【毕业论文】基于MATLAB的采样控制毕业设计说明书.docVIP

1 绪论 1.1 软件设计的背景及意义 在科学技术飞速发展的今天，自动控制所起的作用越来越重要，它为人们提供了设计最佳系统的方法，大大提高了生产率，同时促进了技术的进步。自动控制理论是工程控制论的一部分，它研究控制系统分析和设计的一般理论。随着自动化技术发展的不同阶段，自动控制理论相应的分为“经典控制理论”和“现代控制理论”两大部分[1]。 目前，控制理论已经不仅仅是数学研究人员关心的课题，由于它对工程实践的指导作用，已经成为了工程技术人员的一门必修课程。在技术高度发达的今天，控制工程师已经更多更广泛地将控制理论和控制技术结合起来，在各个专业工程领域中，将人们的很多希望和梦想变成现实[2]。 在自动控制领域里，几乎所有的科学研究和工程应用中都有大量繁琐的计算与仿真曲线绘制任务，给控制系统的分析和设计带来了巨大的工作量，为了解决海量计算的问题，各种控制系统设计与仿真的软件层出不穷，技术人员凭借这些产品强大的计算和绘图功能，使系统分析和设计的效率得以大大提高[4]。在众多控制系统设计与仿真软件中，MATLAB以其强大的计算功能、丰富方便的图形功能、模块化的计算方法，以及动态系统仿真工具Simulink，脱颖而出成为控制系统设计和仿真软件中的佼佼者。 然而，MATLAB软件自身所存在的某些缺点限制了它的应用范围。一、MATLAB以解释方式执行效率很低，这在处理图像时特别明显；二、MATLAB程序不能脱离其环境运行，因此它不能被用于开发商用软件；三、MATLAB的程序是后缀为m的脚本文件用户可任意进行修改，这就难以维护代码的完整性和安全性，有时对于一个软件而言并不希望用户了解或更改其核心程序；四、其界面编写功能也过于简单，以致不能满足某些用户的高级需求[5,6]。 笔者在自动化专业本科阶段课程的学习过程中认识到：对于《自动控制原理》教学、实验而言，并不需要复杂的图像处理和对代码完整性及安全性的苛刻保护，而更多的是要求能够满足使教师和学生能够从重复而繁琐的MATLAB语言编程中解放出来，将更多的精力用于对控制系统的分析与设计上面。 基于以上几点，笔者运用MATLAB GUI设计并开发出了该线性连续控制系统仿真分析软件。 1.2 计算机仿真在控制系统仿真分析方面的发展现状 仿真是用另外一种数据处理系统，主要是使用硬件来全部或是部分地模仿某一数据处理系统，以至于模仿的系统与被模仿的系统一样接受同样的数据，执行同样的程序，获得同样的结果。由于计算机仿真能够为各种实验提供廉价、方便、灵活而可靠的数学模型，因此，计算机仿真技术在诸多的科研领域得到了广泛地应用[]。 自动控制系统的计算机仿真是一门涉及到计算机技术、计算数学与控制系统理论、系统辨识、控制工程以及系统科学的综合性学科[8]。它为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制的计算机辅助教学提供了快速、经济、科学和有效的手段。 控制系统的计算机仿真分析就是以控制系统的数学模型为基础，采用数学模型代替实际的系统，以计算机为主要工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。控制系统仿真具备研究方法简单、方便、灵活、多样，实验研究低成本，实验结果充分等特点。 系统仿真技术的发展是与控制工程、系统工程以计算机技术的发展密切联系的[6]。伴随着控制理论向深度和广度发展的是大量控制方法和设计算法的产生，而现代计算机及计算机技术的发展则使得这些设计控制过程可以通过计算机辅助设计分析程序来实现，使得即使一般的设计者都能够顺利且有效地应用各种控制理论进行控制系统的分析和设计，这样极大地增加了控制理论的实际价值和实际应用，同时也促进了控制理论的发展。 近十年来，随着MATLAB语言和Simulink仿真环境在控制系统教学与研究中日益广泛地应用，在系统仿真、自动控制等领域，国外很多高校在教学与研究中都将MATLAB/Simulink语言作为首选的计算机工具，我国的科学工作者和教育工作者也逐渐意识到MATLAB语言的重要性，并且在很多高校的本科自动控制原理实验、教学中得到应用。 MATLAB是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面友好的用户环境。它还包括了求解各类问题的ToolBox工具箱，可用来求解特定学科的问题。 MATLAB可以在各种类型的计算机上运行，这大大拓宽了MATLAB软件及其语言的应用范围。MATLAB语言除可以进行传统的交互式编程来设计控制系统外，还可以调用它的控制工具箱来分析、研究、设计控制系统，并且，许多使用者还结合自己的领域及特长开发出了各种不同类型的工具箱，如系统辨识工具箱、鲁棒控制工具箱、神经网络工具箱、最优化工具箱、模糊控制工具箱等，随着控制理论的不断发展和研究的不断深入，这类