機(jī)械電子工程畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于matlab的雷達(dá)天線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于MATLAB的雷達(dá)天線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)

2、師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 日期： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 基于MATLAB的雷達(dá)天線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

3、 </p><p>　　1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　學(xué)生應(yīng)通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用所學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識(shí)，在深入了解反饋控制系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，掌握機(jī)電系統(tǒng)建模、分析及校正環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的基本過程；初步掌握運(yùn)用MATLAB/Simulink相關(guān)模塊進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的方法，為學(xué)生在畢業(yè)后從事機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作打好基礎(chǔ)。</p><p>　　設(shè)

4、計(jì)的基本要求和內(nèi)容</p><p>　?。?）根據(jù)已有的雷達(dá)天線控制系統(tǒng)相關(guān)資料，對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理進(jìn)行分析；</p><p>　?。?）建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)；</p><p>　　（3）用根軌跡法進(jìn)行轉(zhuǎn)速、位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）運(yùn)用MATLAB/SIMULINK對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算；</p&

5、gt;<p>　?。?）設(shè)計(jì)GUIDE，顯示設(shè)計(jì)過程和動(dòng)態(tài)結(jié)果；</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉白燕等編,機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真-基于MATLAB/SIMULINK[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.7 </p><p>

6、　　[2]王積偉,吳振順等著,控制工程基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社 2001.8 </p><p>　　[3]李連升編.雷達(dá)伺服系統(tǒng).北京:國防工業(yè)出版社,1983.6 </p><p>　　[4]徐昕等著.MATLAB工具箱應(yīng)用指南:北京:電子工業(yè)出版社，2000</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b&

7、gt;</p><p>　　基于MATLAB的雷達(dá)天線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真</p><p>　　摘要：伺服系統(tǒng)是跟蹤雷達(dá)的主要組成部分，伺服系統(tǒng)精度直接影響到雷達(dá)的跟蹤精度。雷達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)正在由直流向交流方向發(fā)展，伺服控制系統(tǒng)逐漸由模擬控制系統(tǒng)向數(shù)字控制系統(tǒng)發(fā)展，先進(jìn)的控制理論也被應(yīng)用于伺服系統(tǒng)中，這些都為高性能雷達(dá)伺服控制系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　針

8、對(duì)雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的速度控制和位置控制要求，建立其速度控制和位置控制數(shù)學(xué)模型，通過根軌跡法，結(jié)合MATLAB軟件，作出系統(tǒng)的根軌跡圖和單位階躍響應(yīng)圖及頻率特性曲線，分析這兩個(gè)系統(tǒng)的性能，并找出合適的系統(tǒng)參數(shù)，最后運(yùn)用MATLAB設(shè)計(jì)圖形用戶界面GUI，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全程仿真。</p><p>　　關(guān)鍵詞：伺服系統(tǒng)，根軌跡，MATLAB，圖形用戶界面</p><p>　　A Method Of

9、Design And Simulation Of Radar Antenna Control System Based On MATLAB</p><p>　　Abstract:Servo system is a main part of tracking radar.The accuracy in servo system directly affects the tracking precision of r

10、adar. The radar servo drive equipment is changing from DC to AC, and the servo control system is changing from analog to digital system. The advanced control theory has been applied to servo system. All these have laid t

11、he foundation for development of high-performance radar servo system. </p><p>　　For the requirements of radar antenna control system in the control of speed and position, establishing its mathematical model

12、of speed control and position control through the root locus method. Combining with the MATLAB software, make the root locus diagram, the unit step response of the system diagram and frequency characteristic curve.Analys

13、e the feature of the two systems, find out the appropriate system parameters, and finally use MATLAB graphical user interface design GUI to implete the w</p><p>　　Key words: Servo system,Root locus,MATLAB,Gr

14、aphical User Interface </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 雷達(dá)天線的簡介1</p><p>　　1.2 MATLAB的簡介2</p><p>　　2 天線速度

15、/位置的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模4</p><p>　　2.1 雷達(dá)系統(tǒng)工作原理4</p><p>　　2.2 天線控制系統(tǒng)的構(gòu)成4</p><p>　　2.3 組成環(huán)節(jié)的單元5</p><p>　　2.4 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立6</p><p>　　3 速度/位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10</p><p

16、>　　3.1 系統(tǒng)總體指標(biāo)10</p><p>　　3.2 速度系統(tǒng)仿真10</p><p>　　3.3 位置系統(tǒng)仿真14</p><p>　　3.3.1 僅有位置反饋14</p><p>　　3.3.2 （位置+速度）的反饋16</p><p>　　3.3.3 方框圖和特征方程17</p>

17、;<p>　　3.3.4 隨系數(shù)變化的根軌跡18</p><p>　　3.3.5 用仿真法確認(rèn)系統(tǒng)指標(biāo)22</p><p>　　4 圖形用戶界面GUI的設(shè)計(jì)制作25</p><p>　　4.1 圖形化用戶界面GUI簡介25</p><p>　　4.2 基于GUIDE的建立方式25</p><p>

18、;　　4.3 GUIDE常用的基本控件26</p><p>　　4.4 控件對(duì)象的描述27</p><p>　　4.5 控件對(duì)象的屬性27</p><p>　　4.6 GUIDE創(chuàng)建的一般步驟28</p><p>　　4.6.1 GUI工具的使用28</p><p>　　4.6.2 使用用戶界面開發(fā)環(huán)境的一般

19、步驟30</p><p>　　4.6.3 基于GUI的雷達(dá)天線系統(tǒng)的仿真30</p><p>　　5 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的性能分析34</p><p>　　5.1 系統(tǒng)在有摩擦?xí)r的情況34</p><p>　　5.2 僅有位置反饋時(shí)，使用PD調(diào)節(jié)時(shí)的分析及情況35</p><p><b>　　結(jié) 論

20、37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　致 謝39</b></p><p><b>　　附 錄40</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p>&l

21、t;p>　　1.1 雷達(dá)天線的簡介</p><p>　　雷達(dá)[5]概念形成于20世紀(jì)初。雷達(dá)是英文radar的音譯，為Radio Detection And Ranging的縮寫，意為無線電檢測(cè)和測(cè)距，是利用微波波段電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備。發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。</p><p>　　天線（英

22、語：antenna)是一種變換器，它把傳輸線上傳播的導(dǎo)行波，變換成在無界媒介（通常是自由空間）中傳播的電磁波，或者進(jìn)行相反的變換。在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件。無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對(duì)抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作。此外，在用電磁波傳送能量方面，非信號(hào)的能量輻射也需要天線。一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或

23、接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。</p><p>　　雷達(dá)用來輻射和接收電磁波并決定其探測(cè)方向的設(shè)備。雷達(dá)在發(fā)射時(shí)須把能量集中輻射到需要照射的方向；而在接收時(shí)又盡可能只接收探測(cè)方向的回波，同時(shí)分辨出目標(biāo)的方位和仰角，或二者之一。雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)位置的三個(gè)坐標(biāo)（方位、仰角和距離）中，有兩個(gè)坐標(biāo)（方位和仰角）的測(cè)量與天線的性能直接有關(guān)。因此，天線性能對(duì)于雷達(dá)設(shè)備比對(duì)于其他電子設(shè)備(如通信設(shè)備等)更為重要

