过程控制仿真系统平台的gui设计(附件)【字数：8772】
摘 要本设计通过键入GUIDE命令打开GUI编辑界面，在这个界面中，通过鼠标的点击就能添加所需的各种控件，简单方便且直观。另一方面，用这种方式建立的GUI界面修改起来也比较容易，要修改的部分程序找起来十分容易。回调函数编程是整个过程控制仿真界面设计的核心，让回调函数反复执行相应的操作，从而进行参数传递、界面切换。在控件的回调函数中我们可以设置不同控件的属性，实现各种功能。我们可以利用MATLAB的GUI功能，再结合本科阶段学习的过程控制课程，构建一个仿真平台。每项实验内容都是一个子系统，系统主界面友好，双击各子系统按钮即可进入到相应的实验项目。整个结构设计可以利用多窗口的形式，这样层次比较分明，界面简洁易用。过程控制的常用控制方案和实验子系统一一对应，包括仿真平台设计系统数学模型建立、PID控制系统、串级控制、前馈-反馈控制、大时滞控制仿真界面进行集成设计,最终实现系统分析的可视化。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 过程控制系统介绍 1
1.3 MATLAB简介及GUI图形用户界面的应用概述 1
第二章 基于GUI的设计原则 3
2.1 GUI的设计原则 3
2.2 建立GUI的方法 3
2.2.1 GUI设计的三个阶段 3
2.2.2 GUI属性设置 4
第三章 过程控制仿真系统平台各功能的界面设计 8
3.1 主界面设计 8
3.2 建模界面的设计 9
3.3 PID调节界面的设计 12
3.4 串级控制界面设计 14
3.5 前馈反馈控制界面设计 16
3.6 大时滞控制界面设计 17
第四章 总结 20
致谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
在学习过程控制系统的过程中发现，可以建立数学模型、PID调节、串级控制、前馈反馈控制、大时滞控制仿真界面进行集成设计，最终实现系统分析的可视化，从而达到辅助教学的目的。因此在MATLAB中对过程控制进行研究分析就是有必要的， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
它省去了大量繁琐的计算，再利用它的GUI功能使得界面简单直观。过程控制的常用控制方案和实验子系统一一对应，包括仿真平台设计系统数学模型建立、PID控制系统、串级控制、前馈反馈控制、大时滞控制仿真界面进行集成设计,最终实现系统分析的可视化。
1.2 过程控制系统介绍
过程控制是自动化技术的组成部分和重要方向，它涉及了现代工业的各种领域，所以它是国家经济的重要组成部分。过程控制主要是对压力、温度、流量、液位、成分、等参数进行的控制。近年来，随着现代工业技术的发展，过程控制系统寻求生产过程中的最优控制，从而达到节约能源资源，提高劳动生产率和经济效益的目的。过程控制系统的发展也经历着一个从简单到复杂从低级到高级的不断日趋完善成熟的阶段。
一般的把被控对象、控制器、执行器、控制仪表等组成在一起的系统叫做过程控制系统。过程控制系统的结构组成框图如图11所示。由图中得知r是输入，u为控制量，y（t）是输出。
图11 过程控制基本结构图
过程控制系统广泛应用各种领域，但概括起来就是具有被控过程多样性、控制方案多样性、被控过程多为慢过程的特点。
在阶跃响应下系统的仿真分析往往研究系统的稳定性和动态性能，比如对控制系统的超调量、调节时间、上升时间、峰值时间、阻尼比等性能指标进行分析。
1.3 MATLAB简介及GUI图形用户界面的应用概述
MATLAB出自于美国Math Works公司，它是一款能够可视化，科学计算以及交互式程序设计的数学软件。其功能强大，适用范围广泛，提供了丰富的库函数，编程简单、易懂、效率高。MATLAB摆脱了传统的非交互式程序设计语言的编辑模式，尤其是在数值计算方面首屈一指。MATLAB的主要组成部分有以下三个：
①MATLAB图形处理系统
