàng)屬性保持不變。關(guān)于push butto

35、n鍵（功能鍵）的屬性設(shè)置除返回函數(shù)call back欄外，其余的基本上與static text鍵的相同。在此，我們著重介紹返回函數(shù)call back欄的設(shè)置。點(diǎn)擊GUIDE的設(shè)計(jì)編輯區(qū)layout area內(nèi)任一push button鍵，雙擊打開(kāi)其property inspector屬性檢查器，選中Callback欄。將其修改為需要調(diào)用的文件夾名稱或是需要執(zhí)行的命令，例如修改為“close”，則按下該按鈕時(shí)執(zhí)行關(guān)閉命令，關(guān)閉頁(yè)面。按鈕顯示的名稱設(shè)置一項(xiàng)在string欄修改，名稱可以根據(jù)需要自行定義，它主要是起到引導(dǎo)性的作用，方便理解和操作的連貫。完成編輯后，按下保存運(yùn)行按鈕，改為文件名，保存在

36、指定的文件夾下，即完成相應(yīng)的設(shè)置。在理解和熟練掌握頁(yè)面背景顏色、文本、返回函數(shù)的設(shè)置后，我們?cè)賮?lái)創(chuàng)建引入通道和操作界面就顯得輕車熟路，易如反掌了。首先，我們來(lái)建立引入通道，打開(kāi)MATLAB軟件，在工作命令窗口（Command Window）內(nèi)鍵入GUIDE命令，然后按下回車鍵，打開(kāi)GUIDE Quick start 窗口對(duì)話框，選擇Blank GUI(Default)行，點(diǎn)擊OK按鈕，打開(kāi)GUI的編輯窗口，按照前面所述的方法設(shè)置背景顏色，之后拖入三個(gè)Static Text 鍵、兩個(gè)Push Button鍵到設(shè)計(jì)區(qū)（layout area），選中一個(gè)Static Text 鍵，雙擊該鍵打開(kāi)屬性瀏

37、覽器，將BackgroundColor背景顏色欄改為紫色或是自己喜歡的顏色，F(xiàn)ontSize字體大小欄把字號(hào)改為40號(hào)字體， String字符串欄把字符修改為“自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)室”，將其拖放在頂端的適當(dāng)?shù)奈恢眉纯?。然后用同樣的方法分別修改另外兩個(gè)Static Text 鍵的屬性，一個(gè)顏色仍為紫色，字體為30號(hào)，String字符串欄把字符修改為“歡迎你來(lái)到虛擬實(shí)驗(yàn)室 更多精彩請(qǐng)點(diǎn)擊”放置在頁(yè)面的中間。另一個(gè)的顏色改為紅色，字體為15號(hào)，String字符串欄把字符修改為“河南城建學(xué)院電氣系自動(dòng)控制教研室”放置在頁(yè)面中偏下位置。至于兩個(gè)功能按鈕Push Button鍵的背景顏色改為淺綠色，字體為

38、15號(hào)、紅色，將其中一個(gè)的string改為“成功從這里開(kāi)始” ，callback欄的返回函數(shù)改為“shiyan”（shiyan是一個(gè)界面的名稱，在此是利用返回函數(shù)調(diào)用名為shiyan的界面），放置在頁(yè)面編輯區(qū)的中下位置。另一個(gè)Push Button鍵的string修改“退出”，callback欄的返回函數(shù)修改為“close”（colse是關(guān)閉命令），放置在頁(yè)面編輯區(qū)的右下角，整觀頁(yè)面效果，適當(dāng)調(diào)整各鍵的位置，使頁(yè)面顯得美觀大方，完畢后，按運(yùn)行保存即可，保存時(shí)將文件名修改為“l(fā)abshiyan”（命名為labshiyan是為了以后打開(kāi)通道時(shí)方便快捷） ，保存在指定的文件夾下。制作好的引入通道界面

39、如下如所示：利用相同的方法，我們制作一級(jí)操作通道界面，由于靜態(tài)文本static text鍵的設(shè)置基本相同，我們?cè)诖司筒辉倮凼?，一?jí)操作通道有四個(gè)Push Button鍵，其中三個(gè)是調(diào)用文件返回函數(shù)按鈕，一個(gè)返回執(zhí)行關(guān)閉按鈕，在此著重于介紹三個(gè)功能按鈕Push Button鍵的返回函數(shù)的設(shè)置。軟件介紹返回調(diào)用函數(shù)callback是“shiyan0”，shiyan0是利用M-文件編寫(xiě)的函數(shù)，介紹虛擬實(shí)驗(yàn)室的大體結(jié)構(gòu)和功能。課本實(shí)驗(yàn)的返回調(diào)用函數(shù)callback是“shiyan00”，shiyan00是二級(jí)操作通道界面，在后續(xù)的章節(jié)中我們將會(huì)詳細(xì)介紹。演示實(shí)驗(yàn)的返回調(diào)用函數(shù)callback是“shi

