基于GUI的线性系统的分析与研究 毕业论文.docVIP

基于GUI的线性系统的分析与研究 目 录 第1章 概述 1 1.1 课题研究目的和意义 1 1.2 GUI图形用户界面的应用概述 1 1.3 线性系统的发展和应用 2 1.4 课题主要内容 2 1.5论文安排 3 第2章 线性系统设计理论分析 4 2.1 线性系统数学模型 4 2.2 线性系统的根轨迹分析 6 2.3 线性控制系统的时域和频域分析 7 2.4 线性系统的状态空间分析 9 3.1 GUI的设计原则 12 3.2 GUI的创建 12 3.3 GUI设计举例设计 15 3.4 GUI实例设计结果分析 16 3.5本章小结 17 第4章 线性控制系统实现 18 4.1线性系统的数学模型的建立 19 4.2线性系统的时域、频域分析设计实现 21 4.3根轨迹的分析设计实现 23 4.4线性系统的空间分析法 24 4.5本章小结 25 结 论 27 参考文献 28 致 谢 29 第1章 概述 1.1 课题研究目的和意义 在学习线性系统的过程中发现，当需要建立数学模型、绘制根轨迹图、伯德图、尼克尔斯和奈奎斯特曲线等都需要大量繁琐的计算才能计算和绘制相应的图，从而对线性系统进行研究分析。在学习MATLAB过程中了解到它具有强大的数学应用功能，MATLAB的GUI是图形用户界面，可以通过设置用户界面调用内部函数，从而进行计算。图形用户界面非常直观的让使用者知道如何操作，使应用变得简单。课题的目的是想设计GUI界面，利用MATLAB对线性系统进行研究分析，从而使线性系统的分析研究变得简单，省去了大量的计算，在所设计的GUI应用界面中就可得到。该界面人机交互性好，能对相关知识进行实时、动态的可视化仿真分析，在教学、实验、工程中具有较强的应用价值。 1.2 GUI图形用户界面的应用概述 GUI是提供人机交互的工具和方法。GUI是包含图形对象，如窗口、图标、菜单和文本的用户界面。以某种方式选择或激活这些对象，通常引起动作或发生变化。最长常的激活方法是用鼠标或其他单击设备去选择或激活这些对象，通常引起动作或发生变化。最常见的激活方法是用鼠标或其他单击设备去控制屏幕上鼠标指针的运动。单击鼠标，标志着对象的选择或其他动作。一个设计优秀的GUI能够非常直观地让用户知道如何操作MATLAB界面，了解设计者开发意图。令人兴奋的事，对于绝大多数使用GUI的计算机用户都知道如何去应用GUIDE的标准控件，这也为GUI设计提供了广阔的前景。MATLAB的GUI为开发者提供了一个不脱离MATLAB的开发环境，有助于MATLAB程序的集成。 开发者开发的产品是面向使用者，是告诉使用者如何了解产品、如何使用产品。往往使用者都不愿意去理解一些繁杂的代码，甚至根本对这些代码一无所知。而GUI就是实现了开发者与使用者建立沟通的桥梁。在研发部门和决策部门进行沟通的过程中 ，GUI就显得特别重要，决策人不了解具体的代码，而研发者想让项目得到决策人的肯定，就必须向决策人提供图文并茂的界面，甚至达到多媒体的效果，这样可以让决策人清楚地理解项目的精髓，作出正确的、有益于研发部门的判断。 由于MATLAB的工程计算、仿真能力使得越来愈多的用户从原先的开发环境转到MATLAB上来。现在绝大多数MATLAB开发者都是一定领域的研究者，但是使用其他开发环境设计GUI不仅编程复杂、而且学习困难，往往需要大量的时间在编程。但是MATLAB提供了一个简便的开发环境，可以让研究者很快的上手，让研究者更加专注于更需要的其他地方，提高研究者的效率。 1.3 线性系统的发展和应用 20世纪50年代以后，随着等技术发展和控制理论应用范围的扩大，经典线性控制理论的局限性日趋明显，它既不能满足实际需要，也不能解决理论本身提出的一些问题，这就推动了线性系统的研究，于是在1960年以后从经典阶段发展到现阶段。美国学者R.E.卡尔曼首先把状态空间法应用于多变量线性系统的研究，提出了能控性和能观测性两个基本概念。20世纪60年代以后，现代线性系统理论又有了新发展，出现了线性系统几何理论、线性系统代数理论和等研究多变量系统的新理论和新方法。随着计算机技术的发展，以线性系统为对象的计算方法和计算辅助设计问题也受到普遍的重视。与经典线性控制理论相比，现代线性系统主要特点是：研究对象一般是多变量线性系统，而经典线性理论则以单输入单输出系统为对象；除输入和输出变量外，还描述系统内部状态的变量；在分析和综合方面以时域方法为主而经典理论主要采用频域方法使用更多数据工具。严格地说，实际的物理系统都不可能是线性系统。但是，通过近似处理和合理简化，大量的物理系统都可在足够准确的意义下和一定的范围内视为线性系统进行分析。例如一个电子放大器，在小信号下就可以看作是一个线性放大器，只是在大范围时才需要考虑其饱和特性即非线性特性