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摘要 1
Abstract 1
1 绪论 2
1.1 本文研究背景 2
1.2 本文的选题意义 2
1.3 本文的任务和要求 3
1.3.1 本文任务 3
1.3.2 本文要求 3
2.1 MATLAB工具介绍 3
2.2 Simulink工具简单介绍 4
2.3 GUI简单介绍与可视化接口环境 4
2.3.1 GUI概念介绍 4
2.3.2 GUI图形用户界面的打开 5
2.4 自动控制原理简单介绍 7
3 虚拟实验平台总体概述 7
3.2 虚拟实验平台设计界面模块结构及功能 7
3.2.1 平台模块结构 7
3.2.2 平台功能 8
4 自动控制原理实验在虚拟实验平台的实现 9
造纸废水处理
4.1 平台界面的总体要求 9
4.2 主界面的设计 9
4.3 线型系统时域分析界面 13
4.3.1 时域分析法的介绍 13
4.3.2 时域分析界面的设计 14
4.4 线型系统根轨迹分析界面 17
压延加工4.4.1 根轨迹法的介绍 18
4.4.2 根轨迹界面的设计 18
4.5 线性系统频域分析界面 19
4.5.1 频域法的介绍 19
4.5.2 频域分析界面的设计 20
4.6 控制系统校正实验界面 22
乙硫氮
4.6.1 控制系统校正介绍 22
4.6.2 控制系统校正实验界面的设计 22
5 结论 25
参考文献 26
附录1 27
致谢 55
龙灯制作
1 绪论
1.1 本文研究背景
对于大学生而言自动控制原理是大学阶段的自动控制工程、机器自动控制操作、物流设备工程等专业的重要的专业基础课程，涉及到自动控制系统的模型建立、系统分析、系统设计的相关基本理论和相关技术设计。它的典型特点是概念比较抽象，数字含量巨大，计算相当复杂，从而导致学生比较难于理解和消化，实验是理解和消化相关课程内容的非常重要的途径。目前相当多的大学高校的实验教学仍处于传统模拟实验阶段，通过利用集成封闭的传统实验箱，将相应的有源网络模块整个连接成了典型环节和系统，然后施加典型信号，通过示波器仔细观察实验结果。然而对于这种实验方法仍存在明显不足，比如说（1）实验室的实验箱集成度很高，从而让学生对实验目的和实验计划出现盲目性，所以很容易导致损坏仪器设备。（2）学生的理论性知识和实验动手操作是互相分开的，导致了学生缺乏主动性学习和创造性性学习。（3）因为元件的非线性等一些元素，导致了实验结果与理论知识差异较大，相距甚远。
程序升温
为了改变这种现象，我们通过利用MATLAB中的具有可视化编程能力的图形用户界面（简称GUI）和控制系统工具箱中的有关的丰富的库函数等，开发出了基于MATLAB的自动控制原理虚拟实验平台。
1.2 本文的选题意义
自动控制原理虚拟实验平台就是把真实的相关的自动控制环节、系统和数学建模有机地结合的一个实验操作平台。学生不仅可以在平台上修改相关的实验参数、改变相关的输入信号、观察相应的响应情况，同时还可以观察数学模型的具体的变化情况。
MATLAB是面对科学计算的高性能可视化编程仿真软件，GUI是一种的图形用户界面。通过MATLAB/GUI设计和开发自动控制原理虚拟实验平台，不但能很好地解决传统实验存在的问题，加深对自动控制原理理论课程内容的理解，更能使学生摆脱复杂的数学公式，对新知识产生浓厚的探索兴趣。
在设计过程中，我通过查阅相关的资料，增强了自己的自我学习能力和思考能力，同时通过向老师和同学的虚心求教，增强了自己的沟通能力。
1.3 本文的任务和要求
1.3.1 本文任务
本次毕业设计研究的任务是基于MATLAB的自动控制原理虚拟实验平台的实现，简单的要求是用MATLAB中的GUI建成一个可视化的图形开发平台，在这个平台上去实现自动控制原理各个实验要求和实验功能，验证实验原理。
1.3.2 本文要求
通过自动控制原理虚拟实验平台实现线型系统的时域分析、线性系统的根轨迹分析、线型系统的频域分析、控制系统的串联校正实验，然后重点介绍线性系统的时域分析的具体的原理、方法、实现的功能、实验操作过程以及仿真图形。
2 自动控制原理虚拟实验平台总体概述及其实现工具介绍
2.1 MATLAB工具介绍
我们在设计自动控制原理虚拟实验平台的时候需要用到MATLAB设计工具，以此搭建我们所想要的虚拟实验平台，为了对后面更好地的设计与实验，我们需要了解MATLAB的发展历史以及它的功能，掌握软件的实际操作原理。
在20世纪80年代以来，为了研究某种问题，各种计算机语言接连出现，当然，在数学研究当中，为了更好地更方便地数值计算、科学研究、工程计算等其他方面，MATLAB软件应运而生。MATLAB是由美国人MathWorks公司推出，是MATrix LABoratory的缩写，中文名称是矩阵实验室。自推广以来，得到了社会上的普遍认同以及广泛的应用，发展至今推出了各种版本，里面的功能越来越丰富和强大，同时它的语言易于掌握，所以深受各大高等学校的喜爱以及科学研究人员的使用，尤其在欧美高校，MATLAB软件的使用成为了学生的必备的学习技能。