24、。</p><p>　　雷達(dá)所起的作用和眼睛和耳朵相似，當(dāng)然，它不再是大自然的杰作，同時(shí)，它的信息載體是無線電波。 事實(shí)上，不論是可見光或是無線電波，在本質(zhì)上是同一種東西，都是電磁波，在真空中傳播的速度都是光速C，差別在于它們各自的頻率和波長不同。其原理是雷達(dá)設(shè)備的發(fā)射機(jī)通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息（

25、目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等）。</p><p>　　測(cè)量距離實(shí)際是測(cè)量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成目標(biāo)的精確距離。測(cè)量目標(biāo)方位是利用天線的尖銳方位波束測(cè)量。測(cè)量仰角靠窄的仰角波束測(cè)量。根據(jù)仰角和距離就能計(jì)算出目標(biāo)高度。測(cè)量速度是雷達(dá)根據(jù)自身和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)原理。雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普

26、勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離變化率。當(dāng)目標(biāo)與干擾雜波同時(shí)存在于雷達(dá)的同一空間分辨單元內(nèi)時(shí)，雷達(dá)利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測(cè)和跟蹤目標(biāo)。</p><p>　　基本應(yīng)用：雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是白天黑夜均能探測(cè)遠(yuǎn)距離的目標(biāo)，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，并有一定的穿透能力。因此，它不僅成為軍事上必不可少的電子裝備，而且廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展(如氣象預(yù)報(bào)、資

27、源探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等)和科學(xué)研究(天體研究、大氣物理、電離層結(jié)構(gòu)研究等)。星載和機(jī)載合成孔徑雷達(dá)已經(jīng)成為當(dāng)今遙感中十分重要的傳感器。以地面為目標(biāo)的雷達(dá)可以探測(cè)地面的精確形狀。其空間分辨力可達(dá)幾米到幾十米，且與距離無關(guān)。雷達(dá)在洪水監(jiān)測(cè)、海冰監(jiān)測(cè)、土壤濕度調(diào)查、森林資源清查、地質(zhì)調(diào)查等方面顯示了很好的應(yīng)用潛力。</p><p>　　1.2 MATLAB的簡介</p><p>　　MATLAB的首

28、創(chuàng)者Cleve Moler博士在數(shù)值分析，特別是在數(shù)值線性代數(shù)的領(lǐng)域中很有影響 ，他參與編寫了數(shù)值分析領(lǐng)域一些著名的著作。1980年前后，Moler博士在New Mexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時(shí)，發(fā)現(xiàn)了用其他高級(jí)語言編程極為不便，便構(gòu)思并開發(fā)了MATLAB(MATeix LABoratory，即矩陣實(shí)驗(yàn)室)，這一軟件利用了當(dāng)時(shí)的EISPACK（基于特征值計(jì)算的軟件包）和LINPACK（線性代數(shù)軟件包）量大軟件包中可靠的子程序，用FOR

29、TRAN語言編寫了及命令翻譯，科學(xué)計(jì)算與一身的一套交互式軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)在的MATLAB已經(jīng)用C語言作了完全的改寫。在MATLAB下，矩陣的運(yùn)算變得異常的容易，后來的版本中又增添了豐富的圖形處理功能億多媒體功能。這一系統(tǒng)逐漸完善、逐步走向成熟，形成了今天的模樣。</p><p>　　由于MATLAB的應(yīng)用范圍越來越廣泛，Moler博士等一批數(shù)學(xué)家與軟件架組建了一個(gè)名為MathWorks的軟件開發(fā)公司，專門擴(kuò)展并改進(jìn)M

30、ATLAB。該公司于1992年推出了具有滑時(shí)代意義的MATLAB4.0版本，并于1993年推出了其微機(jī)版，可以配合Microsoft Window一起使用，使之應(yīng)用范圍越來越廣。1994年推出的4.2版本擴(kuò)充了4.0版本的功能，尤其在圖形界面設(shè)計(jì)方面跟提供了新的方法。</p><p>　　值得指出的示，MATLAB一開始并不是為控制理論與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們編寫的，但MATLAB軟件一出現(xiàn)很快就引起了控制界研究人員的矚

31、目，因?yàn)樗芽雌饋砟敲捶爆嵉木仃嚥僮髯兊煤唵蔚牧钊穗y以置信，同時(shí)MATLAB還可以十分容易地繪制出各種精美的圖形。此外，MATLAB又有那么好的可擴(kuò)充性，可以把它當(dāng)作一種更高級(jí)的語言那樣去使用，用戶可以用它容易地編寫出各種通用或?qū)Ｓ脩?yīng)用程序來。</p><p>　　作為著名的科學(xué)與工程計(jì)算軟件包，MATLAB在其發(fā)展過程中，一直面向控制工程應(yīng)用作為該軟件的主要功能之一。MATLAB的早期版本提供了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具

32、箱（Control Toolbox），1991年推出的MATLAB3.5版集成了控制系統(tǒng)的仿真軟件Simulab(Simulink的前身)和魯棒控制工具箱（Robust Control Toolbox），1993年在MATLAB4.0版本中提供了基于模塊圖的控制系統(tǒng)仿真軟件Simulink和多個(gè)與控制工程相關(guān)的工具箱。到目前為止，與MATLAB5.2版本配套的控制工程類工具箱超過10個(gè)。下面介紹一下常用的6個(gè)控制工程類工具箱[4]：&l

33、t;/p><p>　　系統(tǒng)辨識(shí)工具箱（System Identification Toolbox）。該工具箱的主要功能包括參數(shù)化模型（包括AR、ARX、狀態(tài)空間和輸出誤差等模型類）辨識(shí)工具、非參數(shù)化模型辨識(shí)工具箱模型驗(yàn)證工具、地推參數(shù)古跡、各種模型類的建立和轉(zhuǎn)換函數(shù)以及集成多種功能的圖形用戶界面。</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)工具箱（Control System Toolbox）。主要功

34、能包括線性控制系統(tǒng)的模型建立，時(shí)頻特性分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具。</p><p>　　（3）魯棒控制工具箱（Robust Control Toolbox）。主要功能包括魯棒性分析工具（奇異值、特征跟軌跡和結(jié)構(gòu)異值分析）、魯棒綜合工具（頻率加權(quán)LQG綜合、LQG/LTR、綜合、綜合工具）、魯棒模型降階工具以及采樣系統(tǒng)魯棒控制。</p><p>　?。?）模型預(yù)測(cè)控制工具箱（Model Predic

35、tive Control Toolbox）。主要功能包括系統(tǒng)模型辨識(shí)函數(shù)、模型建立和轉(zhuǎn)換函數(shù)、模型預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)和仿真工具以及系統(tǒng)分析工具。</p><p>　?。?）模糊邏輯工具箱(Fuzzy Logic Toolbox)。主要功能包括模糊推理系統(tǒng)的建立函數(shù)、圖形化的模糊推理系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具、神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的學(xué)習(xí)集圖形界面、模糊聚類以及與Simulink的接口功能等。</p><p>　　

