《一个实例搞定MATLAB界面编程》续——浅谈 GUIDE 和Simulink混合编程

《一个实例搞定MATLAB界面编程》续

——浅谈GUIDE和Simulink混合编程

作者：彭军

邮件：pengjun@https://www.360docs.net/doc/1614123311.html,

由于这篇文章是上篇《一个实例搞定MATLAB界面编程》的续篇，所以，一些基本的操作我在这里就不再重复了，需要看上篇的朋友，请到这里下载：https://www.360docs.net/doc/1614123311.html,/source/1144420，配套的例子请到这里下载：https://www.360docs.net/doc/1614123311.html,/source/1155454。还有一点需要说明的是，我的MATLAB版本是2008a，相当于MATLAB7.6。

本篇文章的程序下载：https://www.360docs.net/doc/1614123311.html,/source/1286802

另外，由于我找不到比较适当的例子，所以，我选择是对PID控制器的Kp、Ki和Kd参数进行优化的例子。因此，如果你知道什么是PID控制器的话，会很方便的理解本篇文章。如果不知道的话，也不是很重要，你可以主要的理解下，控制Simulink仿真的语句。我会尽量的说的容易理解写，当然您也要开通脑子一起思考。

好了，废话少说，我们开始吧。

新建一个界面，保存为pid_opt_pj.fig,自动生成的相应的M文件为pid_opt_pj.m。将界面的Tag属性改为figure_pid_opt_pj,如下：

在MATLAB命令窗口运行simulink命令，打开Simulink Library Browser，如下：

点击工具栏新建按钮（

双击Subsytem模块，来进行编辑。编辑后如下：

从Simulink下的Common Used Blocks下面拖一个Gain和Sum模块。从

Simulink下的Continuous下面拖动两个Transfer Function模块到Subsytem 里面。需要双击Sum模块，在其中多添加一个输入，如下：

双击Gain模块，设置如下：

双击Transfer Fcn模块，设置如下：

双击Transfer Fcn1模块，设置如下：

整个设置完成之后，如下：（注意要保存pid_optimize/Subsystem）

之后关闭即可。

在Subsystem模块上点击右键，选择“Mask Subsystem”，会弹出如下对话框：

我们可以来绘制这个子模块的图标，为了简单起见，我们只显示一行字就行了，设置如下：

点击OK，之后你会看到原来Subsystem模块上面的变化，就是多了“PID Controller”这几个字。如果需要再次，打开这个对话框，只需要在Subsystem 模块上右键选择“Edit Mask”就可以了。点击“Parameters”页，并点击左侧

的按钮

然后点击“Initialization”页，并设置如下：

这样的话，因为原来我们的Subsystem下面有一些没有值的变量，如Kp、Ki和Kd。这样的话，就会给它们赋值了。其实，我们现在设计的是当双击Subsystem 模块时候打开的对话框。点击OK按钮，关闭对话框。然后双击Subsystem模块，会打开如下的对话框：

提示字符串Kp:、Ki:和Kd:是我们刚才设置的。而对应的三个文本框的值将会分别的赋值给p、i、d，也就是我们Parameters页里面定义的变量。然后再仿真的时候就会将响应的p、i、d的值依次的赋值给Subsytem下面的Kp、Ki和Kd 了，因为我们在Initialization页下写了程序了。

从Simulink下的Sources下面拖Step模块到pid_optimize上；从Common Used Blocks下面拖Sum模块到pid_optimize上，并设置如下：

从Simulink下的Continuous下拖Transfer Fcn模块到pid_optimize上，并设置如下：

从Simulink下的Sinks下拖Scope模块到pid_optimize上，然后再拖一个Out1模块到pid_optimize上。然后连接如下：

注意要将pid_optimize.mdl和pid_opt.fig,pid_opt.m放在同一目录之下。

下面我们通过GUIDE界面来控制这个Simulink模块的仿真过程。整个界面如下：

文本框的Tag属性为edt_pid，文本框的String属性为[1 0.2 0.4]，如上图。按钮“打开示波器”的Tag属性为btn_openScope，按钮“设置受控系统”的Tag 属性为btn_plant，按钮“画出仿真图”的Tag属性为btn_plot，坐标轴的Tag 属性为axes2，按钮“开始仿真”的Tag属性为btn_start。按钮“退出程序”的Tag属性为btn_exit。

先说一些具体思路，就是通过设置文本框中的数据，可以改变pid_optimize.mdl 中的PID Controller模块中的Kp、Ki和Kd的值。打开示波器，就是打开Scope 模块。如果是在Simulink中，你双击就可以打开，在这里我们通过程序来控制。按钮“设置受控系统”可以来改变pid_optimize.mdl中的Transfer Fcn函数中的分子向量和分母向量，最好知道什么是传递函数吧。按钮“画出仿真图”会画出和打开Scope示波器里面一样的曲线。点击按钮“开始仿真”即开始运行pid_optimize.mdl来仿真。