②MATLAB数学函数库
③MATLAB应用程序接口
GUI即图形用户界面，它能够提供人机交互的工具和方法。GUI是包含图形对象，用户以某种方式选择或激活这些对象，通常使计算机产生某种变化。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是能够让用户进行某种操作时，了解用户的目的。
第二章 基于GUI的设计原则
2.1 GUI的设计原则
GUI的设计过程主要包括四个步骤，先添加组件，启动菜单编辑器添加新菜单，然后设置菜单和各组件的属性，并调用函数。
图形对象的优点是既互相独立，可以被单独的操作，又相互依赖，结合在一起能形成有意义的图形。MATLAB的图形对象的层次结构树形图如图21。在图21中，最上层为根(屏幕)对象，也就是计算机的屏幕窗口。它能显示系统运行的状态和设置各种信息。下一层为图形窗口对象。第三层包含坐标轴和用户接口对象，可以人机交互式操作。第四层为组对象和核心对象，用来绘制各种图形和按钮，是界面中不可缺少的基本元素。
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图21 图形对象的层次结构树形图
GUI有如下特点：（1）通过设置按钮或菜单的回调数，简化一个或多个函数反复调用；（2）人性化的界面，使用方便；（3）系统稳定可靠性好。
2.2 建立GUI的方法
我们所说的图形用户界面设计包括了功能设计和外观设计。功能设计是根据图形对象编辑界面来进行回调函数，使得软件运行更加稳定。外观设计可用GUIDE控件来实现，GUIDE控件提供的图形控件对象和坐标轴，来设计人机界面。
本设计通过键入GUIDE命令打开GUI编辑界面，在这个界面中，通过鼠标的点击就能添加所需的各种控件，简单方便且直观。另一方面，用这种方式建立的GUI界面修改起来也比较容易，要修改的部分程序找起来十分容易。
2.2.1 GUI设计的三个阶段
通过GUI编辑界面设计一个完整的GUI界面，主要有一下几个阶段：
（1）初步规划，控件选择阶段。该阶段主要是进行大体的规划，从最终目的出发，选择控件和所需的回调函数；
（2）结构设计阶段。该阶段需要的是对整个界面中控件的合理布局，保证界面的美观，并设置控件的属性；
（3）功能设计阶段。这是最重要的一个阶段，这个阶段主要是对各控件编写回调函数的程序，通过各个功能的完成最终目的的实现。
GUI的编辑界面框图如图22所示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 过程控制系统介绍 1
1.3 MATLAB简介及GUI图形用户界面的应用概述 1
第二章 基于GUI的设计原则 3
2.1 GUI的设计原则 3
2.2 建立GUI的方法 3
2.2.1 GUI设计的三个阶段 3
2.2.2 GUI属性设置 4
第三章 过程控制仿真系统平台各功能的界面设计 8
3.1 主界面设计 8
3.2 建模界面的设计 9
3.3 PID调节界面的设计 12
3.4 串级控制界面设计 14
3.5 前馈反馈控制界面设计 16
3.6 大时滞控制界面设计 17
第四章 总结 20
致谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
在学习过程控制系统的过程中发现，可以建立数学模型、PID调节、串级控制、前馈反馈控制、大时滞控制仿真界面进行集成设计，最终实现系统分析的可视化，从而达到辅助教学的目的。因此在MATLAB中对过程控制进行研究分析就是有必要的， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
它省去了大量繁琐的计算，再利用它的GUI功能使得界面简单直观。过程控制的常用控制方案和实验子系统一一对应，包括仿真平台设计系统数学模型建立、PID控制系统、串级控制、前馈反馈控制、大时滞控制仿真界面进行集成设计,最终实现系统分析的可视化。
1.2 过程控制系统介绍