36、（6）非線性控制設(shè)計(jì)模塊（Nonlinear Control Design Blockset）。該工具箱以Simulink模塊的形式，集成了基于圖形界面的非線性系統(tǒng)控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真功能。</p><p>　　2 天線速度/位置的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模</p><p>　　2.1 雷達(dá)系統(tǒng)工作原理</p><p>　　雷達(dá)天線以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，觀測(cè)目標(biāo)物體的位置和形狀，

37、并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，主要用于制導(dǎo)和通信。它是一種利用它自身所發(fā)射的無線電波來探測(cè)目標(biāo)的設(shè)備。其基本原理是：雷達(dá)的發(fā)射機(jī)產(chǎn)生一種強(qiáng)功率的無線電波，經(jīng)過方向性極好的天線輻射到空間，這種無線電波如果遇到目標(biāo)（例如飛機(jī)）就會(huì)被目標(biāo)反射，如果我們能夠接受這種反射回波，并根據(jù)其回波的特性，便可判斷目標(biāo)的位置及其他的參數(shù)。為了使輻射的無線電波照射到目標(biāo)，自動(dòng)跟蹤目標(biāo)。因此接收機(jī)所收到的目標(biāo)的反射回波還要送到自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，而搜索目標(biāo)和自動(dòng)地跟蹤目標(biāo)就是借

38、助于雷達(dá)伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。所以雷達(dá)的速度/位置控制系統(tǒng)非常重要，圖2.1為雷達(dá)伺服系統(tǒng)[3]原理圖。</p><p>　　圖2.1 雷達(dá)的原理方框圖</p><p>　　2.2 天線控制系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　天線控制系統(tǒng)是由：輸入設(shè)定用的電位器，電壓比較放大器，DC電動(dòng)機(jī)，速度位置轉(zhuǎn)換開關(guān)，減速齒輪，雷達(dá)天線，測(cè)速傳感器和測(cè)位電位器。天線具體的結(jié)構(gòu)為圖2.

39、2。</p><p>　　圖2.2 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　雷達(dá)天控制系統(tǒng)的工作原理是由DC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雷達(dá)天線轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)天線進(jìn)行速度和位置的控制。最典型的控制方式是反饋控制。天線的旋轉(zhuǎn)速度和位置是依靠直接連接在電動(dòng)機(jī)的測(cè)速傳感器和連接在軸上的電位器各自測(cè)出的。目標(biāo)速度或目標(biāo)位置是由輸入設(shè)定用的電位器給定的。將目標(biāo)值與測(cè)量值的偏差輸入給放大器，然后將與偏差成比例的電壓

40、傳給DC電動(dòng)機(jī)，其作用是使目標(biāo)值和反饋信號(hào)之差趨于0。當(dāng)控制天線速度時(shí)，接通開關(guān)A；當(dāng)控制天線位置時(shí)，接通開關(guān)B，從而構(gòu)成反饋控制系統(tǒng)[11]。</p><p>　　2.3 組成環(huán)節(jié)的單元</p><p>　　對(duì)于具體的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。經(jīng)過反復(fù)查閱大量的資料確定出了各組成環(huán)的參數(shù)如下[10]：</p><p>　　天 線：慣性矩 I=10Kg㎡<

41、;/p><p>　　減速齒輪傳動(dòng)比 =10</p><p>　　DC電 動(dòng) 機(jī)：勵(lì)磁線圈電阻 =20Ω</p><p>　　電感 =2H </p><p>　　扭矩常數(shù) =5（NM）/A</p><p>　　放 大 器：放大率 Ka（可調(diào)整）</p><p>　　速 度 檢

42、 測(cè)：測(cè)速傳感器 = </p><p>　　位 置 檢 測(cè)：電位器 =</p><p>　　輸 入 設(shè) 定：電位器 (速度控制)</p><p><b>　?。ㄎ恢每刂疲?lt;/b></p><p>　　設(shè)天線的慣性矩I包括減速齒輪旋轉(zhuǎn)慣性矩的值。DC電動(dòng)機(jī)的控制采用使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流保持一定，使勵(lì)磁線圈電路的電壓變

43、化的方法。</p><p>　　2.4 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>　　關(guān)于天線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，若忽略風(fēng)和摩擦的影響，設(shè)天線的角位置為，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩用表示，如式（2.1）：</p><p><b>　　（2.1）</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與勵(lì)磁線圈電路中電流的比例為式（2.2）：</p>

44、<p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　施加給勵(lì)磁線圈電路的控制電壓u和 之間的關(guān)系為式（2.3）：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　另外，放大器的輸入e和控制電壓u之間的關(guān)系用放大率表示為式（2.4）：</p><p>　　u=e

45、 （2.4）</p><p>　　而且信號(hào)e為給定輸入r和檢測(cè)信號(hào)y之間的差為式（2.5）：</p><p>　　e=r–y （2.5）</p>&l

46、t;p>　　最后，測(cè)出信號(hào)y和天線的角速度或角位置之間的關(guān)系為式（2.6a）和式（2.6b）：</p><p><b>　　（2.6a）</b></p><p><b>　?。?.6b）</b></p><p>　　在速度控制時(shí)用（2.6a），位置控制時(shí)用（2.6b）。</p><p>　　為

47、了更加慎重起見，需搞清楚上訴基本公式（2.1）-（2.6）作為控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是否必要而且充分。r是輸入給定的，所以未知變量包括中間變量和輸出有共六個(gè)。因此在建立該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，六個(gè)獨(dú)立的關(guān)系式是必要的。式（2.1）——式（2.6）雖表達(dá)著各自不同的關(guān)系，但互相是獨(dú)立的，因而可以說它們一起構(gòu)成了此控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　方框圖和傳遞函數(shù)為圖2.3和圖2.4。</p><

48、p>　　基準(zhǔn)輸入[V] e:偏差信號(hào)[V] u:操作量[V] y:輸出[V]</p><p>　　目標(biāo)轉(zhuǎn)速 與目標(biāo)值的偏差 對(duì)電動(dòng)機(jī)的 天線轉(zhuǎn)速</p><p>　　[rad/s] 控制力 天線角位置</p><p>　　圖2.3a 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的方

49、框圖 </p><p>　　基準(zhǔn)輸入[V] e:偏差信號(hào)[V] u:操作量[V] y:輸出[V]</p><p>　　目標(biāo)轉(zhuǎn)速 與目標(biāo)值的偏差 對(duì)電動(dòng)機(jī)的 天線轉(zhuǎn)速</p><p>　　[rad/s] 控制力 天線角位置</p><p>

50、;　　圖2.3b 雷達(dá)天線控制系統(tǒng)的方框圖</p><p>　　圖。設(shè)基準(zhǔn)輸入r在左端，檢測(cè)輸入y在右端，參考圖2.1的構(gòu)成，對(duì)圖2.3的上段的部分馬上就可理解。圖的下半部分把電動(dòng)機(jī)、天線旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和檢測(cè)器歸結(jié)為一個(gè)環(huán)節(jié)。首先試求該環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)G(s)。</p><p>　　該G(s)是 表達(dá)輸入u和輸入y之間關(guān)系的傳遞函數(shù)。為求此傳遞函數(shù)，對(duì)式（2.1）---式（2.6a）、式（2.

