基于MATLAB的控制系统设计软件开发
基于Matlab的复杂控制系统软件开发
中图分类号： Ｐ１． Ｔ３１ １
基 于 Ｍ ａｌｂ的 复杂控 制 系统 软件 开发 ｔ ａ
王建锋 ，张天宏 ，黄 向华
（ 南京航空航天大学能源与动力学院 ，南京 ２ ０ １） １０ ６
摘
要 ：引入 Ｗｉ ｏ ｓ 时操作系统 ，提出一种基于 Ｍａ ａ ｎ ｗ 实 ｄ ｔ ｂ的复杂控制系统软件开发方法。研究 Ｍａ ａ／Ｔ 自动生成代码 到 目 ｌ ｔ ｂＲ Ｗ ｌ 标软件
ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ａ ｉ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔｏ ｏ ｔｏ ｏ ｔ ｒ ｅ ｆ ｒｔ ｒ ｔ ａｆ ｒ ， ｐｐ ｉ ａ ｉｎ ｏ ａ—ｉ ｅｃ ｄ ｅ ｅ ａ ｅ ｙ Ｍ ａ ｌ ｂ ＲＴ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｒ ｐ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｃ ｎ ｒ ｌ ｆｗａ ｏ ｇｅ ｔｏ ｍ ａ ｌ ｔ ｆ ｅ ｌｔ ｏ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔ ｄ ｂ ｔ ／ ｓ ａ ｐｌ ｃ ｏ ｒ ｍ ａ ａ ｄ ｓ ｌ ｅ ｙ ｉｓ ｅ ｎ ｏ ｖ ｓｋｅ ｓ ｕ ｓ
１ 概 述
复杂控制系统的设计开发一般要经 历 ４个阶段 ：首先是 总体设计人员确定设计方案 ，完成 系统建模、控制算法设计
术问题的解决 方法 ，开展 电子控制器硬件在环仿真实验。
２ 实时操作系统
Ｗｉｄｗｓ作为 目前 Ｐ ｎｏ Ｃ机主流 的操作系统之一 ，越来越 多 地 应 用于 自动化 、航 空 、航 天 测 控等 领 域 。然 而 由于 Ｗｉｄ ｗ ｎ ｏ ｓ存在线程优先级太少、不确定 的线程调度机 制以及 中断处理 时优先级倒置等 问题 ，限制 了它在实 时控制与仿 Ｊ 真领域的应用。 Ｒ Ｘ是基于 Ｗｉｄ ｗｓ的硬实 时扩展环境。Ｒ Ｘ 实时子 Ｔ ｎｏ Ｔ 系统 Ｒ Ｓ （ ｅｌｉ ｂｓｓ ｍ） Ｔ ＳＲ ａ—ｍｅ ｕ —ｙｔ 任务优先于所有 Ｗｉｄ ｗ 任 ｔ ｓ ｅ ｎｏ ｓ
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文
毕业设计（论文）题目基于MATLAB控制系统仿真应用研究毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：基于MATLAB的控制系统仿真应用研究II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料：（1）MATLAB语言。
（2）控制系统基本理论。
设计技术要求：（1）采用MATLAB仿真软件建立控制系统的仿真模型，进行计算机模拟，分析整个系统的构建，比较各种控制算法的性能。
（2）利用MATLAB完善的控制系统工具箱和强大的Simulink动态仿真环境，提供用方框图进行建模的图形接口，分别介绍离散和连续系统的MATLAB和Simulink仿真。
III、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：第01～03周：查找课题相关资料，完成开题报告，英文资料翻译。
第04～11周：掌握MATLAB语言，熟悉控制系统基本理论。
第12～15周：完成对控制系统基本模块MATLAB仿真。
第16～18周：撰写毕业论文，答辩。
Ⅳ、主要参考资料：[1] 《MATLAB在控制系统中的应用》，张静编著，电子工业出版社。
[2]《MATLAB在控制系统应用与实例》，樊京，刘叔军编著，清华大学出版社。
[3]《智能控制》，刘金琨编著，电子工业出版社。
[4]《MATLAB控制系统仿真与设计》，赵景波编著，机械工业出版社。
[5]The Mathworks,Inc.MATLAB-Mathemmatics(Cer.7).2005.信息工程系电子信息工程专业类 0882052 班学生（签名）：填写日期：年月日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：信息工程系（室）主任（签名）：学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。