过程控制是自动化技术的组成部分和重要方向，它涉及了现代工业的各种领域，所以它是国家经济的重要组成部分。过程控制主要是对压力、温度、流量、液位、成分、等参数进行的控制。近年来，随着现代工业技术的发展，过程控制系统寻求生产过程中的最优控制，从而达到节约能源资源，提高劳动生产率和经济效益的目的。过程控制系统的发展也经历着一个从简单到复杂从低级到高级的不断日趋完善成熟的阶段。
一般的把被控对象、控制器、执行器、控制仪表等组成在一起的系统叫做过程控制系统。过程控制系统的结构组成框图如图11所示。由图中得知r是输入，u为控制量，y（t）是输出。
图11 过程控制基本结构图
过程控制系统广泛应用各种领域，但概括起来就是具有被控过程多样性、控制方案多样性、被控过程多为慢过程的特点。
在阶跃响应下系统的仿真分析往往研究系统的稳定性和动态性能，比如对控制系统的超调量、调节时间、上升时间、峰值时间、阻尼比等性能指标进行分析。
1.3 MATLAB简介及GUI图形用户界面的应用概述
MATLAB出自于美国Math Works公司，它是一款能够可视化，科学计算以及交互式程序设计的数学软件。其功能强大，适用范围广泛，提供了丰富的库函数，编程简单、易懂、效率高。MATLAB摆脱了传统的非交互式程序设计语言的编辑模式，尤其是在数值计算方面首屈一指。MATLAB的主要组成部分有以下三个：
①MATLAB图形处理系统
②MATLAB数学函数库
③MATLAB应用程序接口
GUI即图形用户界面，它能够提供人机交互的工具和方法。GUI是包含图形对象，用户以某种方式选择或激活这些对象，通常使计算机产生某种变化。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是能够让用户进行某种操作时，了解用户的目的。
第二章 基于GUI的设计原则
2.1 GUI的设计原则
GUI的设计过程主要包括四个步骤，先添加组件，启动菜单编辑器添加新菜单，然后设置菜单和各组件的属性，并调用函数。
图形对象的优点是既互相独立，可以被单独的操作，又相互依赖，结合在一起能形成有意义的图形。MATLAB的图形对象的层次结构树形图如图21。在图21中，最上层为根(屏幕)对象，也就是计算机的屏幕窗口。它能显示系统运行的状态和设置各种信息。下一层为图形窗口对象。第三层包含坐标轴和用户接口对象，可以人机交互式操作。第四层为组对象和核心对象，用来绘制各种图形和按钮，是界面中不可缺少的基本元素。
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图21 图形对象的层次结构树形图
GUI有如下特点：（1）通过设置按钮或菜单的回调数，简化一个或多个函数反复调用；（2）人性化的界面，使用方便；（3）系统稳定可靠性好。
2.2 建立GUI的方法
我们所说的图形用户界面设计包括了功能设计和外观设计。功能设计是根据图形对象编辑界面来进行回调函数，使得软件运行更加稳定。外观设计可用GUIDE控件来实现，GUIDE控件提供的图形控件对象和坐标轴，来设计人机界面。
本设计通过键入GUIDE命令打开GUI编辑界面，在这个界面中，通过鼠标的点击就能添加所需的各种控件，简单方便且直观。另一方面，用这种方式建立的GUI界面修改起来也比较容易，要修改的部分程序找起来十分容易。
2.2.1 GUI设计的三个阶段
通过GUI编辑界面设计一个完整的GUI界面，主要有一下几个阶段：
（1）初步规划，控件选择阶段。该阶段主要是进行大体的规划，从最终目的出发，选择控件和所需的回调函数；
（2）结构设计阶段。该阶段需要的是对整个界面中控件的合理布局，保证界面的美观，并设置控件的属性；
（3）功能设计阶段。这是最重要的一个阶段，这个阶段主要是对各控件编写回调函数的程序，通过各个功能的完成最终目的的实现。
GUI的编辑界面框图如图22所示。
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