51、6b）進(jìn)行拉普拉斯變換。設(shè)所有的變量初始值為0，將拉普拉斯變換后的各變量改成大寫形式為：</p><p><b>　　或</b></p><p>　　若消去上式中的中間變量得和U或和U之間的關(guān)系如下式子（2.7）：</p><p><b>　?。?.7a）</b></p><p><b>

52、　?。?.7b）</b></p><p>　　傳遞函數(shù)G(s)是輸出和輸入之比Y(s)/U(s),所以，從式（2.7）可得傳遞函數(shù)為式（2.8）：</p><p><b>　?。?.8a） </b></p><p><b>　　（2.8b）</b></p><p>　　將系統(tǒng)參數(shù)代入這些

53、傳遞函數(shù)，用方框圖表示為圖2.4，其中圖2.4a表示天線的速度反饋控制系統(tǒng)，圖2.4b表示天線的位置反饋系統(tǒng)。</p><p>　　圖2.4a 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng) </p><p>　　圖2.4b 位置控制系統(tǒng)</p><p>　　3 速度/位置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體指標(biāo)</p><p>　

54、　在完成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模后，為使系統(tǒng)能夠達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)仿真和測(cè)試。系統(tǒng)必須在穩(wěn)態(tài)特性、穩(wěn)定性和快速性方面滿足要求。經(jīng)過查閱資料和對(duì)控制度的難易和性能指標(biāo)的反復(fù)研究確定了系統(tǒng)的三個(gè)性能指標(biāo)如下[10]：(1)對(duì)單位階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差Es為0；(2)超調(diào)量Os在8%以內(nèi)；(3)滯后時(shí)間Ts在0.75秒以內(nèi)。</p><p>　　3.2 速度系統(tǒng)仿真</p><p>　　使雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)速保持一定或一

55、定規(guī)律變化的速度控制為對(duì)象來選出能滿足系統(tǒng)三個(gè)性能指標(biāo)的增益系數(shù)K。</p><p><b>　　系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：</b></p><p>　　首先，要了解系統(tǒng)的特性，應(yīng)做出系統(tǒng)的根軌跡圖，來選出可使系統(tǒng)穩(wěn)定的增益系數(shù)K，然后再結(jié)合系統(tǒng)在1V基準(zhǔn)階躍輸入的情況下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)圖和伯德圖來進(jìn)一步確定系統(tǒng)的增益系數(shù)K。</p><p>　　參見圖

56、3.1的速度控制系統(tǒng)根軌跡可知：</p><p>　　(1)因根軌跡都在左半平面，所以該系統(tǒng)對(duì)所有的Ka都是穩(wěn)定的。</p><p>　　(2)Ka太小時(shí)。特征根在原點(diǎn)附近，這種Ka對(duì)系統(tǒng)相應(yīng)的快速性不好，可使滯后時(shí)間變大。</p><p>　　(3)Ka過大時(shí)，特征根實(shí)部一定，只是虛部變大，相應(yīng)出現(xiàn)高頻成分，超調(diào)量變大。</p><p>　

57、　圖3.1 速度控制系統(tǒng)根軌跡</p><p>　　由此可知Ka基本選定在2到6附近，為了更直觀的觀察到系統(tǒng)的增益系數(shù)Ka對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，可做出速度控制系統(tǒng)輸出的時(shí)間響應(yīng)圖3.2 。</p><p>　　圖3.2 Ka=1、Ka=5、Ka=10的時(shí)間響應(yīng)</p><p>　　圖3.2是在基準(zhǔn)階躍輸入r為1V（伏）時(shí)，用個(gè)人電腦進(jìn)行仿真，得到的天線速度的檢測(cè)輸出

58、Yv和放大器對(duì)DC電動(dòng)機(jī)控制電壓u的時(shí)間響應(yīng)仿真結(jié)果。1V為100轉(zhuǎn)的信號(hào)。</p><p>　　圖3.2給出了放大率Ka分別為1、5、10三種情況時(shí)的Yv 和u的時(shí)間歷程。首先同圖3.1的根軌跡作比較，放大率在較小時(shí)的Ka=1時(shí)，響應(yīng)輸出Yv緩慢變化，需要很長時(shí)間才達(dá)到目標(biāo)值。相反，當(dāng)Ka為過大時(shí)的10時(shí)，響應(yīng)出現(xiàn)變動(dòng)成分，超調(diào)量過大。所以Ka值應(yīng)在5的附近。</p><p>　　為進(jìn)一

59、步確認(rèn)最適當(dāng)?shù)腒a值。讓我們來分析一下Ka的值在5附近細(xì)微變化的輸出響應(yīng)。</p><p>　　圖3.3所示為將Ka分別設(shè)為3、4、5、6時(shí)輸出Yv的響應(yīng),下面分別用上面提到的三個(gè)指標(biāo)去分析Ka分別為3、4、5、6時(shí)Yv的響應(yīng)。首先我們分析滯后時(shí)間，由圖3.3可看出當(dāng)Ka分別為3、4、5、6時(shí)的滯后時(shí)間Td都小于0.4。</p><p>　　圖3.3 依次為：Ka=3、Ka=4、Ka=5、

60、Ka=6的時(shí)間響應(yīng)</p><p>　　對(duì)指標(biāo)3要求的Td小于0.75的條件十分充裕，完全可滿足，再看一下指標(biāo)2所要求的超調(diào)量Os參見圖3.4。</p><p>　　滿足指標(biāo)2超調(diào)量小于8%的有Ka為3、4、5時(shí)，但要選超調(diào)量較小而又可使滯后時(shí)間小的，只有Ka=4比較合適。由此可得Ka=4的滯后時(shí)間Td和超調(diào)量Os分別為0.25秒及3.66%。所以比較充裕的由圖可看出在Ka分別為3、4、5

61、、6時(shí)的超調(diào)量為0.82%、3.66%、6.85%、9.92%。由此可得出滿足了指標(biāo)2和指標(biāo)3。再來看一下指標(biāo)1，由以上電腦仿真結(jié)果可看出系統(tǒng)階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為0。但為了更充分和精確的說明這一點(diǎn)，可以用拉普拉斯變換來證明這一點(diǎn)。</p><p>　　圖3.4 Ka=3、Ka=4、Ka=5、Ka=6的時(shí)間響應(yīng)</p><p>　　穩(wěn)態(tài)誤差Es是經(jīng)過一定時(shí)間后的偏差信號(hào)e(=r-y)。所以，

62、應(yīng)用穩(wěn)態(tài)誤差計(jì)算的最終定理可得式子（3.1）：</p><p><b>　　（3.1）</b></p><p>　　這時(shí)，當(dāng)基準(zhǔn)輸入r為單位階約函數(shù)時(shí)，R=1/s,而且傳遞函數(shù)G(s)為式（3.2）：</p><p><b>　　（3.2） </b></p><p>　　將式（3.2）代入式（3.1

