基于VISUAL BASIC与MATLAB的自动控制系统的设计

2.1
BSTR Execute(in BSTR Command)方法
BSTR 表示宽字符串类型，该方法接收字符串命令，将调用 Matlab ，执行一条由
Command 字符串所决定的一条 Matlab 命令， 同时返回命令的执行情况， 如将由 “surf(peaks)” 生成的图形显示在屏幕上，在 VB 的命令按钮中输入如下程序： Dim Matlab As Object Dim Result As String Set Matlab = CreateObject("Matlab.Application") Cmd=text1.text Result = matlab.execute("print -f1 -dbitmap e:\bode.bmp") Picture1.Picture = LoadPicture("e:\bode.bmp")
在 MATLAB 中，直接用分子/分母的系数表示， 即
num [b1 , b2 , b3 ,..., bm ]
den [ a1 , a 2 , a 3 ,..., a n ]
则该系统的频率响应数据可由
G ( j ) H ( j )
得出。
b1 ( j ) m b2 ( j ) m 1 ... bm ( j ) bm 1 a1 ( j ) n a 2 ( j ) n 1 ... a n ( j ) a n 1
自动控制系统函数的频域分析法
频域分析法又称频率法，它所研究的问题是自动控制系统控制过程的性能，即稳定
性、快速性及稳定精度。频域分析法能较简单迅速地判断出某个环节或参数对系统性能的 影响，并能指明改进方法。它研究的依据是系统的一种数学模型—频率特性，即在线性控 制系统中，输入正弦信号时，其稳态输出随频率变化（ 由 0 变到 ）的特性。
6
自动控制系统函数的时域分析法
根轨迹法、频域法等，各种方法综合的本质是一种“分析+图解”的方法，其最大的特点 是依靠试探，即根据系统的一组性能指标，通过逐步试探和调整，以达到全部性能指标的 要求。 一个控制系统的全部性质都取决于其闭环传递函数，如稳定性取决于其极点，稳定精 度取决于其比例系数，动态性能既取决于其极点，又与零点有关。闭环传递函数的零点和 开环传递函数的零点相同，比例系数之间也有简单的关系，都不难确定。唯有闭环传递函 数的极点，即闭环特征方程的根，计算比较困难。控制系统的这些基本性能在经典控制理 论中主要通过时域响应曲线分析法、根轨迹法与频率响应法等对系统进行设计、分析，为 此我们借助 Matlab 强大的专业绘图功能（如响应曲线、 Bode 图、Nyquist 图、 Frequency
（4.1.2）
4.2
零极点增益模型
G ( s ) H s num ( s ) den ( s ) ( S Z1 )(S Z 2 )...(S Z m ) ( S P1 )(S P2 )...(S Pn )
（4.2.1）
k
在 MATLAB 中，用[z,p,k]矢量组表示， 即
（5.2.1）
上式的辅助函数的幅角变化关系可写为：
G ( j ) H ( j ) ( j ) M ( j )] N ( j ) [1 ] [N :0 :0 :0

i 1
n
( j si ) :0
:0j
j 1
2.4
Void Minimize Command Window()方法
该方法使 Matlab 的命令窗口最小化。
2.5
Void Maximum Command Window()方法
该方法使 Matlab 的命令窗口最大化[3]。
3
基于 MATLAB 的自动控制系统性能分析
自动控制理论是较成熟的经典的控制理论，其对控制系统常用的分析方法有时域法、
2
基于 Visual Basic 与 Matlab 的自动控制系统的设计
各参数的含义及调用的方法与 GetFullMatrix 方法类似。 示例代码如下： Dim Matlab as object `声明对象 Dim MReal1(5,5) As Double `声明存放实部的 Double 型数组 Dim MImag1(5,5) As Double `声明存放虚部的 Double 型数组 Set Matlab = CreatObject(“Matlab.Application”) `初始化对象 Matlab.Execute(“a=hilb(5)”) `执行 Matlab 命令 Call Matlab. GetFullMatrix(“a”,“base”,Mreal1,MImag) `将结果分别存入实部、虚部数组
2
借助 Active X 部件
Microsoft 公司所有以 COM 为基础的技术统称为 Active X 技术。它是一种用于模块
集成的新协议，是 VB 工具箱的扩充部分。Active X 部件是一些遵循 Active X 规范编写的 可执行代码，比如一个.exe、.dll 或.ocx 文件。它允许应用程序或组件控制另一个应用程序 或组件的运行，它包括自动化服务器和自动化控制器。在程序中加入 Active X 部件后，它 将成为开发和运行环境的一部分，并为应用程序提供新的功能。Active X 部件保留了一些 普通 VB 控制的属性、事件和方法。Active X 部件特有的方法和属性大大地增强了程序设 计者的能力和灵活性，Active X 实际上是在调用一种部件，而无需要求该部件对应的程序 正在运行，这会使得其功能更加强大。在 VB 中创建 MATLAB 的 Active X 对象后，就可 以使用这个对象所包含的各种方法，实现对 MATLAB 的调用[2]。
z z1 , z 2 ,..., z m ； p p1 , p2 ,..., pn ；
k k ；
4
基于 Visual Basic 与 Matlab 的自动控制系统的设计
4.3
状态空间模型

