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。