对本文的研究成果作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
基于MatlabSimulink和GUI的运动控制系统虚拟实验平台设计
谢谢观看
2、提高效率：通过计算机硬件虚拟实验平台进行实验，用户可以在短时间 内完成实验设计、模拟和测试等整个过程。此外，该平台还可以实现多用户同时 使用，提高了实验效率。
3、增强安全性：在虚拟环境中进行实验，可以避免由于误操作或者不规范 操作导致的设备损坏或者人员伤害，增强了实验的安全性。
4、丰富的实验资源：计算机硬件虚拟实验平台可以提供丰富的实验资源， 包括各种类型的CPU、内存、I/O接口等，可以满足不同用户的需求。
四、结论
计算机硬件虚拟实验平台的设计与实现具有重要的现实意义和实际应用价值。 该平台可以降低实验成本、提高实验效率、增强安全性以及提供丰富的实验资源。 为了实现该平台，我们需要选择合适的硬件设计工具、模拟和仿真工具、调试工 具和集成开
发环境等工具，并提供可视化工具帮助设计人员更好地理解和分析实验结果。 未来的计算机硬件虚拟实验平台将更加完善和强大，为计算机硬件设计和教育领 域提供更多的可能性。
2、智能控制：通过遥控器、手机App等设备控制家电设备，如空调、加湿器、 灯光、窗帘等；支持多种智能场景模式，如离家模式、会客模式、睡眠模式等； 将控制状态通过GUI界面实时展示给用户。
参考内容二
随着科学技术的发展，虚拟仿真实验平台已成为实验教学中的重要工具。虚 拟仿真实验平台可以为学生提供一个高度仿真的实验环境，帮助学生更好地理解 和掌握实验原理和方法。在众多虚拟仿真实验平台中，基于LabVIEW的平台设计 具有广泛的应用前景。
3、调试工具：调试工具可以帮助设计人员找出设计和实现中的错误。JTAG 是一种常用的调试工具，它可以用来调试硬件设计和软件代码。
4、集成开发环境（IDE）：提供一个集成的开发环境，可以使得设计人员更 容易地进行设计和调试。该环境应包括编辑器、编译器、仿真器和调试器等工具。
基于MATLAB控制系统仿真分析软件的开发与应用
第 １卷 ７
第 ４期
茂 名学 院 学报
Ｊ ＵＲ ＡＬ Ｏ Ｏ Ｎ Ｆ ＭＡＯ ＮＧ Ｕ Ｖ Ｒ ⅡＹ ＭＩ ＮＩ Ｅ Ｓ
Ｖ０ ． ７ Ｎｏ ４ １１ ． ＡＩ ．Ｏ ７ ｌ ２Ｏ ｇ
２ Ｏ 年 ８月 Ｏ７
基 于 ＭＡ Ｌ Ｂ控 制 系统 仿 真 分 析 软 件 的 开发 与 应 用 ＴＡ
收稿 日期 ：０ ７ ３—２ ； 回 日期 ：０７—０ ２ｏ —０ ０修 ２０ ３—２ ８
作者 简介 ： 张翼成（９９ ）男 ， １７一 ， 河南汤 阴人 ， 本科 ， 助教 ， 从事电气工程 自动化方面 的研究 。
维普资讯
第 ４期
张翼 成 等 ： 于 Ｍ Ｔ Ａ 基 Ａ Ｌ Ｂ控 制 系统 仿真 分析 软 件 的开发 与应 用
张翼成 ， 陈政石 ， 叶 伟
（ 茂名学 院 计算机与 电子信 息学院 ， 东 茂名 ５５０ ） 广 ２００
摘要 ： 绍了在 Ｍ ＴＡ 提供 的 ｃＪ ｇｉ ） 的可 视化环境下 ， 过采用基于对象 的设计 ， 了 自 介 ＡＬＢ Ｉ（ｕ ｅ工具 Ｉ ｄ 通 开发 动控制 系统 的计算 机
辅助设计与仿真分析软件 。经应用验证该软件具有操作 简便 、 界面友 好 、 功能完 善等特 点 ， 为提 高控制 系统性 能分析与设 计效率 ， 提供 了一种高效实用的仿真工具 。 关键词 ： Ａ Ｌ Ｂ 控制系统 ； 真软件 Ｍ ＴＡ ； 仿 中图分类号 ：Ｐ １ ．２ Ｔ ３ １５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ １ ５０ ２０ ）４ ００ ４ １７ —６９ （０ ７０ —０４ —０
整 ＭＡ Ｌ Ｔ Ａ嚣６ ｘ 挫 黝 累统 拄 制 侨艇 均 分析 ．纳
蕊豳 ＠ 嗣函圈 函数库 ， 又可 以保证源文件 的可移植性［。系统主界面如图 ３ ３ 】 所 匾函圈 示。 匾函函翻 在对象相应的 Ｃｅｔ ｃ 事件下编写相应 的初始化程序 即可 溢函函蠲 ｒ ｅｎ ａＦ 蜃蕊图 銎 完成对象界面的初始化 。其源程序如下 ：
基于Matlab的飞行控制系统辅助设计软件的开发
ｌ 飞 控 系统 辅助 设 计软 件 的 功能 及 组成
目前虽 然 有类 似 的 飞 控 系统 辅 助 设 计 软 件 ， 绝 但