5
x ax bu y cx du
（4.2.2）
在 MATLAB 中，用(a,b,c,d)矩阵组表示[5]。
基于 Visual Basic 与 Matlab 的自动控制系统的设计
1
引言
Visual Basic 是一个可视化的程序设计语言，是一种非常方便的 Windows 应用程序开
发平台。VB 一方面继承了 Basic 语言简单易学的特点，另一方面在其编程环境中采用了面 向对象的可视化设计工具、事件驱动的编程机制、动态数据驱动等先进的软件开发技术， 为用户提供了一种所见即所得的可视化程序设计方法。 VB 最有力的一面就是快速创建用户界面，把复杂而完善的 Windows 操作系统的使用 融于易于学习和使用的高级语言中，因而受到广大工程技术人员的普遍欢迎。但是它的数 值计算能力不是很强，而由美国 MathWorks 公司推向市场的 MATLAB 软件恰好弥补了这 一缺陷。该软件是一种面向科学和工程计算的解释性语言，具有强大的数值分析、矩阵运 算、信号处理和图形显示能力，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题分析计算及程 序设计的工具，可根据不同处理对象的需要，通过简单的编程，方便地完成相应的功能。 但 MATLAB 编写可视化界面的能力较弱[1]。 基于 VB 和 MATLAB 的上述特点，本文利用 VB 来设计界面作为主程序，调用由 MATLAB 编写的子程序，从而实现对自动控制系统中系统的稳定性的分析，还可以画出相 应的 Frequency 图、Nichols 图、Nyquist 图、Bode 图，进行自动控制系统的性能分析。 作者在学习、使用 VB 和 MATLAB 的基础之上，熟练掌握了两个软件的界面设计和 程序编程，在接口问题中，大量参阅了相关的书籍，加之自己的亲身实践，终于完成了本 设计。本文的研究重点就是两个软件的接口链接。
5.1
频率特性的表示方法
频率特性 G ( j ) 是复数，它即可用实部、虚部来表示，也可用幅值和相角来表示，即

G ( j ) Re[ G ( j )] j Im[G ( j )]U ( ) jV ( ) G ( j ) |G ( j )|e jH ( j )
（5.1.1）
1
咸阳师范学院 2007 届本科毕业设计
在 VB 中创建 MATLAB Active X 的方法如下： Dim Matlab As Object Set Matlab = CreatObject(“Matlab.Application”) 在创建 Matlab Active X 对象后。 就可以利用该对象所包含的各种方法实现对 MATLAB 的调用。常用的 Matlab.Application 方法有：
中，其中 Name 指定了 Matlab 中的矩阵变量名，Workspace 指定了该矩阵所在的 Matlab 所 在的工作区，pr 是 VB 是程序中的实部，pi 是 VB 是程序中的虚部。
2.3
Void PutFullMatrix 方法
PutFullMatrix（[in] BSTR Name, [in] BSTR Workspace, [in,out] SAFEARRAY (double) *pr, [in,out] SAFEARRAY (double) *pi） ； PutFullMatrix 方法是将 VB 程序中的一个一维或二维数组传递到指定的 Matlab 空间，
3
咸阳师范学院 2007 届本科毕业设计
图、Nichols 图等） ，对系统的各种性能进行分析
4
4.1
控制系统模型
传递函数模型
G( s) H ( s) num( s ) den( s )
（4.1.1）
b1 S m b2 S m1 ... bm1 a1 S n a2 S n1 ... an1