63、），求得穩(wěn)態(tài)誤差如式（3.3）：</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　由此可得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差Es為0。 </p><p>　　綜上所述，所設(shè)計(jì)的圖2.2的雷達(dá)天線速度反饋控制系統(tǒng)，僅放在放大器的放大率Ka=4，就可得到滿足控制指標(biāo)1、2、3的穩(wěn)態(tài)控制

64、系統(tǒng)。</p><p>　　3.3 位置系統(tǒng)仿真</p><p>　　3.3.1 僅有位置反饋</p><p>　　在圖2.2所示的天線控制系統(tǒng)中，若將開關(guān)S接在B上，可成為簡單的位置反饋控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的方框圖和傳遞函數(shù)已經(jīng)在圖2.4b中給出，下面再次在圖3.5中給出。和速度控制的情況一樣，通過研究該系統(tǒng)的根軌跡，分析增益系數(shù)Ka對(duì)該系統(tǒng)的影響。利用計(jì)算機(jī)程序畫出

65、的根軌跡如圖3.6所示。該位置控制系統(tǒng)為三階系統(tǒng)，所以存在相應(yīng)的三個(gè)特性根，三條根軌跡。第一條以-10位出發(fā)點(diǎn)，沿實(shí)軸向左延伸；第二、三條分別從原點(diǎn)向右上和右下方向延伸。</p><p>　　R：希望速度的基準(zhǔn)輸入 E：偏差信號(hào)（與目標(biāo)值的偏差）</p><p>　　U：對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸入量 Y：天線位置的輸出信號(hào) K：放大器的放大率（增益）</p><p>

66、　　圖3.5 僅有位置控制系統(tǒng)的方框圖</p><p>　　由圖3.6表示的根軌跡可得出下面重要的結(jié)論：</p><p>　　(1)從原點(diǎn)出發(fā)的二條根軌跡總是位于平面的右半部，該系統(tǒng)對(duì)任何Ka值都是不穩(wěn)定的。</p><p>　　(2)如圖2.2所示的天線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖不能很好地工作。為了實(shí)現(xiàn)滿足穩(wěn)定的要求，達(dá)到在前面給出的三條控制指標(biāo)，必須采用必要的對(duì)策。<

67、/p><p>　　同樣的控制結(jié)構(gòu)，位置控制卻不能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)過仔細(xì)研究可得出，該系統(tǒng)通過給DC電動(dòng)機(jī)施加的電壓u來控制天線的速度或位置，請(qǐng)看圖3.7。</p><p>　　圖3.6 僅有位置控制系統(tǒng)的根軌跡</p><p>　　圖3.7 從控制力U到天線位置Φ的信號(hào)傳遞</p><p>　　DC電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)電壓u的轉(zhuǎn)矩τ，使減速齒輪、天線

68、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)。該轉(zhuǎn)矩與天線的角加速度成正比。天線的轉(zhuǎn)速是通過對(duì)角加速度的時(shí)間積分得出的，而位置是通過對(duì)速度在時(shí)間上的再次積分得出的，因此控制位置比通過施加轉(zhuǎn)矩控制速度要難。這就是用單純的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制時(shí)，速度控制能穩(wěn)定工作，位置控制系統(tǒng)卻不能很好的工作的原因。所以必須尋找另一種控制結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)既穩(wěn)定又滿足指標(biāo)的位置控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.3.2 （位置+速度）的反饋</p><p

69、>　　圖3.8 (位置+速度)的反饋信號(hào)</p><p>　　圖3.5所示位置控制系統(tǒng)的反饋信號(hào)只是檢測(cè)位置輸出?，F(xiàn)在討論反饋信號(hào)中不僅有位置輸出，而且有速度輸出信號(hào)的情況。圖3.8就是其反饋信號(hào)的組成法。將來自天線位置檢測(cè)用電位器的信號(hào)()和速度檢測(cè)用檢測(cè)傳感器的輸出端連接在一起，然后從這個(gè)分壓電路接點(diǎn)上取出信號(hào)進(jìn)行反饋。圖中表示接點(diǎn)位置的α為速度檢測(cè)信號(hào)與位置檢測(cè)信號(hào)的比例系數(shù)（），當(dāng)α=0時(shí)，僅對(duì)位置

70、檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行反饋；當(dāng)α=1時(shí)，位置檢測(cè)信號(hào)+速度檢測(cè)信號(hào)表示反饋信號(hào)f，這時(shí)的反饋信號(hào)f表示為：</p><p>　　將上式進(jìn)行拉普拉斯變換，用表示為式（3.4）：</p><p><b>　　（3.4）</b></p><p>　　將具體參數(shù)代入式（3.4）得式（3.5）：</p><p><b>　?。?.

71、5）</b></p><p>　　3.3.3 方框圖和特征方程</p><p>　　采用上述反饋信號(hào)的位置控制系統(tǒng)方框圖如圖3.9所示。將此圖同前面單純的位置反饋控制系統(tǒng)方框圖3.5作一比較，前者是直接連接的反饋，而后者是在反饋回路中插入了傳遞函數(shù)。具有反饋傳遞函數(shù)H(s)的控制系統(tǒng)特征方程為1+G(s)H(s)=0，所以該系統(tǒng)的特征方程為：</p><p&

72、gt;　　圖3.9 (速度+位置) 反饋的天線位置控制系統(tǒng)的方框圖</p><p><b>　?。?.6a）</b></p><p>　　由式(3.6a)化簡得式(3.6b)：</p><p><b>　?。?.6b）</b></p><p>　　在反饋信號(hào)中，速度反饋信號(hào)是以表征附加程度的加權(quán)系

73、數(shù)的形式包含在位置反饋信號(hào)中。在用計(jì)算機(jī)計(jì)算根軌跡之前，對(duì)上列特征方程式所具有的特性加以分析。</p><p>　　根軌跡從G(s)H(s)的極點(diǎn)（分母為零的根）出發(fā)，其零點(diǎn)（分子為零的根）向無限遠(yuǎn)處延伸。因此從式(3.6a)看，該系統(tǒng)的根軌跡，一條從-10出發(fā)，另一條從原點(diǎn)出發(fā)，一條面向-1/(3)，另一條面向無限遠(yuǎn)。在這里，當(dāng)極點(diǎn)(-10)和零點(diǎn)(-1/(-3))相等時(shí)，即=1/30的時(shí)，根軌跡會(huì)是怎樣的呢？

74、令=1/30，將特征方程（3.6a）作因式分解得到式（3.7）：</p><p>　?。?.7） 則=1/30時(shí)的特征根為：</p><p><b>　　s=-10，</b></p><p>　　此時(shí)根軌跡一條退化到-10的一點(diǎn)，另二條沿虛軸移動(dòng)，因此=1/30時(shí)的系統(tǒng)為臨界穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　另外=