１２ 飞控 系统 辅助 设计 软件 的 组成 ． 飞控 系统 辅助设 计 软件 主要 由 以下 部 分 组 成 ： 图 形 化 用户 界 面 、 据 预处 理 、 机模 型建 立 与 分 析 ， 数 飞 以
ｉｓ ｉ ｌ ｍｅ ｔｔｏ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆａ ｔ ｍｐ ｅ ｎ ａｉ ｎ ｉ ｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｎ ＵＡＶ ｏ ｇ ｔ ｄ ｎ ｌｆｉｈ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ． ｌｎ ｉｕ ｉ ａ ｌ ｔｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｇ
Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｇ ｔｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｍ； ＡＤ； ｔ ｂ Ｊ ｖ ； ｙ ｒ ｒ ｇ ａ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｈ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｌ ｅ Ｃ Ｍａ ｌ ； ａ ａ ｈ ｂ ｉ ｐ ｏ ｒ ｍｍｉ ｇ ａ ｄ ｎ
Ｙ Ｎ ｈ ， Ｎ ｈ ｎ —ｉｇ ＷＡ Ｇ Ｗｅ， Ｉ ｉ ｕ Ａ Ｇ Ｓ ｕ ＷＡ Ｇ Ｃ ａ ｇｑｎ ， Ｎ ｉＬ — ｎ Ａ ｊ
（ ｃｏｌ ｆ ｕｏ ｔ ｎ Ｎ ｒ ｗ ｓ ｒ ｏｙ ｃｎｃｌ ｎ ｅｓｙ Ｘ ’ｎ７ ０７ ， ｈｎ） Ｓｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ， ｏｔ ｅｔ ｎＰｌｔ ｈ ｉ ｉ ｒ ｔ， ｉａ １０ ２ Ｃ ｉａ Ａ ｍａ ｏ ｈ ｅ ｅ ａＵ ｖ ｉ
动 预处 理 ；
机 数学 模 型 ， 分 析飞 机 的操 稳 特性 ， 而设计 飞行 控 再 进 制 律 。但 整个 过程 不 仅 费 时 费 力 ， 处 理 过 程 中 常会 在 因为 疏忽 而需 要返 工修 改 ， 导致 效 率 十分低 下 。同时 ， 对 于 不 同的 飞行 器 的飞 控 系 统 开 发设 计 任务 ， 计 人 设
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现近年来，随着工业技术的飞速发展，控制系统逐渐成为工业自动化过程中不可缺少的重要组成部分，因此其分析与设计也会受到人们越来越多的关注。
本文从控制系统的分类出发，介绍了基于Matlab 的分析与仿真方法，并结合详细的实例，展示了最新的Matlab软件如何用来设计现代控制系统，及如何实现仿真结果。
一、控制系统分类控制系统是将完整的物理系统划分为几个部分，通过规定条件把这些部分组合起来，共同完成某一特定任务的一种技术。
控制系统可分为离散控制系统和连续控制系统，离散控制系统的尺度以脉冲的形式表现，而连续控制系统的尺度以连续变量的形式表现，常见的连续控制系统有PID、环路反馈控制等。
二、基于Matlab的分析与仿真Matlab是一款实用的高级计算和数学工具，具有智能语言功能和图形用户界面，可以进行复杂数据分析和可视化。
Matlab可以用来开发控制系统分析与仿真，包括：数学建模，系统建模，状态估计与观测，数据处理，控制算法研究，仿真实验及系统原型开发等。
此外，Matlab还可以利用其它技术，比如LabVIEW或者C程序，将仿真结果实现在实物系统上。
三、实现现代控制系统分析与设计基于Matlab的现代控制系统分析与设计，需要从以下几个方面进行考虑。
1.数学建模：Matlab支持多种数学计算，比如代数运算、矩阵运算、曲线拟合等，可以用来建立控制系统的数学模型。
2.系统建模：Matlab可以用于控制系统的建模和仿真，包括并行系统建模、混沌建模、非线性系统建模、时滞建模、系统设计建模等。
3.状态估计与观测：Matlab可以用来计算系统状态变量，并且可以根据测量信号估计系统状态，用于系统诊断和控制。
4.数据处理：Matlab可以用来处理控制系统中的大量数据，可以更好地研究控制系统的特性，以便进行更好的设计和控制。
5.算法研究：Matlab可以用来研究新的控制算法，以改进控制系统的性能。
基于MATLAB的控制系统数学建模