毋庸置疑，MATLAB的功能相当强大，可以用于数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统的设计与仿真以及图形处理，同时具有内容强大的工具箱进行设计开发。MATLAB是一个具有很强的开放性软件，除了可以利用的内部函数外，我们可以自己对里面的源文件进行修改或者可以加入自己编写好的文件进行设计使用。
2.2 Simulink工具简单介绍
Simulink是Math Works软件公司在1990年推出来的，它是实现控制系统进行构造模型、仿真设计和分析的软件包，简单来说就是MATLAB软件功能的一种拓展，它提供了不同功能
的基本系统模块，我们只要知道这些模块的输入、输出以及它的功能，而不必知道各种模块的里面具体的功能与实现，只要通过各种模块的调用与连接就能构造出我们所需要的系统模型，文件存储形式以.mdl形式存取，最后我们可以基于此进行方针与分析。对于简单的控制系统来说，我们可以利用相关的函数和相关的线性方程进行求解，但对更为复杂的系统来说，我们之前的方法就不可以实现了，所以则必须使用Simulink进行仿真与分析。
2.3 GUI简单介绍与可视化接口环境
2.3.1 GUI概念介绍
由菜单、窗口、对话框等各种图形元素构成的用户界面被叫做图形用户界面，英文名称是Graphical User Interface，简称GUI。它是计算机与用户进行信息交流的窗口和平台，在自动控制原理虚拟实验平台设计当中它赋予着主要设计工作。对于GUI操作应该是易于理解的便于操作的，当我们点击某项操作的时候，用户图形界面就已经开始了它的功能操作。MATLAB作为一款强大的科学计算软件，同时也提供了图形用户界面设计的功能，它包括了三类图形用户界面对象，包括用户界面控件对象、下拉式菜单对象和快捷菜单对象。根据我们所想要的图形用户界面对象，我们可以设计出界面非常友好、操作相当方便
的图形用户界面。
在MATLAB软件中，为GUI开发提供了一个非常方便且高效的集成开发环境GUIDE。GUIDE主要是一个界面设计工具集，所有GUI设计都被MATLAB支持在这个集成的环境中。GUIDE将所有设计好的GUI设计模型保存在一个.fig文件当中，并且同时生成了.m文件，对于.fig文件设计，它包括了GUI图形窗口以及图形窗口对象，对于.m文件而言，它包括了GUI设计、控制函数及其定义为子函数的用户控件回调函数。GUIDE在GUI设计过程中直接自动生成了.m文件框架，它所具有的优点如下：
（a）.m文件在.fig文件生成的同时就已经生成了一些必要的代码。
（b）管理图形对象句柄并执行回调函数的子程序。
（c）支持自动插入回调函数原型。
（d）提供了管理全局变量的便利途径。
2.3.2 GUI图形用户界面的打开
温度远程监控
在MATLAB中打开GUI可以以下的操作方法
（1） 选择菜单栏上的“File”选项，再选择“New”选项，最后得到“GUI”命令。
（2） 在命令窗口（commend Windows）当中输入“Guide”命令或者输入“Guide Filename”，同样可以打开可视化接口。
（3） 选择菜单栏上的“GUIDE”快速启动按钮，可以直接打开界面。
MATLAB软件为GUI图形用户界面设计总共准备了4种模板，包括Blank GUI（默认）、GUI with Uicontrols（带控件对象的GUI模板）、GUI with Axes and Menu（带坐标轴与菜单的GUI模板）与Modal Question Dialog（带模式问话对话框的GUI模板）。如下图
图2-1 GUI的初始化界面
如果没有设计好的可视化图形文件，我们要选择空白的可视化文件，即Blank GUI（空白），然后点击OK按钮，就会显示出GUI设计窗口，如下图2-2。
图2-2 GUI设计窗口
从GUI设计窗口可以看出，共有五个设计工具，它们分别是：
（a） 对象属性查看器（Property）：可以查看每个对象的属性值，同时可以修改设置对象的属性值。
（b） 菜单编辑器（Menu Editor）：对下拉式菜单进行创建、设计和修改。
（c） 位置调整工具（Alignment Tool）：多个对象通过该工具左右、上下进行位置进行调整。
（d） 对象浏览器（Object Browser）：可以观察当前设计阶段的各个句柄图形对象。
（e） Tab顺序编辑器（Tab Order Editor）:通过该工具，设置当按下键盘上的Tab键时，对象被选中的先后顺序。
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