基于matlab gui的控制系统界面设计毕业设计论文

安徽工业大学毕业设计 (论文)课题基于MATLAB的虚拟实验系统的设计——主界面及部分模块的设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：摘要自动控制原理是学习自动控制技术的一门重要的专业基础课程，是控制理论的基础。

而实验课是自动控制原理整个教学过程中不可缺少的重要组成部分。

对于初学自动控制理论课的学生来说．由于时间和专业知识的限制，直接利用MATLAB语言编程进行控制系统分析是极不方便的，需要在MATLAB基础上为用户开发出适用于使用的接口界面。

本文就是介绍了在MATALB软件环境下开发出的自动控制原理实验教学软件。

它利用MATLAB语言的界面设计功能及其提供的控制系统工具箱对自动控制系统进行建模和进行稳定性分析、根轨迹分析、频域分析,并说明了本软件的特点、功能和效果。

结果证明该软件系统可以取代传统模拟实验，它不仅能提高实验教学效率，改善实验效果，而且方便易行，具有推广应用价值。

同时利用该软件可以系统地让学生掌握控制系统设计思想的演化过程以及自动控制学科专业知识，从而提高学生分析和解决实际问题的能力。

关键词：自动控制原理建模 MATLAB 虚拟实验系统 GUI （图形用户界面）仿真AbstractAutomatic Control Theory is an important professional course in learning Automatic Control. And it’s a foundation of control theory.Experiment is an indispensable part in learning Automatic Control Theory.For a beginner of Automatic Control System, it is difficult to use the MATLAB programming language to analysis the control system, due to the limited time and poor professional knowledge.So we need to develop an interface which is easy to use based on MATLAB. This paper is about developing an experimental teaching software of Automatic Control Theory in MATLAB.We make model for automatic control system and analysis the stability, root locus and frequency domain by using the interface design function and automatic control toolbox. Additionally, we provide the note about the features, functions and effects of the software. Our results demonstrate that this software can replace traditional experiment. It could not only increase the teaching efficiency and improve the experiment teach effect, but also the software is very convenient. And also this software could make the students to master the evolvement process of design method of automatic control system and professional knowledge of automatic control. Obviously, it will improve the student’s ability o f analysis and solving problems.Keywords : Automatic Control Theory Modeling MATLABVirtual Experimental System GUI Simulation目录目录 (5)1 绪论 (6)2 虚拟实验系统的总体设计 (7)2.1 背景知识介绍 (7)2.1.1 虚拟实验系统的现状分析 (7)2.1.2 MATLAB简介及其在控制系统中的运用 (7)2.2 总体设计原理 (8)2.3总体设计框图 (9)3系统的部分模块实现与主界面设计 (10)3.1建模模块的实现 (10)3.1.1 建模设计思想及目标 (10)3.1.2 功能介绍及设计步骤 (11)3.2 根轨迹模块实现及实验报告生成模块的设计 (19)3.2.1 根轨迹模块的实现 (19)3.2.2 实验报告生成模块的设计 (26)3.3 主界面的设计 (30)3.3.1 设计思想及目标 (30)3.3.2主界面模块框图 (31)3.3.3主界面的具体设计 (32)4 系统设计成果及实验举例 (34)4.1系统设计成果 (34)4.2实验举例 (35)5 总结和展望 (37)5.1本文工作总结 (37)5.2课题展望 (38)参考文献 (39)致谢 (40)附录一科技文献翻译 (41)附录二所用函数表 (47)附录三毕业设计任务书 (48)基于MATLAB虚拟实验系统的设计机械与电气工程系电气工程及其自动化专业03电气一班后丽萍指导老师***1 绪论在目前有限的课堂教学和实验学时内，运用一定的仿真软件和计算机技术，使学生掌握专业的基本理论和控制系统的设计思想和方法，培养学生科研能力，是专业教学中值得研究和探讨的课题。

基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文目录一、内容概括 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 研究目的和内容 (5)二、MATLAB控制系统仿真基础 (7)三、控制系统建模 (8)1. 控制系统模型概述 (10)2. MATLAB建模方法 (11)3. 系统模型的验证与校正 (12)四、控制系统性能分析 (14)1. 稳定性分析 (14)2. 响应性能分析 (16)3. 误差性能分析 (17)五、基于MATLAB控制系统的设计与应用实例分析 (19)1. 控制系统设计要求与方案选择 (20)2. 基于MATLAB的控制系统设计流程 (22)3. 实例一 (23)4. 实例二 (25)六、优化算法在控制系统中的应用及MATLAB实现 (26)1. 优化算法概述及其在控制系统中的应用价值 (28)2. 优化算法介绍及MATLAB实现方法 (29)3. 基于MATLAB的优化算法在控制系统中的实践应用案例及分析对比研究31一、内容概括本论文旨在探讨基于MATLAB控制系统的仿真与应用，通过对控制系统进行深入的理论分析和实际应用研究，提出一种有效的控制系统设计方案，并通过实验验证其正确性和有效性。