40、yan000”，shiyan000也是二級(jí)操作通道界面，它是一個(gè)中間性的連接通道，在后面的章節(jié)里我們?cè)僭敿?xì)介紹它的制作。按照上述步驟和方法，制作出的界面如下：通過(guò)二級(jí)操作界面我們就可以很順利的進(jìn)入三級(jí)操作系統(tǒng)界面，本章的二、三節(jié)我們就專一介紹二級(jí)操作界面課本實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)。第二節(jié) 課本實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)通過(guò)前面章節(jié)的介紹我們已經(jīng)知道，課本實(shí)驗(yàn)主要包括六個(gè)實(shí)驗(yàn)：1、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)，2、二階系統(tǒng)階躍響應(yīng) ，3、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，4、系統(tǒng)頻率特性的測(cè)試，5、控制系統(tǒng)串聯(lián)校正，6、采樣實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都分為七個(gè)部分：（1）、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?）、實(shí)驗(yàn)設(shè)備，（3）、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，（4）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，（5）、實(shí)驗(yàn)要

41、求，（6）、仿真模型，（7）、圖形演示。由于六個(gè)實(shí)驗(yàn)的這七個(gè)部分中除（6）外其余的制作方法基本上都是采用GUI制作的，所以制作方法與前面介紹的界面制作方法大同小異，只是更改相應(yīng)的文本內(nèi)容和功能按鈕的返回函數(shù)調(diào)用文件名稱即可，因此也就不再重復(fù)。仿真模型的引入通道我們是采用GUI制作的，仿真模型的呈現(xiàn)我們采用simulink模塊制作，這兩者的結(jié)合使用，使仿真模型的圖形可視化效果大大增強(qiáng)，收效頗豐。在此我們也采用循序漸進(jìn)的方法一一介紹仿真模型的制作過(guò)程和結(jié)果。首先，我們來(lái)介紹操作界面。前面我們已經(jīng)介紹過(guò)操作界面的建立，而二級(jí)操作界面的建立方法與一級(jí)操作界面的建立有如同出一轍，所以我們也就不再花過(guò)多的

42、篇幅介紹啦，二級(jí)操作界面分為課本實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，建立后的界面如下：從界面可知，自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室的課本實(shí)驗(yàn)部分共包括六個(gè)實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊每一個(gè)按鈕就能直接進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，六個(gè)實(shí)驗(yàn)的順序是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，我們選取實(shí)驗(yàn)3作為例子介紹它們的制作過(guò)程。我們先來(lái)介紹實(shí)驗(yàn)3的界面，利用界面制作的方法，參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)即可制作出實(shí)驗(yàn)3的界面如下：界面里有七個(gè)選項(xiàng)按鈕：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)要求、仿真模型和圖形演示。每一個(gè)按鈕都連接相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，除仿真模型外，其余幾個(gè)都是預(yù)先做好供學(xué)生瀏覽和對(duì)比參照的文本或是圖形，制作起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，所以這里著重介紹仿真模型的建立。仿真模型是交互

43、性的界面，學(xué)生可以通過(guò)仿真模型自己調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)仿真模型的多樣性和兼容性，為學(xué)生證明原理和繼續(xù)探索知識(shí)提供了一個(gè)良好的平臺(tái)，接下來(lái)我們?cè)敿?xì)介紹其制作過(guò)程。我們采用simulink來(lái)創(chuàng)建仿真模型，首先，打開(kāi)MATLAB軟件，其后運(yùn)行simulink，運(yùn)行simulink有三種方式：（1）在MATLAB的命令窗口直接鍵入simulink；（2）點(diǎn)擊MATLAB的工具條上的simulink的快捷圖標(biāo)；（3）在MATLAB的菜單中，選擇FileNewModel。按照上述三種方法操作會(huì)彈出如圖所示的新建的模型窗口，名為uititled。打開(kāi)新建的模型窗口后根據(jù)二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)的結(jié)構(gòu)圖來(lái)搭建二階系