75、0時(shí)，僅進(jìn)行位置反饋，與前面分析的圖3.5所示系統(tǒng)一樣，其根軌跡如圖3.6所示那樣，則該系統(tǒng)為不穩(wěn)定的。</p><p>　　綜上所述，該控制系統(tǒng)在=0示不穩(wěn)定，=1/30時(shí)為臨界穩(wěn)定的。從這個(gè)結(jié)果進(jìn)行推測(cè)，〉1/30時(shí)該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。</p><p>　　3.3.4 隨系數(shù)變化的根軌跡 </p><p>　　根據(jù)式（3.6）,用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)各種值的根軌跡進(jìn)行計(jì)算，

76、仿真結(jié)果歸納為圖3.10(a、b、c、d、e、f)。圖(a)中=0時(shí)，反饋信號(hào)只是位置檢測(cè)信號(hào)，同前面的圖3-6的根軌跡相同。圖(b)中=1/30時(shí)，根軌跡位于虛軸上，表示該系統(tǒng)對(duì)所有的Ka都是臨界穩(wěn)定的。而圖(c)-(f)所示，在=1/12、1/6、1/3、1時(shí)，根軌跡全都在復(fù)平面的左半平面。正如事先所料的那樣，〉1/30時(shí)，控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的。在圖(f)中=1時(shí)，作為反饋信號(hào)，在位置檢測(cè)信號(hào)中速度檢測(cè)信號(hào)保持原樣，其根軌跡除原點(diǎn)附近，

77、同圖3.1所示的速度控制根軌跡有相同的圖形。</p><p>　　圖3.10(a) =0時(shí)系統(tǒng)的根軌跡</p><p>　　圖3.10(b) =1/30時(shí)系統(tǒng)的根軌跡</p><p>　　圖3.10(c) =1/12時(shí)系統(tǒng)的根軌跡</p><p>　　圖3.10(d) =1/6時(shí)系統(tǒng)的根軌跡</p><p>　　圖3.

78、10(e) =1/3時(shí)系統(tǒng)的根軌跡</p><p>　　圖3.10(f) =1時(shí)系統(tǒng)的根軌跡</p><p>　　那么，在圖3.10(c)-(f)所示穩(wěn)定控制系統(tǒng)的根軌跡中，在什么情況下能盡量使三個(gè)特征根的負(fù)實(shí)部的絕對(duì)值全都變大呢？與=1/12的圖3.10(c)相比，=1/6的圖3.10(b)比較好一些。為了判斷，畫出=1/6和=1/3詳細(xì)的根軌跡圖——圖3.11和圖3.12。</p

79、><p>　　圖3.11 =1/6時(shí)的根軌跡(詳圖)</p><p>　　圖3.12 =1/3時(shí)的根軌跡(詳圖)</p><p>　　在=1/6的圖3.11中可以看到隨著K按20、25、30、增加，沿著從原點(diǎn)延伸根軌跡的二個(gè)特征根的實(shí)部絕對(duì)值也漸漸增大，而在實(shí)軸上從-10向原點(diǎn)延伸的特征根的實(shí)部的絕對(duì)值卻減小了。從圖中還可領(lǐng)會(huì)到，三個(gè)特征根實(shí)部在K=20到30左右都由

80、相同程度的值，其值約為-3.5到-4之間。</p><p>　　在=1/3的圖3.12中表示了稍微復(fù)雜的根軌跡形狀。從原點(diǎn)出發(fā)的二個(gè)特征根，開始在圓周上移動(dòng)，在-2.5處左右合并后在，在實(shí)軸上左右分開移動(dòng)。另一方面，從-10出發(fā)的特征根開始在實(shí)軸上左右移動(dòng)，與在-2.5處往左移動(dòng)的特征根在-4附近合并之后上下分開移動(dòng)。依Ka=7、8、9的三個(gè)特征根位置可知，在這種情況下，三個(gè)特征根中至少有一個(gè)實(shí)部的絕對(duì)值在-2.

81、5以下。因此，結(jié)論是=1/3時(shí)比=1/6實(shí)的快速性稍低。</p><p>　　以上通過對(duì)各種的根軌跡的比較，得出實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性最佳的控制系統(tǒng)是在=1/6時(shí)的系統(tǒng)，即在將增益系數(shù)設(shè)定在Ka為25到30附近的時(shí)候。</p><p>　　下面用仿真的方法來搞清楚該控制系統(tǒng)能否滿足3.1節(jié)給出的性能指標(biāo)。即在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、滯后時(shí)間方面能否滿足系統(tǒng)的要求。</p><p>

82、;　　3.3.5 用仿真法確認(rèn)系統(tǒng)指標(biāo)</p><p>　　圖3.13a =1/6時(shí)的輸出響應(yīng)</p><p>　　圖3.13b =1/6是系統(tǒng)輸出的時(shí)間響應(yīng)詳圖</p><p>　　圖3.13所示為反饋信號(hào)在位置檢測(cè)信號(hào)中加入速度檢測(cè)信號(hào)的1/6（=1/6）的情況下，把增益系數(shù)設(shè)定在Ka=15、20、25、30、40時(shí)對(duì)階躍輸入的天線位置時(shí)間響應(yīng)的仿真結(jié)果。將時(shí)間

83、響應(yīng)圖3.13同圖3.11的根軌跡做一對(duì)比。另外在圖3.13中，給出了滿足3.1節(jié)給定的控制性能指標(biāo)的基準(zhǔn)。</p><p>　　首先，對(duì)1V的階躍輸入（天線的角度相當(dāng)于）的位置響應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，隨著時(shí)間的遞進(jìn)，所有的位置檢測(cè)的輸出響應(yīng)都將收斂于1V，表明該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。而且對(duì)階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差為0。因此，所有的Ka值可滿足3.1節(jié)中控制指標(biāo)1?？刂浦笜?biāo)2、3時(shí)關(guān)于滯后時(shí)間、超調(diào)量的性能指標(biāo)。Ka=15的響應(yīng)滿足不了

84、超調(diào)量在8%以下這一要求。Ka=20、25、30、40的響應(yīng)可以滿足超調(diào)量在8%以下的控制指標(biāo)2及滯后時(shí)間在0.75秒以下的控制指標(biāo)3。但是Ka=40的響應(yīng)到達(dá)穩(wěn)定的時(shí)間比其他的時(shí)間長。圖3.13所示的響應(yīng)，最期望的是Ka=25時(shí)的響應(yīng)，同圖3.10根軌跡法的研究結(jié)果一致。</p><p>　　4 圖形用戶界面GUI的設(shè)計(jì)制作</p><p>　　4.1 圖形化用戶界面GUI簡介</

85、p><p>　　圖形用戶界面GUI(Graphical User Interfaces)是一種用戶和計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流的工具和方法，由各種圖形對(duì)象組成，在這種用戶界面下，用戶的命令和對(duì)程序的控制是通過鼠標(biāo)等輸入設(shè)備“選擇”各種圖形對(duì)象來實(shí)現(xiàn)的。軟件開發(fā)者只需在由軟件開發(fā)工具自動(dòng)生成的程序代碼中添加自己的運(yùn)算或控制代碼，就可以完成應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。目前90%以上的應(yīng)用程序和軟件都是在GUI下運(yùn)行的。 MATLAB