本文对控制系统的基本理论进行了详细的阐述，包括控制系统的定义、分类、性能指标以及设计方法。

我们以一个具体的控制系统为例，对其进行分析和设计。

在这个过程中，我们运用MATLAB软件作为主要的仿真工具，对控制系统的稳定性、动态响应、鲁棒性等方面进行了全面的仿真分析。

在完成理论分析和实际设计之后，我们进一步研究了基于MATLAB 的控制系统仿真方法。

通过对仿真模型的建立、仿真参数的选择以及仿真结果的分析，我们提出了一种高效的仿真策略。

我们将所设计的控制系统应用于实际场景中，通过实验数据验证了所提出方案的有效性和可行性。

本论文通过理论与实践相结合的方法，深入探讨了基于MATLAB 控制系统的仿真与应用。

matlab gui毕业设计Matlab GUI 毕业设计在计算机科学与技术领域，Matlab是一款被广泛应用的数学软件。

其强大的功能和易于使用的界面使得它成为许多工程师和科学家的首选工具。

在毕业设计中，使用Matlab GUI可以为学生提供一个很好的机会来应用所学的知识，并且开发出一个实用的应用程序。

Matlab GUI（图形用户界面）是Matlab的一个重要组成部分，它允许用户通过图形化的界面与Matlab进行交互。

相比于传统的命令行界面，GUI提供了更直观、更友好的操作方式，使得用户可以通过按钮、滑动条、输入框等控件来控制程序的运行和参数的设置。

在毕业设计中，使用Matlab GUI可以实现各种各样的应用。

例如，一个学生可以设计一个基于GUI的数据分析工具，用于处理和可视化实验数据。

通过GUI，用户可以方便地导入数据文件，选择不同的分析方法，并可视化结果。

这样的工具对于科学研究和工程实践都具有重要意义。

另一个应用是基于Matlab GUI的图像处理工具。

学生可以设计一个图像处理软件，通过GUI提供各种图像处理算法的选项，如滤波、边缘检测、图像增强等。

用户可以通过GUI加载图像文件，选择合适的处理算法，并实时预览处理效果。

这样的工具对于数字图像处理的学习和应用都非常有帮助。

除了数据分析和图像处理，Matlab GUI还可以用于控制和监控系统。

例如，一个学生可以设计一个基于GUI的温度控制系统，通过GUI设置目标温度和控制参数，并实时监测和调整系统的运行状态。

这样的系统对于自动化控制和仪器仪表等领域的研究和应用都具有重要意义。

在实现这些应用的过程中，Matlab提供了丰富的GUI设计工具和函数库。

学生可以使用GUIDE（GUI开发环境）来创建GUI界面，并通过Matlab的图形和计算功能来实现各种交互和处理。

此外，Matlab还提供了许多可视化工具和函数，如绘图、动画、图像处理等，可以帮助学生更好地展示和分析数据。

武汉科技大学智能控制系统学院：信息科学与工程学院专业：控制理论与控制工程学号：姓名：***基于MATLAB的智能控制系统的介绍与设计实例摘要现代控制系统，规模越来越大，系统越来越复杂，用传统的控制理论方法己不能满控制的要求。