好了，那么我们来写程序吧。

在界面的OpenningFcn下写如下程序：

function pid_opt_pj_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) handles.output = hObject;

guidata(hObject, handles);

setappdata(handles.axes1,'tout',0);

setappdata(handles.axes1,'yout',0);

set(handles.btn_plot,'Enable','off');

set(handles.btn_plant,'Enable','off');

set(handles.btn_openScope,'Enable','off');

在按钮“开始仿真”的回调函数下写如下程序：

%取得文本框中的数据，也就是PID

pid=eval(get(handles.edt_pid,'String'));

if length(pid)~=3 || ndims(pid)~=2

msgbox('长度或维数错误','错误');

return;

end

Kp=pid(1);Ki=pid(2);Kd=pid(3);

load_system('pid_optimize');%加载pid_optimize.mdl文件，看不见

% open_system('pid_optimize');%打开pid_optimize.mdl文件，能看见

set_param('pid_optimize/Subsystem','p',num2str(Kp));%设置Subsystem模块中的变量p的值，需要为字符型

set_param('pid_optimize/Subsystem','i',num2str(Ki));%设置Subsystem模块中的变量i的值，需要为字符型

set_param('pid_optimize/Subsystem','d',num2str(Kd));%设置Subsystem模块中的变量d的值，需要为字符型

save_system('pid_optimize');%保存pid_optimize

[tout,x,yout]=sim('pid_optimize',[0 10]);%用sim命令来进行仿真，仿真时间为0到10秒，更多的设置请看sim命令的帮助文件

setappdata(handles.axes1,'tout',tout);%保存tout

setappdata(handles.axes1,'yout',yout);%保存yout

uiwait(msgbox('仿真完毕','提示'));

set(handles.btn_plot,'Enable','on');%设置按钮可用

set(handles.btn_plant,'Enable','on');

set(handles.btn_openScope,'Enable','on');

在按钮“打开示波器”下写如下程序：

function btn_openScope_Callback(hObject, eventdata, handles)

set_param('pid_optimize/Scope','Open','on');%设置pid_optimize模块中Scope模块的属性Open的值为on，即相当于双击Scope模块，都能打开示波器窗口

save_system('pid_optimize');%保存pid_optimize

在按钮“设置受控系统”下写如下程序：

function btn_plant_Callback(hObject, eventdata, handles)

prompt={'分子向量：','分母向量：'};

numline=1;

defaultanswer={'[2]','[3 4 1]'};

name='输入传递函数';

answ=inputdlg(prompt,name,numline,defaultanswer);

if isempty(answ)%如果点击了取消按钮，则退出

return;

end

num=answ{1};

den=answ{2};

set_param(['pid_optimize' '/Transfer Fcn'],'Numerator',num);%设置Transfer Fcn模块中的Numerator属性的值为num，注意此时num为字符型的set_param(['pid_optimize' '/Transfer Fcn'],'Denominator',den);

%设置TransferFcn模块中的Denominator属性的值为den，此时den为字符型的。此操作相当你在Simulink中双击TransferFcn模块，然后再Denominator 里面填写相应的值。

save_system('pid_optimize');%保存模块

在按钮“画出仿真图”下写如下程序：

function btn_plot_Callback(hObject, eventdata, handles)

tout=getappdata(handles.axes1,'tout');

if tout==0

return;

end

yout=getappdata(handles.axes1,'yout');

if yout==0

return;

end

axes(handles.axes1);

plot(tout,yout);

在按钮“退出程序”下写如下程序：

function btn_exit_Callback(hObject, eventdata, handles)

close_system('pid_optimize');%关闭pid_optimize

close(handles.figure_pid_opt_pj);

用Simulink打开pid_optimize.mdl文件，选择“Simulation”下的“Configure parameter”，会打开仿真参数设置对话框，如下：

这里面的几乎每一项，我们都可以通过程序要设置，比如，我要设置仿真所有的求解器Solver为ode23，而不是默认的ode45.可以这样做：

options=simset(‘Solver’,’ode23’);

然后再仿真时用sim命令的时候，加上这个options就可以了，如下：[tout,x,yout]=sim(‘pid_optimize’,[0 10],options);

这样就能用ode23来进行仿真了，当然了还有其他很多的设置，你可以看看simset的帮助文档。

本篇文章的程序下载：https://www.360docs.net/doc/1614123311.html,/source/1286802