86、有兩種GUI用戶界面控件的創(chuàng)建方式，基于命令行的編程方式制作和基于MATLAB提供的圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境GUIDE中的圖形用戶界面開發(fā)工具的GUI創(chuàng)建方式制作。這里主要介紹基于GUIDE的創(chuàng)建方式[15]。</p><p>　　4.2 基于GUIDE的建立方式</p><p>　　在GUI的設(shè)計(jì)中應(yīng)注意在面板上進(jìn)行按鈕的靜態(tài)布置時(shí)一定要事先預(yù)算好按鈕的個(gè)數(shù)。更重要的一點(diǎn)是如果你放置了一個(gè)按

87、鈕并且對(duì)此按鈕的屬性進(jìn)行了某種操作，那么該按鈕的痕跡將永遠(yuǎn)保存在你所建的面板上，你將該按鈕刪除，然后重新建一個(gè)按鈕，并將其屬性值設(shè)置和上一個(gè)按鈕一模一樣，那并不能保證你將上一按鈕覆蓋，在程序進(jìn)行運(yùn)行的過程中它只會(huì)識(shí)別上一按鈕（已經(jīng)刪除的按鈕），而你將上一按鈕的刪除則造成程序運(yùn)行中的錯(cuò)誤或是得不到你預(yù)想的界面效果，為了避免這種情況，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)θ我话粹o屬性的設(shè)置不要與已經(jīng)刪除按鈕的屬性相同。 Matlab為GUI設(shè)計(jì)一共準(zhǔn)備

88、了4種模板，分別是:Blank GUI（Default）(空白模板，默認(rèn));GUI with Uicontrols (帶控件對(duì)象的GUI模板);GUI with Axes and Menu (帶坐標(biāo)軸與菜單的GUI模板);Modal Question Dialog (帶模式問題對(duì)話框的GUI模板)。 當(dāng)用戶選擇不同的模板時(shí)，在GUI設(shè)計(jì)模板界面的右邊就會(huì)顯示出與該模板對(duì)應(yīng)的GUI圖形。在GUI設(shè)計(jì)模板中選中一個(gè)模板，然后單擊OK

89、按鈕，就會(huì)</p><p>　　MATLAB的GUI的基本圖形對(duì)象分為控件對(duì)象uicontrol和用戶界面菜單對(duì)象uimenu（包括固定菜單和現(xiàn)場菜單），簡稱控件和菜單。</p><p>　　4.3 GUIDE常用的基本控件</p><p>　　按鈕(Push Buttons)：執(zhí)行某種預(yù)定的單功能或操作；主要屬性：value，value=Max選中，value=M

90、in不選中。Max：1，Min：0。</p><p>　　雙位開關(guān)按鈕(Toggle Button)：產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)作并指示一個(gè)二進(jìn)制狀態(tài)（開或關(guān)），當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊它時(shí)按鈕將下陷，并執(zhí)行callback（回調(diào)函數(shù)）中指定的內(nèi)容，再次點(diǎn)擊，按鈕復(fù)原，并再次執(zhí)行callback 中的內(nèi)容。</p><p>　　單選框(Radio Button)：單個(gè)的單選框用來在兩種狀態(tài)之間切換，多個(gè)單選框組成一個(gè)單

91、選框組時(shí)，用戶只能在一組狀態(tài)中選擇單一的狀態(tài)，或稱為單選項(xiàng)。</p><p>　　復(fù)選框(Check Boxes)：單個(gè)的復(fù)選框用來在兩種狀態(tài)之間切換，多個(gè)復(fù)選框組成一個(gè)復(fù)選框組時(shí)，可使用戶在一組狀態(tài)中作組合式的選擇，或稱為多選項(xiàng)。</p><p>　　文本編輯器(Edit table Texts)：用來使用鍵盤輸入字符串的值，可以對(duì)編輯框中的內(nèi)容進(jìn)行編輯、刪除和替換等操作（允許用戶動(dòng)態(tài)的

92、編譯或重新安排文本串）；主要屬性：string，Max，Min?？梢园恍谢蚨嘈形谋?。單行可編譯文本框只接受一行輸入，而多行可編譯文本框可接受二行以上的輸入。通過把‘Max','Min'屬性值的設(shè)定決定一行或者是多行。默認(rèn)情況下Max=1，Min=0 ；當(dāng)Max，Min取值使Max-Min>1，建立多行可編譯文本框，Max屬性不注定最大的行數(shù)，多行可編譯文本框具有無限多行；默認(rèn)情況下為Max-Min<

93、;=1 單行輸入。</p><p>　　靜態(tài)文本框(Static Texts)：僅僅用于顯示單行的說明文字。</p><p>　　滾動(dòng)條(Slider)： 可輸入指定范圍的數(shù)量值；主要屬性：Position，value，Max/Min，滑動(dòng)條的‘position’屬性包含向量[left bottom width height],其單位由'Units'屬性設(shè)定。滑動(dòng)條的方向取

94、決于寬和高之比。如果width>height，就為水平方向的滑標(biāo)；反之則為垂直方向的滑動(dòng)條。</p><p>　　控件邊框(Frames)：在圖形窗口圈出一塊區(qū)域。</p><p>　　列表框(List Boxes)：在其中定義一系列可供選擇的字符串；主要屬性：string， value，Max，Min。默認(rèn)情況下Max=1，Min=0；當(dāng)Max取2，使Max-Min>1，可以

95、選擇多項(xiàng)；默認(rèn)情況下Max-Min<=1，只能選擇單項(xiàng)。</p><p>　　彈出式菜單(Popup Menus)：讓用戶從一列菜單項(xiàng)中選擇一項(xiàng)作為參數(shù)輸入。</p><p>　　坐標(biāo)軸(Axes)：用于顯示圖形和圖象。</p><p>　　4.4 控件對(duì)象的描述</p><p>　　MATLAB中的控件大致可分為兩種，一種為動(dòng)作控件，

96、鼠標(biāo)點(diǎn)擊這些控件時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)。一種為靜態(tài)控件，是一種不產(chǎn)生響應(yīng)的控件，如文本框等。每種控件都有一些可以設(shè)置的參數(shù)，用于表現(xiàn)控件的外形、功能及效果，既屬性。屬性由兩部分組成：屬性名和屬性值，它們必須是成對(duì)出現(xiàn)的。控制對(duì)象的屬性包括公共屬性、基本控制屬性、修飾控制屬性、輔助屬性和callback管理屬性。</p><p>　　4.5 控件對(duì)象的屬性</p><p>　　用戶可以在創(chuàng)建控件

97、對(duì)象時(shí)，設(shè)定其屬性值，未指定時(shí)將使用系統(tǒng)缺省值。兩大類控件對(duì)象屬性：第一類是所有控件對(duì)象都具有的公共屬性，第二類是控件對(duì)象作為圖形對(duì)象所具有的屬性。</p><p>　　控件對(duì)象的公共屬性:Children 取值為空矩陣，因?yàn)榭丶?duì)象沒有自己的子對(duì)象；Parent 取值為某個(gè)圖形窗口對(duì)象的句柄，該句柄表明了控件對(duì)象所在的圖形窗口。Tag 取值為字符串，定義了控件的標(biāo)識(shí)值，在任何程序中都可以通過這個(gè)標(biāo)識(shí)值控制該控件