智能控制是在经典控制理论和现代控制理论的基础上发展起来的，是控制理论、人工智能和计算机科学相结合的产物。

MATLAB是现今流行的一种高性能数值计算和图形显示的科学和工程计算软件。

本文首先介绍了智能控制的一些基本理论知识，在这些理论知识的基础之上通过列举倒立摆控制的具体实例，结合matlab对智能控制技术进行了深入的研究。

第一章引言自动控制就是在没有人直接参与的条件下，利用控制器使被控对象(如机器、设备和生产过程)的某些物理量能自动地按照预定的规律变化。

它是介于许多学科之间的综合应用学科，物理学、数学、力学、电子学、生物学等是该学科的重要基础。

自动控制系统的实例最早出现于美国，用于工厂的生产过程控制。

美国数学家维纳在20世纪40年代创立了“控制论”。

伴随着计算机出现，自动控制系统的研究和使用获得了很快的发展。

在控制技术发展的过程中，待求解的控制问题变得越来越复杂，控制品质要求越来越高。

这就要求必须分析和设计相应越来越复杂的控制系统。

智能控制系统(ICS)是复杂性急剧增加了的控制系统。

它是由控制问题的复杂性急剧增加而带来的结果，其采用了当今其他学科的一些先进研究成果，其根本目的在于求解复杂的控制问题。

近年来，ICS引起了人们广泛的兴趣，它体现了众多学科前沿研究的高度交叉和综合。

作为一个复杂的智能计算机控制系统，在其建立投入使用前，必要首先进行仿真实验和分析。

计算机仿真(Compeer Simulation)又称计算机模拟(Computer Analogy)或计算机实验。

所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在计算机上对该仿真模型进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。

计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。

Ξ第 24卷第 1期 2002年 3月探测与控制学报 Journa l of D etection & Con trol V o l. 24. N o. 1 M ar. 2002设计及 S im u link动态仿真褚丹雷 1, 薛小龙 2, 胡国清 1(1. 厦门大学机电工程系 , 福建厦门 361005; 2. ,摘要 :利用 M a tlab, 实Sim u link模块 , 实现系统的动态仿真——所, GU I界面设计以及 Sim u link仿关键词 :系统 ; 数字调节器 ; 最小拍 ; 大林算法 ; M a tlab; GU I; Sim u link中图分类号 : TP 273 文献标识码 : A 文章编号 : 1008- 1194 (2002 01- 0048- 050 引言计算机控制系统是工业现代化的重要标志之一 , 而计算机控制系统的设计又往往涵概了信号与系统、自动控制、接口技术、数值分析等多方面的知识。

因此要想设计出理想的数字调节器 , 能否选择了恰当的计算机设计语言便显的尤为重要。

M a t lab主要包括了主包、 Sim u link模块和工具箱三大部分。

它内嵌了大量的算法控制函数 , 是当前工程计算的标准之一。

下面就如何利用该软件实现对带纯滞后环节的典型计算机控制系统的设计加以论述。

1 理论算法实现 1. 1 系统分析1. 1. 1 控制系统建模在大多数工业过程控制中 , 带有纯滞后特性的控制对象是十分常见的。

而对许多控制对象来说 , 都可以抽象为一个一阶或二阶惯性环节和一个纯滞后环节的串接。

因而 , 由计算机进行直接数字控制 (DDC 的典型反馈控制系统便可用以下框图加以表示 , 如图 1。

图中 : R (s ——输入信号 ;R (z ——经采样后的输入脉冲序列 (采样周期为 T ;E (z ——误差信号 ;D (z ——数字调节器 (计算机设计的软件模块 ;ZO H——零阶保持器 ; 图 1 控制系统框图U (z ——数字调节器的输出信号 ; G 0 (s ——控制对象 (包括纯滞后环节和惯性环节 G (s ;作者简介 :褚丹雷 ( 1976— ,男 , 内蒙古包头市人 , 硕士研究生 , 主要从事计算机控制系统 , PL C工业控制 , 自动控制理论 , 液压系统控制 , 以及 M EM S方面的研究。

利用MATLAB GUI设计控制系统分析与设计界面1引言图形用户接口GUI是用户和计算机程序之间进行信息交流的方式。

通过图形用户界面，用户不需要输入脚本或命令，不需要了解任务的内部运行方式，计算机在屏幕显示图形和文本，若有扬声器还可产生声音。

用户通过输入设备，键盘，鼠标，麦克风等与计算机进行通信。

图形用户界面GUI中包含多个图形对象，如图标，菜单，文本的用户界面。

以某种方式选择或激活这些对象，引起相应的动作或变化，最常用的激活方式是用鼠标控制屏幕上的鼠标指针运动。

图形用户界面GUI具有操作方便，控制灵活的特点，已成为现代应用程序的主要方式。

用MATLAB GUI设计一个控制系统分析与设计界面，将系统的传递函数输入到GUI中，可以方便的绘制系统的各种常用曲线，如阶跃响应曲线，Nyquist曲线可以用于系统稳定性的分析，我们可以有意识的输入系统的开环传递函数或是闭环传递函数，分别对应Nyquist曲线和阶跃响应图。