44、統(tǒng)的階躍響應(yīng)的仿真模型，結(jié)構(gòu)圖如下：由結(jié)構(gòu)圖可查找所需的模塊，階躍信號(hào)step模塊在sources模塊庫(kù)里， Sum模塊在math operations模塊庫(kù)里，連續(xù)性transfer fcn在continues模塊庫(kù)里，常數(shù)增益gain在math operations模塊庫(kù)里，示波器scope在sinks模塊庫(kù)里。參考實(shí)驗(yàn)內(nèi)容里的相關(guān)要求，修改模塊的各個(gè)參數(shù)，檢查無(wú)誤后按圖連接各模塊，并把輸入輸出之間的模塊都選中，在選中的區(qū)域范圍內(nèi)點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選中create subsystem封裝子模塊，在simulink環(huán)境中，所謂封裝（masking），就是將其對(duì)應(yīng)的子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)隱含起來(lái)，以便訪問(wèn)

45、該模塊時(shí)只出現(xiàn)一個(gè)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，將模塊中所需要的參數(shù)用這個(gè)對(duì)話框來(lái)輸入。首先用建立子系統(tǒng)的方式將其轉(zhuǎn)換為子系統(tǒng)模塊，選中該系統(tǒng)模塊的圖標(biāo)，再選擇editmask subsystem子菜單項(xiàng)，則打開(kāi)mask editor：subsystem對(duì)話框。其框圖如下：選中封裝程序的parameters標(biāo)簽得到編輯變量的對(duì)話框，其中間的區(qū)域可以編輯變量與對(duì)話框之間的聯(lián)系。按下增加按鈕圖標(biāo)和刪除按鈕圖標(biāo)來(lái)指定和刪除變量名，連續(xù)按三次增加按鈕指定三個(gè)變量名，在prompt下依次輸入定值電阻R、定值電阻R2和電容C，有關(guān)variable和type項(xiàng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)定，也可根據(jù)需要自行設(shè)定。在這里va

46、riable下的內(nèi)容我們直接填寫(xiě)變量名和參數(shù)名即可，type是參數(shù)的類型，電阻R設(shè)為edit類型，可以自由輸入變量。定值電阻R2和電容C設(shè)為popup型，可在下拉可選項(xiàng)里選擇需要的數(shù)值或是參數(shù)。定值電阻R2的值設(shè)為100e3，電容C的值設(shè)為1e-6和0.1e-6以作選擇，設(shè)置完畢后點(diǎn)擊OK即可。增益K在math operationgs模塊庫(kù)中，選擇silder gain型增益模塊，選中該模塊，點(diǎn)擊右鍵選中make parameters項(xiàng)，彈出如下對(duì)話框：在對(duì)話框的相應(yīng)欄里，將Low設(shè)為0，Gain設(shè)為500，High設(shè)為500，設(shè)置好后點(diǎn)擊OK即完成滑動(dòng)條的參數(shù)增益設(shè)置。以后在仿真模型中就可以

47、在0500之間任意取值。建好后的系統(tǒng)仿真模型如下：如果實(shí)驗(yàn)中需要修改部分的子模塊的參數(shù)，則雙擊該模塊，就會(huì)彈出如圖所示對(duì)話框：在對(duì)話框里可以輸入和選擇參數(shù)，為實(shí)驗(yàn)的求證和探索提前做好準(zhǔn)備。如果想查看系統(tǒng)的子模塊，則選中封裝模塊，點(diǎn)擊右鍵，選中"look under mask"即可。仿真模型建好后，保存文件名為“shiyan37”在指定文件夾下，運(yùn)行系統(tǒng)查看系統(tǒng)的仿真結(jié)果，運(yùn)行系統(tǒng)的仿真模型時(shí)，單擊菜單欄的simulink，并選中下拉菜單中的start，或者雙擊工具欄的運(yùn)行按鈕圖標(biāo)，然后雙擊示波器就能查看實(shí)驗(yàn)的波形圖及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)信息。運(yùn)行仿真模型時(shí)，可反復(fù)多次調(diào)節(jié)參數(shù)在不同值

48、下系統(tǒng)的仿真模型結(jié)果。第三節(jié) 演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)演示實(shí)驗(yàn)的操作通道界面建立方法與課本實(shí)驗(yàn)界面的建立方法基本相同，只是文本內(nèi)容稍有差異，這在前面已有介紹，所以在此直接給出演示實(shí)驗(yàn)建立好的界面，有不明白的地方可參照課本實(shí)驗(yàn)操作界面的建立回顧相關(guān)的知識(shí)要點(diǎn)。演示實(shí)驗(yàn)的操作界面如下：演示實(shí)驗(yàn)包括：1、典型環(huán)節(jié)及其階躍響應(yīng)，2、線性系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)的分析，3、繪制系統(tǒng)的根軌跡及零、極點(diǎn)分布圖，4、系統(tǒng)的頻域分析，5、線性系統(tǒng)的校正，6、采樣控制系統(tǒng)，7、非線性系統(tǒng)仿真，8、平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)作用下線性系統(tǒng)的仿真，一共八個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，演示實(shí)驗(yàn)從我們生活中經(jīng)常接觸到得典型環(huán)節(jié)開(kāi)始，逐漸深入，有線性系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的演示，也有非線性