频率响应与传递函数
系统的频率响应反映了系统对不同频率输入信号的响应能力，传 递函数描述了系统输入输出之间的数学关系。
频域性能指标
包括幅值裕度、相位裕度、谐振频率等，用于评价系统的稳定性 和性能。
利用MATLAB进行频域分析
01
MATLAB频域分析 工具箱
习等功能，提高系统的性能和稳定性。
绿色环保
未来控制系统将更加注重绿色环保，采用 更加高效、节能的技术和设备，减少对环
境的影响。
多领域融合
控制系统将与其他领域进行更多的交叉融 合，如计算机科学、机械工程、电子工程 等，形成更加综合的学科体系。
远程控制和自动化
随着互联网和物联网技术的普及，远程控 制和自动化将成为控制系统的重要发展方 向，提高生产效率和便利性。
实例分析：典型环节传递函数建模
一阶惯性环节
传递函数为`1/(T*s+1)`，其中`T`为时间常数，`s`为复频率。 在MATLAB中可表示为`sys = tf([1], [T, 1])`。
二阶振荡环节
传递函数为`1/(s^2/ωn^2+2ζs/ωn+1)`，其中`ωn`为自然频率，`ζ`为阻 尼比。在MATLAB中可表示为`sys = tf([1], [1/ωn^2, 2ζ/ωn, 1])`。
数学模型描述方法
微分方程法
通过列写系统或元件的微分方程来描述系统的动态特性，适用于线 性定常系统、非线性系统以及时变系统。
传递函数法
在零初始条件下，系统输出量的拉普拉斯变换与输入量的拉普拉斯 变换之比，适用于线性定常系统。
状态空间法
以系统的状态变量为基础，通过状态方程和输出方程来描述系统的动 态特性，适用于多输入多输出系统、非线性系统以及时变系统。
基于MATLABSimulink的控制系统设计与仿真
基于MATLABSimulink的控制系统设计与仿真控制系统设计是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统动态特性的分析、建模、控制器设计以及系统性能评估等方面。
MATLAB Simulink作为一款强大的工程仿真软件，在控制系统设计与仿真领域有着广泛的应用。
本文将介绍基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，包括系统建模、控制器设计、性能评估等内容。
1. 控制系统设计概述控制系统是通过对被控对象施加某种影响，使其按照既定要求或规律运行的系统。
在控制系统设计中，首先需要对被控对象进行建模，以便进行后续的分析和设计工作。
MATLAB Simulink提供了丰富的建模工具和仿真环境，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。
2. 系统建模在MATLAB Simulink中，可以利用各种不同的模块来构建系统模型，如传感器、执行器、控制器等。
通过简单拖拽这些模块并连接起来，就可以构建出完整的系统结构。
同时，Simulink还支持连续系统和离散系统的建模，可以方便地进行时域和频域分析。
3. 控制器设计控制器是控制系统中至关重要的一部分，它根据系统反馈信息对输出信号进行调节，以实现对被控对象的精确控制。
在MATLAB Simulink中，可以使用各种不同类型的控制器设计工具，如PID控制器、状态空间反馈控制器等。
通过这些工具，工程师可以快速设计出符合系统要求的控制器。
4. 性能评估在完成控制器设计后，需要对系统性能进行评估。
MATLAB Simulink提供了丰富的仿真功能，可以对系统进行动态响应、稳定性、鲁棒性等方面的评估。
通过仿真结果，工程师可以及时发现问题并进行调整优化。
5. 实例分析为了更好地说明基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，我们以一个温度控制系统为例进行分析。
首先建立被控对象的数学模型，然后设计PID控制器，并利用Simulink进行仿真验证。
最后根据仿真结果对系统性能进行评估，并进行必要的调整。
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中北大学
毕业设计开题报告
学生姓名：王小龙学号：07050541X14学院、系：信息与通信工程学院
专业：自动化
设计题目：基于MATLAB的控制系统设计软件开发
指导教师:林都
2011年4月2日
毕业设计开题报告