根轨迹对控制系统的分析和设计也很有价值。

零极点图可以方便的查看系统的零极点分布，对于配置系统的极点进行系统校正具有重要意义。

Bode图和幅频响应图对系统的频率响应分析是一种手段，而阶跃响应指标则可更细致的观察系统的性能。

用GUI设计控制系设计控制系统分析与设计界面不仅在工程上有参考意义，在我们的学习过程中也很有意义，可以帮助我们更深入更容易理解控制系统的分析与设计意义。

传递函数是控制系统的核心，在这里设计了两种常用的传递函数输入形式，第一种可以称为直接形式，因为他的传递函数是已知的，我们可以将系统或以开环传递函数或闭环传递函数的形式输入GUI中，进行相应的分析设计；第二种是状态变量形式，这里开环或闭环取决于转换而来的状态空间方程，因为开环和闭环系统都可以转换为状态空间，因而在进行相应的计算和绘图时需注意。

2问题分析题目要求以MATLAB GUI设计图形用户界面，设计控制系统分析与设计界面，界面中包含控制系统中常见的功能，传递函数的输入和创建，性能指标计数显示，绘制常用曲线等。

摘要本文概述了信号仿真系统的需求、总体结构、基本功能。

重点介绍了利用Matlab软件设计实现信号仿真系统的基本原理及功能，以及利用Matlab 软件提供的图形用户界面（Graphical User Interfaces ,GUI）设计具有人机交互、界面友好的用户界面。

本文采用Matlab 的图形用户界面设计功能, 开发出了各个实验界面。

在该实验软件中, 集成了信号处理中的多个实验, 应用效果良好。

本系统是一种演示型软件,用可视化的仿真工具,以图形和动态仿真的方式演示部分基本信号的传输波形和变换，使学习人员直观、感性地了解和掌握信号与系统的基本知识。

随着当代计算机技术的不断发展，计算机逐渐融入了社会生活的方方面面。

计算机的使用已经成为当代大学生不可或缺的基本技能。

信号与系统课程具有传统经典的基础内容，但也存在由于数字技术发展、计算技术渗入等的需求。

在教学过程中缺乏实际应用背景的理论学习是枯燥而艰难的。

为了解决理论与实际联系起来的难题国内外教育人士目光不约而同的投向一款优秀的计算机软件——MATLAB。

通过它可用计算机仿真，阐述信号与系统理论与应用相联系的内容，以此激发学习兴趣，变被动接受为主动探知，从而提升学习效果，培养主动思维、学以致用的思维习惯。

以MATLAB 为平台开发的信号与系统教学辅助软件可以充分利用其快速运算，文字、动态图形、声音及交互式人机界面等特点来进行信号的分析及仿真。

运用MATLAB 的数值分析及计算结果可视化、信号处理工具箱的强大功能将信号与系统课程中较难掌握和理解的重点理论和方法通过概念浏览动态演示及典型例题分析等方式，形象生动的展现出来，从而使学生对所学知识理解更加透彻。

同时运用教学软件中的数值计算工具箱，将学生从大量繁琐的手工数学运算中解放出来，将更多时间留给对基本概念和基本方法的思考。

关键词：关键词：信号与系统，matlab，应用分析ABSTRACTAs the modern computer technology development, computer gradually merged with the various aspects of social life. the use of the computer essential part of the basic skills of students. the signal and systems of traditional classic of course, but there is also due to a digital technology development, the technology in the demand. in the teaching process of the practical application of theoretical study is boring and difficult. Theory with practice in order to solve the problem of educational circles and looked into a simultaneous of computer software —— matlab. it can be used by computer simulations, signals with the system theory and application related to the content, it aroused interest in learning and became passive acceptance of the initiative and thereby elevate learning, training of active in the make full use of its rapid operation of graphic, text, dynamic and interactive voice man-machine interface to the characteristics of the analysis and emulation. To the platform of the development of matlab signal system of teaching and assistive software can make full use of its rapid operation of graphic, text, dynamic and interactive voice man-machine interface to the characteristics of theanalysis and emulation. KEY WORDS：signal and system，matlab，An analysis目录前言 (1)第 1 章绪论 (2)1.1论文写作背景 (2)1.2研究问题的提出 (3)1.3研究问题的解决方案 (4)第 2 章MATLAB 软件简介 (6)2.1MAILAB 简介及发展过程 (6)2.2MATLAB 入门 (7)2.3MATLAB 语言平台简单介绍 (9)第 3 章信号与系统简介 (11)3.1信号与系统发展过程 (11)3.2信号与系统课程特点及重点内容 (12)3.3信号与系统涉及内容 (13)第 4 章MATLAB 在信号与系统中的应用 (15)4.1MATLAB 中信号表示及可视化 (15)4.2MATLAB 在信号与系统分析中的应用 (17)4.2.1 MATLAB 在时域、频域、S 域、Z 域里的应用举例 (17)4.2.2MATLAB 在信号调制、滤波及求解中的应用 (24)第 5 章GUI 界面的创建与应用 (31)5.1结GUI 界面创建的基本知识 (31)5.2 GUI 界面在信号与系统中的应用 (33)5.3信号与系统实验平台设计 (36)结论 (47)参考文献 (48)致谢 (49)前言随着我国高等教育逐步的实现了大众化以及产业结构进一步调整，社会对人才的需要出现了层次化和多样化的变化，这反映到高等学校的定位与教学要求中，必然会带来教学内容上的差异化和教学方式上的多样化。