49、的演示，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都緊扣課本內(nèi)容，與課本實(shí)驗(yàn)緊密照應(yīng)，起到引領(lǐng)和印證的作用，為老師授課和學(xué)生預(yù)習(xí)開(kāi)拓了方便之門(mén)，在興趣的牽引下主動(dòng)學(xué)習(xí)。八個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中以“6、采樣控制系統(tǒng)”有承上啟下的作用，且其制作方法基本涵蓋了其余幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的制作方法，所以，以采樣控制系統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)為例介紹演示實(shí)驗(yàn)的制作方法和過(guò)程，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中能窺一斑而見(jiàn)全豹。演示實(shí)驗(yàn)的制作采用GUI圖形界面工具和M-文件相結(jié)合來(lái)完成的，GUI主要用于建立操作界面，起到選擇演示的引入作用，采樣控制系統(tǒng)的引入操作通道界面如下：從界面可以看出采樣控制系統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)共由1、離散系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)，2、采樣系統(tǒng)對(duì)100點(diǎn)噪聲的隨機(jī)響應(yīng)，3、輸入方波信號(hào)時(shí)系

50、統(tǒng)的響應(yīng)，4、系統(tǒng)的根軌跡，5、采樣周期為T(mén)=1s采樣系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，這五個(gè)單一的演示實(shí)驗(yàn)組成，五個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中包括離散信號(hào)、信號(hào)的采集，系統(tǒng)根軌跡等內(nèi)容。 在此的每個(gè)單一演示實(shí)驗(yàn)都采用M函數(shù)編寫(xiě)命令，利用M函數(shù)編寫(xiě)函數(shù)便于修改，且能很輕松編寫(xiě)復(fù)雜的函數(shù)，下面就介紹離散系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的M函數(shù)的編寫(xiě)：%離散階躍響應(yīng)%分析離散系統(tǒng)函數(shù)的第一個(gè)字母為d，如求采樣系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的函數(shù)為%dstep，%以示與連續(xù)系統(tǒng)相關(guān)的函數(shù)step區(qū)別。num=2,-3.4,1.5; %分子各階次系數(shù)den=1,-1.6,0.8; %分母?jìng)€(gè)階次的系數(shù)dstep(num,den) %離散的階躍響應(yīng)title(&

51、#39;離散階躍響應(yīng)') %標(biāo)題文本顯示printsys(num,den); %顯示傳遞函數(shù)grid %柵格%end%編寫(xiě)完畢后，才菜單欄選擇Debug的下拉菜單選項(xiàng)的Run，或使用快捷鍵F5，%將文件取名為“shiyan6810”保存在在制定文件夾下，以便上級(jí)調(diào)用。以上是離散系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的M函數(shù)文件的編寫(xiě)，編寫(xiě)命令中的%是注釋作用，不是命令，在執(zhí)行文件的命令時(shí)不執(zhí)行以%開(kāi)頭的行的命令。Dstep為執(zhí)行離散階躍響應(yīng)命令，分析離散系統(tǒng)函數(shù)的第一個(gè)字母為d，即在線性系統(tǒng)命令之前添加d。采樣系統(tǒng)對(duì)100點(diǎn)噪聲的隨機(jī)響應(yīng)是采樣隨機(jī)響應(yīng)的特殊例子，當(dāng)然也可以對(duì)200點(diǎn)或是其它值。編寫(xiě)的M函數(shù)

52、文件命令如下：%采樣系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)%系統(tǒng)對(duì)100點(diǎn)隨機(jī)噪聲的響應(yīng)，求采樣系統(tǒng)在任意輸入下的輸出響應(yīng)，%使用函數(shù)dlsim(num,den,u)。num=2,-3.4,1.5; %分子各階次系數(shù)den=1,-1.6,0.8; %分母?jìng)€(gè)階次的系數(shù)u=rand(100,1); %100點(diǎn)噪聲信號(hào)dlsim(num,den,u) %離散系統(tǒng)單位斜坡時(shí)間響應(yīng)printsys(num,den); %顯示傳遞函數(shù)%end%編寫(xiě)完畢后，才菜單欄選擇Debug的下拉菜單選項(xiàng)的Run，或使用快捷鍵F5，%將文件取名為“shiyan6820”保存在在制定文件夾下，以便上級(jí)調(diào)用編寫(xiě)的命令中“u=rand(100,1);