基于matlab160gui的控制系统界面设计

基于matlab160gui的控制系统界面设计内容摘要：

馈控制方法等。 现代控制理论克服了经典控制的许多局限性，它能够解决某些非线性和时变系统的控制问题，适用于多输入多输出反馈控制系统，可以实现最优控制规律。 此外，现代控制理论不仅能够研究确定性的系统，而且可以研究随机的过程，即包含了随机控制系统的 分析和设计方法。 控制系统理论的基本内容 研究控制系统的分析与设计的基础知识，包括控制系统的稳定性、稳定特性和动态特性，以及控制系统的校正与界面设计。 主要内容：控制系统的数学模型、控制系统的时域分析、根轨迹分析、频域分析、控制系统的校正、非线 性系统的近似分析、现代控制理论基础、采样控制系统的分析与设计、控制系统的计算机辅助分析与设计等。 MATLAB 语言与控制系统工具箱 MATLAB 是由 MathWorks 公司于年推出的一套数值计算软件。 自推出之后，该公司不断接收和吸取个学科领域权威人士 为之编写的函数和程序，并将它们转换成 MATLAB 的工具箱。 这样，使 MATLAB 得到不断的发展和扩充，可以实现数值分析、优化、统计、偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、图像处理等若干个领域的计算和图形显示功能。 它将不同数学分支的算法以函数的形式分 5 类成库，使用时直接调用这些函数并赋予实际参数就可以解决问题，快速而且准确。 MATLAB 软件介绍 MATLAB 的名字由 Matrix 和 Laboratory 两词的前三个字母组合而成，创始者是时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的 CleveMoler 教授。 于年由MathWorks 公司推出。 今天 MATLAB 已成为国际上最优秀的科技应用软件之一，其强大的科学计算可视化功能、简单易用的开放式可推展环境以及多达三十余个面向不同领域而扩展的工具箱的支持，使得 MATLAB 在许多学科领域成为科学计算、计算机辅助设计与分析的基础工具和首选平台。 MATLAB 主要由 MATLAB 主程序、 Simulink 动态系统仿真和 MATLAB 工具箱三大部分组成。 其中 MATLAB 主程序包括 MATLAB 语言、工作环境、句柄图形、数学函数库和应用程序接口五个部分； Simulink 是用于动态控制系统仿真的交互式 系统，允许用户在屏幕上绘制框图来模拟一个系统，并能动态地控制该系统，目前的 Simulink 可以处理线性、非线性、连续、离散、多变量及多系统；工具箱实际就是用 MATLAB 的基本语句编写的各种子程序集和函数库，用于解决某一方面的特定问题或实现某一类的新算法，它是开放性的，可以应用也可以根据自己的需要进行扩展。 MATLAB 工具箱大体可分为功能性的工具箱和科学性的工具箱两类。 功能性的工具箱主要用于扩展 MATLAB 的符号计算功能、图形建模功能、文字处理功能和硬件的时实交互过程，如符号计算工具箱等；学科性的工具箱则有较 强的专业性，用于解决特定的问题，如信号处理工具箱和通信工具箱。 MATLAB 的主要特点 [13]：（ 1）简单易学： MATALB 是一门编程语言，其语法规则与一般的结构化高级编程语言如 C 语言等大同小异，而且使用更方便，具有一般语言基础的用户很快就可以掌握。 （ 2）代码短小高效：由于 MATLAB 已经将数学问题的具体算法编成了现成的函数，用户只要熟悉算法的特点、适用场合、函数的调用格式和参数意义等，通过调用函数很快就可以解决问题，二不必花大量时间纠缠于具体算法的实现。 （ 3）计算功能非常强大：该软件具有强大的矩阵计算功能 ，利用一般的符号和函数就可以对矩阵进行加、减、乘、除运算以 6 及转置和求逆等运算，而且可以处理稀疏矩阵等特殊的矩阵，非常适合于有限元等大型数值运算的编程。 此外，此软件现有的数十个工具箱，可以解决应用中的很多数学问题。 （ 4）强大的图形绘制和处理功能：该软件可以绘制常见的二维三维图形，如线形图，饼图，散点图，直方图，误差条图，玫瑰花图，极坐标图等。 利用有关函数，可以对三维图形进行颜色光照材质文理和透明性设置并进行交互处理。 科学计算要涉及到大量的数据处理，利用图形展示数据场得特征，能显著提高数据处理的效率，提高对数据 反馈信息的处理速度和能力。 