基于Matlab的GUI仿真设计
开发说明文档
学院：信息科学与工程学院
班级：自动化1001
学号：20100413
姓名：
指导教师：赵明旺
二○一三年五月
一、设计题目
设有一个弹簧-质量-阻尼器系统,安装在一个不计质量的小车上,如题图所示。

u 和 y为分别为小车和质量体的位移,k、b 和 m 分别为弹簧弹性系数、阻尼器阻尼系数和质量体质量阻尼器。

试建立 u 为输入,y 为输出的状态空间模型。

二、设计目的
通过Matlab的GUI界面设计，达到现代控制理论课程的学习要求，学会建立一个系统的状态空间模型，能对线性系统进行时域分析，理解能控性、能观性及李亚普洛夫稳定性的定义，设计极点配置控制系统等.
三、设计要求
使用Matlab数学工具，运用现代控制理论中的知识对一个实际的弹簧-质量-阻尼器系统进行仿真，制作出一个GUI界面，可以动态的观察质量体变化并画出波形。

能控性、能观性、李亚普洛夫稳定性的判定，并配置极点构成一个闭环系统。

四、设计内容
1、菜单栏：
开始仿真（动态波形 + 动态系统）
复位（所有参数和图形全部初始化）
退出（退出GUI界面）
2、任务栏：
建模: 状态空间模型建立;传递函数模型建立
系统分析: 系统状态和输出响应计算及输出;能控性判定; 能观性判定;李雅普洛夫稳定性判定
系统综合: 极点配置控制系统设计;状态观测器设计(选作);带状态观测器的极点配置控制系统(选作)
3、系统模型参数：
k：弹簧弹性系数
b: 阻尼器阻尼系数
m: 质量体质量
4、系统输出参数：
输出变量: 质量体位移y + 状态变量（x1 & x2）
输出形式: 图形 + 数据
输出数据包括: 状态空间模型\传递函数模型\系统分析结论\状态反馈律\状态观测器\闭环系统模型等
5、仿真参数：
仿真时间：设置仿真时间
仿真步长：设置仿真步长
图形输出刷新时间速率: 设置图形输出刷新时间步长(如0.3秒)
6、系统输入参数:
输入信号：零输入响应 + 阶跃响应+ 任意输入信号(即任意输入表达式来表示输入任意信号，变量为t)
初始状态：系统初始状态
系统期望极点：一般配置在虚轴左边，此时闭环系统稳定
五、仿真系统介绍(含界面解图)
1. 仿真界面
2.仿真参数输入界面
3.建立状态空间模型
4.系统能控、能观性判断与分解
5.系统仿真
六、参考文献
《现代控制理论》赵明旺
《MATLAB语言与自动控制系统设计》王云亮
《MATLAB与控制系统的数字仿真及CAD》黄道平
七、心得与体会
刚开始做现控仿真的时候，一头雾水，不知从何下手，因为对这些东西不怎么熟悉，还需要从头做起。

大二时学过一些MATLAB语言，不过当时已马马虎虎忘了差不多了，于是从借matlab资料，再加上现代控制理论这本书自带的MATLAB介绍，使自己慢慢的对它熟悉起来，再加上同学的帮助和老师的指导，我也自信起来。

经过几周的学习和请教，现控仿真算是马马虎虎做完，从中学到了很多知识，其实很多东西只有自己亲身实践了才懂得它的艰辛与来之不易，我觉得这是值得的，并且自己也会终身受益！
最后，感谢赵明旺老师的精心指导和帮助，也希望自己能够学到更多的东西！。