基于MATLAB的PID操纵器设计界面设计Word文档下载推荐.docx

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随着WINDOWS技术的进展，MATLAB的用户及TheMathWorks公司的开发者们慢慢意识到在多个窗口界面下运行MATLAB的必要性和可行性。

1992年TheMathWorks公司推出了具有制造性意义的版本，并于次年正式推出了版的PC机版本，以适应日趋流行的WINDOWS环境下利用。

版的显现使MATLAB图形界面设计技术进入了一个新的时期。

该版本提供了一个有效的用户图形界面开发程序Guide，但是在该版本中其功能很不完善，版中提供的Guide程序功能有了专门大的改观，但有些地址也不甚理想。

中增强了Guide程序的功能，它完全支持可视化编程，其方便程度类似于VB，将它提供的方式和用户的MATLAB编程体会结合起来，能够很容易地写出高水平的用户界面程序。

第二节图形用户界面设计工具GUIDE

MATLAB为减轻制作人员工作负担，提供了一个交互式制作用户界面的工具。

GUIDE（GraphicsUserInterfaceDesignEnvironment）是一个专用于GUI程序设计的快速开发环境，利用者通过通过鼠标就能够迅速的产生各类GUI控件，并为所欲为的改变它们的外形、大小及颜色等，从而帮忙用户方便地设计出各类符合要求的图形用户界面，挪用GUIDE的方式有两种，在MATLAB命令窗口输入guide命令或在MATLAB主菜单中点击File——New——GUI即可打开一个可编辑的新窗口，如图：

图1-1

然后选择BlankGUI（Default），取得以下图：

图1-2

第三节控件的功能与选择

把握MatLab软件在操纵系统设计中的应用，这在自动操纵原理的研究和自动化技术的实践中都具有十分重要的作用。

本节介绍在Matlab环境下相关控件的选择，在本设计中要用到的控件类型有：

文本对象

Static

text

用来显示说明性文字，对用户有提示作用。

框架

frame

修饰用户界面，将有关联的控件组织在一个区域内，例如在界面的输入信息中包括的被校正系统的信息、稳态误差要求、性能指标信息等。

编辑框

editbox

编辑框可提供用户输入数据用，在编辑框内可输入数值，随后用户可以进行修改。

单选框

radiobutton

在一组单选按钮中通常只能有一个被选中，如果选中了其中一个，则其他按钮就不再处于被选中状态。

下拉菜单

popupmenu

下拉菜单平时只是显示缺省项。

单击其右端的向下箭头即可弹出下拉菜单中的全部选项。

命令按钮

pushbutton

这种按钮有2个状态，即按下状态和弹出状态，单击一次其状态改变一次，可在控件上加上文字说明。

滑块

slider

滑块可以用图示的方式输入指定范围内的一个数量值。

用户可以移动滑块中间的游标来改变它对应的参数。

第四节控件的相关属性

双击控件，取得其属性框，如图：

图1-3

其中：

表1-1

Postion属性

该属性的取值是一个由4个元素构成的向量，其行成为[n1，n2，n3，n4]，这个向量定义了控件对象在屏幕上的位置和大小。

Units属性

该属性的取值可以是Pixel、Normalized（相对单位）、inche（英式）、Centimeters（厘米）或Points（磅），除了Normalized以外其他单位是绝对度量单位。

Callback属性

该属性的取值是字符串，允许用户建立在界面控件对象被响应后的响应命令。

String属性

该属性的取值是字符串，它定义控件对象的说明文字，如按钮上的说明文字、静态文本上的提示文字等。

Style属性

该属性的取值是push（按钮）、radio（单选框）、popup（下拉菜单）、edit（编辑框）、text（静态文本）和frame（边框）。

这个属性定义控件对象的类型。

Backgroundcolor属性

该属性的取值是代表某种颜色的字符后RGB三元组。

Fontsize属性

该属性的取值是数值，它定义控件对象标题等字体的字号。

Fontweight属性

该属性定义字体的粗细,其取值有normalized，lefe，demi或bold

HorizontalAlignment属性

该属性的取值是left、center（缺省值）或right。

用来决定控件对象说明文字在水平方向上的对齐方式，即说明文字在控件对象图标上居左、居中、居右。

Foregroundcolor属性

该属性定义字体的颜色。

第五节界面的设计原那么和一样步骤[2]

