《控制工程基础》实验指导书(知识研究版本).pdf

《控制工程基础》课程演示平台实验任务书

一、实验目的

1.掌握MATLAB及其AppDesigner工具的基本使用方法，为《控制工程

基础》课程设计和实现一个交互式的演示平台。

2.通过该平台，直观地展示控制工程中的典型环节、系统性能分析等内容，

更好地理解和掌握控制工程的基础知识。

3.提升实践能力和创新能力，能够综合运用所学的matlab、控制工程基础

等专业知识，进行系统的独立设计与研究开发。

二、实验要求

1.熟悉MATLAB的基本操作和编程技巧，了解AppDesigner的功能和使

用方法。

2.设计并实现一个包含多个模块的演示平台，如典型环节模拟、系统性能

分析（包括时域分析、频域分析、稳定性分析等）等。

3.在演示平台中，使用MATLAB的图形绘制功能，实现动态、直观的可

视化效果，如时域响应曲线、Nyquist图，Bode图等。

4.为演示平台添加交互功能，如参数调整、模型选择等，便于通过操作界

面进行实时观察和实验。

5.编写详细的实验报告，包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果

和分析等部分。

三、实验内容

1.典型环节模拟

实现比例环节、积分环节、一阶微分环节、惯性环节、振荡环节、二阶微

分环节等典型环节的模拟。要求如下：

（1）允许用户通过人机交互界面轻松修改各典型环节的参数。

（2）支持多种输入信号，包括阶跃信号、脉冲信号、比例信号以及正弦信

号等。

（3）能够绘制并直观展示各典型环节在不同输入信号作用下的时域响应曲

线。

（4）可绘制各典型环节的Nyquist图和Bode图。

2.任意系统模拟及分析

要求如下：

（1）为用户提供灵活的人机交互界面，允许用户输入任意传递函数（系统

默认配置为单位负反馈系统）。系统支持两种模型输入方式：多项式模型和零

极点模型，以及两种传递函数输入形式：开环传递函数和闭环传递函数。在界

面上，显示用户输入的两种传递函数模型，以及其开环和闭环传递函数。同时

计算并显示系统的特征根。

（2）绘制系统的阶跃响应曲线（注意此处针对闭环传递函数）。

（3）绘制系统的Nyquist图和Bode图，并给出稳定性结论及稳定裕度

（注意此处绘图针对开环传递函数，利用开环判断闭环稳定性）

（4）对比（1）得到的特征根，（2）得到的响应曲线，（3）得到的稳

定性结论，观察否一致。

3.交互功能设计

要求包括但不限于：

（1）设计用户界面，包括参数输入框、模型选择按钮、图形显示区域等。

2

（）实现参数调整功能，使用户能够通过界面调整系统参数，并实时观察

系统响应的变化。

四、实验步骤

1.准备阶段

1MATLABAppDesigner

（）熟悉和的基本操作。

2

（）学习控制工程的基础知识。

2.设计阶段

1

（）设计演示平台的整体架构和各个模块的功能。

2MATLAB

（）编写代码，实现各个模块的功能。

3.实现阶段

1AppDesigner

（）使用创建用户界面。

2MATLAB

（）将编写的代码集成到用户界面中，实现交互功能。

3

（）对演示平台进行调试和优化，确保其功能正常且运行稳定。

4.测试阶段

（1）对演示平台进行测试，检查各个模块的功能是否实现且正确。

（2）对演示平台进行进一步的改进和优化。

5.撰写实验报告

（1）整理实验数据和分析结果。

（2）编写详细的实验报告，包括实验目的、实验内容、实验步骤、实验结

果和分析等部分。

五、实验成果

1.一个基于MATLABAppDesigner的《控制工程基础》演