1、 第 1 页 共 60 页 1 绪论绪论 1.1 软件设计的背景及意义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
2、个专业工程领域中，将人们的 很多希望和梦想变成现实2,3。 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。
3、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
4、放出来，将更 多的精力用于对控制系统的分析与设计上面。 第 2 页 共 60 页 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7,8。 自动控制系统的计算机仿真是一门
5、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
6、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