类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿究, MATLAB虽功能强大,对这方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难。
为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件。
使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。
二．相关理论知识
控制工程基础是以讲述古典控制为主的机械类专业技术基础课程,在教学与研究过程中,常需要对控制系统用MATLAB进行仿真分析与研究,MATLAB虽功能强大,对这
方面的分析都有相应命令,但命令繁多,分析起来过于零散,难于对系统的性质有个整体的掌握,况且像MATLAB这么大的软件学起来也较困难.为能够更快更好掌握控制系统的性质,把多而散的命令整合起来,开发了控制系统CAI应用软件.使用此软件时用户只需输入系统参数,然后点击相关按钮,就可以快速得到所求相应的结果。
要将控制系统CAI应用软件结构图中的内容在用户界面里表现出来,就必须有参数输入、结果输出、图形仿真输出等,且这些都能进行对比分析,因此要求有个友好、操作简单、可读性强、易修改的图形用户界面,选择MATLAB中具有可视化编程能力的图形界面GUI,将它提供的工具与编程经验结合起来,完成软件界面的创建.。
图1控制系统CAI应用软件结构图
各级界面主要利用向导编辑器GUIDE中提供的控件,利用图标及其对应的功能来设计友好的交互式界面.使用Property Inspector修改控件属性,如背景色、前景色、字体及大小、位置、标志、类型等.借助GUI设计面板提供的控件布置编辑器Align Objects!,很容易的对所选对象进行水平、垂直和间隔排列布置.
通过图形界面中控件的操作来完成图形界面的功能,这些操作是通过函数代码的执行来完成的.函数代码的编制通过编写回调函数时实现,在编写时把该控件的函数代码直接书写在callback!属性中,或把函数代码放在一个自定义的M文件中,而在callback!中只写上其文件名.当操作该控件时,系统会自动执行callback!中所要求执
行的内容,将子菜单界面所保存的文件名与主界面的菜单名关联起来,完成相应的功能,从而实现整个软件设计。
控制系统CAI应用软件的最大优点是避免了在使用MATLAB软件命令繁多、难记的缺点,把多而散的命令整合成可执行的模块,在使用过程中,只要点击相应菜单即可,操作简单易行、快速可靠,且界面友好,可读性强.
２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：软件采用MATLAB开发平台,利用其可视化编程能力的图形用户界面GUI,按照控制教学、实验、应用等内容,设计出相应的控制系统CAI应用软件结构图,如图1所示.系统主界面由6个主要子窗体模块构成,分别为时域响应分析、频域响应分析、根轨迹分析、稳定性分析、稳态误差分析及模型转换.通过单击主界面上子模块相应的按钮即可启动相应的子窗体,另三个按钮分别为系统功能简介、帮助和退出按钮.帮助和退出按钮是每一级窗体界面必须具备的按钮,通过帮助按钮可随时了解该窗体的相关内容和操作方法,通过退出按钮可实现任意一级窗体的自由退出,各功能子模块均为MATLAB系统的应用程序,以M文件形式出现.各软件模块主要的功能简介如下：
(1)时域响应分析模块中包括四种常见时间输入响应分析:阶跃响应分析、冲激响应分析、斜坡响应分析、加速度响应分析.其功能是输出相应的性能指标并绘制出系统的输入响应曲线.
(2)频域响应分析模块包括三种常见频域图形分析法:Nyquist图分析、Bode图分析、Nichols图分析,其功能是输出相应的分析结果并绘制出控制系统相应的图形.
(3)根轨迹图分析模块为输出相应的分析结果并绘制系统的根轨迹图,含开环系统增益k值、与k值对应的闭环系统特征根以及开环系统在右半平面的特征根个数.
(4)稳定性分析模块包括四个判断法:代数稳定判据、根轨迹判断法、Nyquist判据、Bode判据.通过相应法则和图形判断控制系统的稳定性.
(5)稳态误差分析模块功能为输出相应分析结果并绘制系统的误差响应曲线,包括比例环节、积分环节、一阶惯性环节、纯微分环节、导前环节、二阶振荡环节、高阶系统的稳态误差分析.
(6)模型转换模块包括传递函数模型、零极点模型、状态空间模型之间的转换.
对每一个模块内容在软件中将用菜单形式表示出来.
指导教师意见：
指导教师：
年月日
所在系审查意见：
系主任：
年月日。