利用MATLABGUI设计控制系统分析与设计界面.doc

第 PAGE 1页 共29页 利用MATLAB GUI设计控制系统分析与设计界面 引言 图形用户接口GUI是用户和计算机程序之间进行信息交流的方式。通过图形用户界面，用户不需要输入脚本或命令，不需要了解任务的内部运行方式，计算机在屏幕显示图形和文本，若有扬声器还可产生声音。用户通过输入设备，键盘，鼠标，麦克风等与计算机进行通信。图形用户界面GUI中包含多个图形对象，如图标，菜单，文本的用户界面。以某种方式选择或激活这些对象，引起相应的动作或变化，最常用的激活方式是用鼠标控制屏幕上的鼠标指针运动。 图形用户界面GUI具有操作方便，控制灵活的特点，已成为现代应用程序的主要方式。 用MATLAB GUI设计一个控制系统分析与设计界面，将系统的传递函数输入到GUI中，可以方便的绘制系统的各种常用曲线，如阶跃响应曲线，Nyquist曲线可以用于系统稳定性的分析，我们可以有意识的输入系统的开环传递函数或是闭环传递函数，分别对应Nyquist曲线和阶跃响应图。根轨迹对控制系统的分析和设计也很有价值。零极点图可以方便的查看系统的零极点分布，对于配置系统的极点进行系统校正具有重要意义。Bode图和幅频响应图对系统的频率响应分析是一种手段，而阶跃响应指标则可更细致的观察系统的性能。 用GUI设计控制系设计控制系统分析与设计界面不仅在工程上有参考意义，在我们的学习过程中也很有意义，可以帮助我们更深入更容易理解控制系统的分析与设计意义。传递函数是控制系统的核心，在这里设计了两种常用的传递函数输入形式，第一种可以称为直接形式，因为他的传递函数是已知的，我们可以将系统或以开环传递函数或闭环传递函数的形式输入GUI中，进行相应的分析设计；第二种是状态变量形式，这里开环或闭环取决于转换而来的状态空间方程，因为开环和闭环系统都可以转换为状态空间，因而在进行相应的计算和绘图时需注意。 问题分析 题目要求以MATLAB GUI设计图形用户界面，设计控制系统分析与设计界面，界面中包含控制系统中常见的功能，传递函数的输入和创建，性能指标计数显示，绘制常用曲线等。传递函数是控制系统研究中的核心问题，常用的有 和状态变量形式 两种形式，第一种对于具体的某个传递函数而言是单输入但输出的（如果系统是多输入多输出的，则对于不同的输入而言，传递函数一般式不同的。），第二种形式可以设置y和来实现多输入多输出。 本设计将这些功能具体化如下表格所示： 表1.1 传递函数 第一种形式 分子矩阵num 分母矩阵den 状态变量形式 矩阵A 矩阵B 矩阵C 矩阵D 阶跃响应性能指标（performance） 峰值mp 峰值时间Tp 稳态增益yss 超调量Del 上升时间Tr 调整时间Ts 常用曲线 Bode Nyquist RootLocus PoleZero impulse step nichols 幅频特性 输入序号n 指定多输入时是创建哪个输入量的传递函数 标志位k 指定使用第一种形式还是状态变量形式下的传递函数 close按钮 关闭GUI的运行 3 GUI设计 3.1 启动GUI 启动MATLAB后在命令窗口中键入guide，启动GUIDE，弹出“GUIDE Quick Start”对话框，或者通过file→new→GUI进入，在弹出的GUIDE模版中创建新的GUI或打开已经存在的GUI，也可以选择一些模版，这里新建一个GUI，选择Blank GUI （Default）模版。 3.2 GUI窗口大小设计 我们可以改变GUI输出编辑器的网格区域大小指定GUI的大小，操作方法是，单击网格区域的右下角并进行拖拉。另外可以在“View”菜单下选择“Property Inspector”打开属性查看器，选择“Units”后面的按钮，然后选择弹出式菜单的“inches”，单击“Position”后面的“+”符号，输入x和y的坐标和GUI窗口的宽度和高度，再将“Units”属性设为character，这样可以进行精确地设置GUI的位置和大小。本设计采用默认地情况。 3.3 添加、对齐组件 GUI输出编辑器中包含了各种组件供用户设计界面，这里从工具箱中选择9个“Static Text”静态文本框，8个“Edit Text”可编辑文本框，一个“Pop-up Menu”下拉式列表框，一个“Push Button”按钮和一个“Axes”坐标系，将它们分别拉到设计区。具有相同父对象的组件，可以用对齐工具将他们对齐，例如对第一列的是四个可编辑文本，按住Ctrl同时连续选择他们，从“Tools”选择“Align Objects’显示对齐工具，也可以重工具条上选择“”图标进入