MATLAB 提供了吩咐的科学极端可视化功能，利用它可以绘制二维三维矢量图、等值线图、三维表面图、曲面图、二维三维流线图、三维流锥、流沙图、流带图、流管图、卷曲图和剖面图等，还可以进行动画制作。 基于 MATLAB 句柄图形对象，结合绘图工具函数，可以根据需要用 MATLAB 绘制自己的图形。 （ 5）可扩展功能：可扩展性能是该软件的一大优点，用户可以自己编写 M 文件，组成自己的工具箱，方便的解决本领域内常见的计算问题。 此外，利用 MATLAB 编译器可以生成独立的可执行程序，从而可以隐藏算法并避免依赖 MATLAB。 MATLAB 支持 DDE、OLE、 Activex 自动化和 COM 组件等机制，可以与同样支持该技术的应用程序接口。 利用 COM 生成器和 Excel 生成器，可以理由给定的 M 文件盒 MEX 文件创建 COM 组件和 Excel 插件，从而能够实现与 VB、 VC 等程序的无缝集成。 利用 Web 服务器，可以实现 MATLAB 与网络的接口。 采用互操作技术，可以实现MATLAB 与 NET 程序的接口。 利用端口 API 函数，可以实现 MATLAB 与硬件的接口。 MATLAB 编程语言是一种面向科学与工程计算的高级语言允许按照数学习惯的方式编写程序。 由于它符合人们思维方式的编写模式使得该语言比 Basic、C 等高级语言更容易学习和应用 MATLAB 语言以矢量矩阵为基本的数据单元包含流程控制语句顺序选择循环条件转移和暂停等大量的运算符丰富的函数多种数据结构输入输出以及面向对象编程这些既可以满足简单问题的求解，也适合于开发复杂的大型程序。 MATLAB 不仅仅是一套打包好的函数库，同时也是一种高级的面向对象的编程语言。 使用 MATLAB 能够卓有成效地开发自己的程序。 MATLAB 自身的许多函数实际上也包括所有的工具箱函数都是用 M 文件实现的。 7 MATLABA 工作环境包 括变量查看器、当前路径选择菜单、命令历史记录窗口、当前工作窗口、命令控制窗口、图形处理窗口、程序编辑器、模型编辑器、GUI 编辑器和 MATLAB 附带的大量 M 文件。 MATLAB 句柄图形控制系统是 MATLAB 数据可视化的核心部分。 它既包含对二维和三维数据的可视化、图形处理、动画制作等高层系的绘图命令，也包含可以修改图形局部及编制完整图形界面的低层次绘图命令。 这些功能可使用户创建富有表现力的彩色图形，可视化工具包括曲面渲染、线框图、伪彩图、光源、三维等位线图、图像显示、动画、体积可视化等。 同时 MATLAB 还提供句 柄图形机制，使用该机制可对图形进行灵活的控制。 使用 GUIDE 工具可以方便地使用句柄图形创建自己的 GUI 界面。 MATLAB 拥有多种数学、统计及工程函数 [15]，可使用户立刻实现所需的强大的数学计算功能。 这些函数式由各领域的专家学者开发的数值计算程序，使用了安全、成熟、可靠的算法，从而保证了最大的运算速度和可靠的结果。 MATLAB内置的强大数学函数库既然、包含了最基本的数学运算函数，如求正弦、余弦等函数，也包含了丰富的复杂函数，如矩阵特征值，矩阵求逆，傅里叶变换等函数。 MATLAB 应用程序接口是通过 MATLAB 的 API 库完成的， MATLAB 通过对 API 库函数的调用可以与其他应用程序交换数据 控制系统工具箱介绍 面向控制工程应用一直是 MATLAB 的主要功能之一，早期的版本就提供。 同样，用户也可在其他语言中通过该接口函数库调用 MATLAB 的程序。 MATLAB应用程序接口中的内容包括实时动态链接外部 C 或 Fortran 应用函数，独立 C 或Fortran 程序中调用 MATLAB 函数输入各种 MATLAB 及其他标准格式的数据文件，创建图文并貌的技术文档，包括 MATLAB 图形、命令，并可通过 word 输出。 了控制系统设计工具 箱。 世纪年代初的 .版推出 块图的控制系统仿真软件 Simulink。 到目前为止， MATLAB 中包含的控制工程类工具箱已超过十个。 MATLAB 所具备的强有力的计算功能和图形表现，以及各种工具箱提供的丰富的专用函数，为设计研究人员避免重复繁琐的计算和编 8 程。 控制系统工具箱主要函数 [16] 一、线性定常系统（ LTI）数学模型生成函数 tf()：创建传递函数模型； ss()：创建状态方程模型； zpk()：创建零极点模型； dss()：创建离散状态方程模型； get()：获取模型 参数信息； set()：设置模型参数。 