教学单位学生学号本科毕业论文（设计）题目基于MA TLAB GUI的控制系统界面设计学生姓名专业名称指导教师基于MATLAB GUI的控制系统界面设计摘要：MATLAB语言是一种十分有效的工具，能容易地解决在系统仿真及控制系统设计领域的教学与研究中遇到的问题，它可以将使用者从频繁的底层编程中解放出来，把有限的宝贵时间更多地华仔解决科学问题上。

MATLABA GUI是MATLAB人际交互界面。

由于GUI本身提供了windows基本控件的支持，并且具有良好的时间驱动机制，同时提供了MATLAB数学库的接口，所以GUI对于控制系统仿真的平台设计显得十分合适。

GUI对于每个用户窗口生成.fig和.m 文件。

前者负责界面的设计信息，后者负责后台代码的设计。

本文界面设计主要基于MATLAB GUI平台，结合控制系统基础理论和MATLAB控制系统工具箱，实现了用于控制系统界面的设计。

主要包括：进行常规控制环节（比如PID）的图形界面设计，能够在已知传输函数的情况下，输出常用响应曲线。

关键词：控制系统；MATLAB GUI；计算机设计Control system based on MATLAB GUI interface designAbstract: MATLAB language is a very effective tool,and can be easily resolved in the system simulation and control system of teaching in the field of computer-aided design and research problems,it could be the bottom of the user from tedious programming liberate the limted spend more valuable time to solve scientific problems. The MATLAB GUI is the interative interface.As the GUI itself provides the basic control windows support,and has a good mechanism for event-driven,while providing the MATLAB Math Library interface,the GUI for control system simulation platform for the design of it is suitable. GUI window generated for each user.Figand .M file. The former is responsible for the design of the interfaceinformation,which is responsible for the design of the background code.Research done in this article is mainly based on MATLAB GUI platform,the basis of combination of control syetem theory and MATLAB Control System Toolbox,the realization of control systems for computer-aided analysis and design software.Mainly includes:routine control links,such as PID,graphical interface design,can in the known transfer function of the case,the output respnonse curve is commonly used.Key words: Control System;MATLAB GUI;Computer design目录1 概述 (1)1.1 本文研究的目的以及意义 (1)1.2 已了解的本课题国内外研究现状 (1)1.3 本课题研究内容 (3)2 控制系统与MATLAB语言 (3)2.1 控制系统理论基础 (3)2.1.1 控制系统的古典理论与现代理论 (3)2.1.2 控制系统理论的基本内容 (4)2.2 MATLAB语言与控制系统工具箱 (4)2.2.1 MATLAB软件介绍 (5)2.2.2 控制系统工具箱介绍 (7)3 MATLAB简介及应用 (9)3.1 MATLAB GUI (9)3.2 图形用户界面设计工具的启动 (10)3.2.1图形用户界面设计工具的启动方式 (10)3.2.2 菜单方式 (10)3.2.3 图形用户界面设计窗口 (13)3.3 图形用户界面开发环境(GUIDE) (14)3.4 控件对象及属性 (16)3.5 菜单设计 (18)3.5.1 建立用户菜单 (18)3.5.2 菜单对象常用属性 (18)3.5.3 快捷菜单 (18)3.5.4 对话框设计 (19)3.5.5 公共对话框 (19)3.6 GUI程序设计 (19)4 GUI控制系统界面 (20)4.1 GUI控制系统界面设计 (20)4.1.1 具体设计步骤 (20)4.2 具体实现过程 (23)4.2.1 运行效果 (23)4.2.2 实现代码 (24)[参考文献] (25)附录 (26)谢辞 (29)1 概述1.1 本文研究的目的以及意义自动控制原理是自动控制专业和自动化专业的主要课程之一[3]，是研究自动控制技术的基础理论课，是必修的专业基础课程。