98、對(duì)象;Type 取值為uicontrol,表明圖形對(duì)象的類型，用戶不能改寫這個(gè)屬性;UserDate 取值為空矩陣，用于保存與該控件對(duì)象相關(guān)的重要數(shù)據(jù)和信息，用set 和get函數(shù)可以訪問該屬性;Visible取值為no 或off，決定空間是否在圖形窗口可見。</p><p>　　控件對(duì)象的基本控制屬性:BackgroundColor設(shè)置控件背景顏色，取值為顏色的預(yù)定義字符或[R G B]數(shù)值;Foregroun

99、dColor文本顏色，取值為顏色的預(yù)定義字符或[R G B]數(shù)值；Data在控件上顯示的真彩色圖像，使用矩陣表示。Callback取值為字符串,可以是某個(gè)M文件名或一小段MATLAB語句，當(dāng)用戶激活某個(gè)控件對(duì)象時(shí)，應(yīng)用程序就運(yùn)行該屬性定義的子程序。Enable取值為on（缺省值）,inactive和off，當(dāng)取值為on時(shí)，無論何時(shí)激活控件對(duì)象matlab都執(zhí)行Callback屬性定義的子程序。Extend取值為四元素矢量[0，0,wid

100、th, height],記錄控件對(duì)象標(biāo)題字符的位置和尺寸，該屬性只能讀不能寫。Max,Min取值都為數(shù)值；String取值為字符串矩陣或數(shù)組，定義控件對(duì)象標(biāo)題或選項(xiàng)內(nèi)容；Style取值可以是pushbutton，radiobutton，checkbox，edit，text，slider，frame，popupmenu或listbox，由相應(yīng)的值定義控件的類型。Units計(jì)量單位，取值可以是pixels,normalized</p&

101、gt;<p>　　控件對(duì)象的修飾控制屬性；FontAngle取值為normal，italic，oblique，定義字體的形態(tài)；FontName取值為控件標(biāo)題等字體的字庫名，必須與系統(tǒng)支持的字庫名一致；FontSize取值為數(shù)值，定義字號(hào)；FontWeight取值為normal，light，demi或bold，定義字體的粗細(xì)；HorizontalAligment取值為left，center或right，定義對(duì)齊方式。<

102、/p><p>　　控件對(duì)象的輔助屬性:ListboxTop取值為數(shù)量值，定義列表框中最上方的字符串在string屬性中的序號(hào)；SliderStop取值為兩元素矢量[minstep,maxstep]，用于slider控件；Selected取值為on或off，SlectionHighlight取值為on 或off，決定控件對(duì)象被選中時(shí)，是否顯示被選中的對(duì)象。</p><p>　　Callback管

103、理屬性：BusyAction取值為cancel或queue，決定采取的控制中斷執(zhí)行控件對(duì)象的Callback的調(diào)用方式；ButtonDownFun取值為字符串，一般為某個(gè)M文件名或一小段MATLAB程序；CreateFun 取值為字符串，一般為某個(gè)M文件名或一小段MATLAB程序;DeletFun取值為字符串，一般為某個(gè)M文件名或一小段MATLAB程序;HandleVisibility取值為on，callback或off；Interru

104、ptible取值為on或off，決定控件對(duì)象的Callback是否可以被隨后的callback調(diào)用中斷。</p><p>　　4.6 GUIDE創(chuàng)建的一般步驟</p><p>　　4.6.1 GUI工具的使用</p><p>　　MATLAB可視化的創(chuàng)建圖形用戶接口（GUI）工具包括:布局編輯器(Layout Edtor)，在圖形窗口中加入及安排對(duì)象；幾何排列工具(

105、Alignment Tool)，調(diào)整各對(duì)象相互之間的幾何關(guān)系和位置；屬性編輯器(Property Inspector)，查詢并設(shè)置屬性值；對(duì)象瀏覽器（Object Browser)，用于獲得當(dāng)前MATLAB圖形用戶界面程序中所有的全部對(duì)象信息，對(duì)象的類型，同時(shí)顯示控件的名稱和標(biāo)識(shí)，在控件上雙擊鼠標(biāo)可以打開該控件的屬性編輯器。菜單編輯器(Menu Editor)，建立窗口菜單條的菜單和任何構(gòu)成布局的彈出菜單；網(wǎng)格標(biāo)尺設(shè)置編輯器(Grid

106、and Rulers)：通過網(wǎng)格標(biāo)尺設(shè)置編輯器,可以在GUI面板中添加網(wǎng)格以及標(biāo)尺,來方便用戶的界面設(shè)計(jì)[14]。</p><p>　　布局編輯器(Layout editor)： 在命令窗口輸入GUIDE命令或點(diǎn)擊工具欄中的guide圖標(biāo)都可以打開空白的布局編輯器，在命令窗口輸入GUIDE filename可打開一個(gè)已存在的名為filename圖形用戶界面。布局編輯器可以啟動(dòng)用戶界面的控制面板，上述工具都必須從布

107、局編輯器中訪問。</p><p>　　幾何位置排列工具(Alignment tool)：在編譯GUI過程中，通過該工具可以方便地設(shè)置面板上GUI控件的布局?？梢酝ㄟ^選擇工具欄中的排列工具圖標(biāo)打開排列工具窗口，用于調(diào)節(jié)各控件對(duì)象的水平、垂直位置和相互之間相對(duì)關(guān)系。選中需要對(duì)齊的對(duì)象，然后選擇工具條上的控件布置按鈕,即可打開控件布置編輯器。在控件布置編輯器中可以設(shè)置GUI控件水平以及垂直布局，包括對(duì)齊方式以及控件間距

108、等。</p><p>　　屬性編輯器(Opening Property Inspector)：包含了控件的基本屬性，都可以在編輯器中填寫或更改屬性值，一般情況下許多屬性可采用默認(rèn)值，只對(duì)與制作目的直接相關(guān)的屬性進(jìn)行編輯。通過該屬性編譯器來對(duì)所選圖形對(duì)象設(shè)置相關(guān)屬性。在屬性編輯器中提供了所有可設(shè)置的屬性列表并顯示出當(dāng)前的屬性，用戶可根據(jù)需要設(shè)置控件屬性。打開屬性編輯器(Opening Property Inspec

109、tor)三種方法：選中控件對(duì)象以后，點(diǎn)擊工具欄上的屬性設(shè)置按鈕圖標(biāo)打開； 從View菜單中選擇Property Inspector菜單項(xiàng)；選中控件對(duì)象以后，按鼠標(biāo)右鍵彈出的Property Inspector菜單中選擇菜單項(xiàng)。</p><p>　　對(duì)象瀏覽器(Object Browsers)：在GUI面板中點(diǎn)擊對(duì)象瀏覽按鈕可打開對(duì)象瀏覽器,在該瀏覽器中可以方便地顯示出所有的圖形對(duì)象,單擊該對(duì)象則可以打開相應(yīng)的屬性