二、数学模型转换函数 cd()：连续系统转换成离散系统； dc()：离散系统转换成连续系统； dd()：离散系统重新采样。 三、时间响应函数 impulse()：计算并绘制冲击响应； step()：计算并绘制阶跃响应。 四、频率响应函数 bode()：计算并绘制伯德响应； nichols()：计算耐克尔斯图； nyquist()：计算奈奎斯特图； pzmap()：绘制零极点图。 五、控制系统分析与设计图形用户接口 ltiview：打开定常系统响应分析窗口。 ； sisotool：打开单输入单输出系统设计图形用户接口。 六、模型转换函数 tfzp()：传递函数模型转换为零极点模型； tfss()：传递函数模型转换为状态方程模型； sstf()：状态方程模型转换为传递函数模型； sszp()：状态方程模型转换为零极点模型。 9 七、其他函数 strnum()：将输入字符串转换为数值； get(,’ string’)：读取 MATLAB GUI 控件参数。 3 MATLAB 简介及应用 MATLAB GUI 用户界面（或接口）是指：人与机器（或程序） 之间交互作用的工具盒方法。 如键盘、鼠标、跟踪球、话筒都可成为与计算机交换信息的接口。 图形用户界面（ Graphical User Interfaces， GUI）则是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象构成的一个用户界面。 用户通过一定的方法选择、激活这些图形对象，是计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等。 假如读者所从事的数据分析、解方程、计算结果可视工作比较单一，那么一般不会考虑GUI 的制作。 但是如果读者想向别人提供应用程序，想进行某种技术、方法演示，想制作一个供反复使用且操作简单的专用工具，那么 图形用户界面也许是最好的选择之一。 MATLAB 为表现其基本功能而设计的演示程序 demo 是使用图形界面的最好范例。 MATLAB 的用户，在指令窗口中运行 demo 打开图形界面后，只要用鼠标进行选择和点击，就可浏览丰富多彩的内容。 用户图形界面（ GUI）是程序的图形化界面。 一个好的 GUI 能够是程序更加容易使用。 它提供用户一个常见的界面，还提供一些控件，例如，按钮，列表框，滑块，菜单等。 用户图形界面应当是易理解且操作是可以预告的，所以当用户进行某一项操作，它知道如何去做。 例如，当鼠标在一个按钮上发生了单击事件，用户图 形界面初始化它的操作，并在按钮的标签上对这个操作进行描述。 创建 MATLAB 用户图形界面必须由三个基本元素：组件在 MATLAB GUI中的每个项目都是一个图形化组件。 组件可以分为三类：图形化控件（按钮，编辑框，列表，滚动条等），静态元素（窗口和文本字符串），菜单和坐标系。 图形化控件和静态元素由函数 uicontrol 创建，菜单由函数 uimenu 和 uicontextmenu创建，坐标系经常用于显示图形化数据，由函数 axes 创建。 GUI 的每一个组件 10 都必须安排图像窗口中。 以前，我们在画数据图像时，图像窗口会被自动创 建。 但我们还可以用函数 figure 来创建空图像窗口，空图像窗口经常用于放置各种类型的组件。 最后，如果用户用鼠标单击或用键盘键入一些信息，那么程序就要有相应的动作。 鼠标单击或键入信息是一个时间，如果 MATLAB 程序运行相应的函数，那么 MATLAB 函数肯定会有所反应。 例如，如果用户单击一按钮，这个时间必然导致相应的 matlab 语句执行，这些相应的语句被称为回应，只要执行GUI 的单个图形组件，必须有一个回应。 图形用户界面设计工具的启动 图形用户界面设计工具的启动方式 .命令方式 图形用户界 面 GUI 设计工具的启动命令为 guide，格式为 : （ 1） guide 功能： 启动 GUI 设计工具，并建立名字为 的图形用户界面。 （ 2） guide filename 功能： 启动 GUI 设计工具，并建立名字为 的图形用户界面 菜单方式 在 Matlab 的主窗口中，选择 File 菜单中的 New 菜单项，再选择其中的 GUI命令（如图），就会显示 GUI 的设计模板。 11。