一个好的界面应遵循以下三个原那么：

简单性（Simplocity）、一致性（Consistency）、及习常性（Familiarity）。

（1）简单性

设计界面时，应力求简练、直接、清楚地表现出界面的功能和特点。

那些可有可无的功能，应尽可能删掉，以维持界面的整洁。

设计的图形界面要直观，为此应多采纳图形，而尽可能幸免数值。

设计界面应尽可能减少窗口数量，力避在不同窗口之间进行来回切换。

（2）一致性

所谓一致性有两层含义：

一是设计者自己开发的界面风格要一致；

二是设计的界面要与其他已有的界面风格不要截然相左。

这是因为用户在第一次利用新界面时，总适应于凭体会进行试探。

比如，图形显示区常安排在界面左半边，而按键等操纵区被排在右边。

（3）习常性

设计界面时，应尽可能利用人们熟悉的标志和符号。

用户可能并非了解界面的具体含义及操作方式，但能够依照熟悉标志和符号作出正确猜想。

界面制作包括界面设计和程序实现。

具体制作步骤如下：

（1）分析界面所要求实现的要紧功能，明确设计任务。

（2）在稿纸上绘出界面草图，并在利用者的角度来审查草图。

（3）按构思的草图，设计静态界面。

（4）编写界面动态功能的程序，对功能进行检查。

以上进程，仅是一样原那么。

在设计中，步骤之间或许要交叉执行或复合执行。

设计和实现进程不是一步到位的，一样先进行界面布局编码，后进行动态交互功能的编码。

第二章PID操纵器的设计要求及目标

第一节关于PID操纵器[3]

按误差的比例、积分和微分进行操纵（简称PID操纵）是持续系统操纵理论中技术最成熟，应用最普遍的一种操纵技术。

它结构简单，参数调整方便，是在长期的工程实践中总结出来的一套操纵方式。

在工业进程操纵中，由于难以成立精准的数学模型，系统的参数常常发生转变，因这人民往往采纳PID操纵技术，依照体会进行在线调整，从而取得中意的操纵成效。

（1）比例调剂（P调剂）

比例调剂的操纵规律为

u（t）=Kp*e（t）

式中，u（t）是调剂器的输出；

Kp是比例系数；

e（t）是调剂器的输入，一样为误差，即e（t）=R-y（t），y（t）是被控变量，R是y（t）的设定值

比例调剂是一种最简单的调剂规律，调剂器的输出u（t）与输入误差e（t）成正比，只要显现误差e（t），就能够及时地产生与之成比例的调剂作用。

比例调剂作用大小，除与误差e（t）有关外，要紧取决于比例系数Kp，Kp越大，调剂作用越强，动态特性也越好。

反之，Kp越小，调剂作用越弱。

但关于大多数惯

性环节，Kp太大，会引发自激振荡。

比例调剂的缺点是存在静差，是有差调剂，关于扰动较大，且惯性也较大的系统，假设采纳单纯的比例调剂，那么很难兼顾动态和静态特性。

因此，需要采纳比较复杂的调剂规律。

（2）比例积分调剂（PI调剂）

比例调剂的缺点存在静差，阻碍调剂精度。

排除静差的有效方式是在比例调剂的基础上加积分调剂，组成比例积分（PI）调剂。

PI调剂的操纵规律为

u（t）=Kp[e（t）+1/Ti∫e（t）dt]

关于PI调剂器，只要有误差e（t）存在，积分调剂就不断起作用，对输入误差进行积分，使调剂器的输出及执行器开度不断转变，直抵达到新的稳固值而不存在静差，因此PI调剂器能够将比例调剂的快速性与积分调剂排除静差的作用结合起来，以改善系统特性。

（3）比例积分微分调剂（PID调剂）

PID操纵算法

按误差的比例（portional）、积分（integral）和微分（derivative）进行操纵的调剂器,简称PID调剂器。

在工业系统中,大多有储能元件存在,这就使系统对外作用的响应有必然的惯性,且能量和信息传输进程中,由于管道、长线等缘故也引入一些时刻上的滞后,因此,单按误差进行比例调剂,很难取得较好的操纵成效,因此引入误差的积分调剂以提高精度,引入误差的微分来排除系统惯性的阻碍,这就形成了按误差的PID调剂系统。

在持续系统中,PID的操纵规律为:

u（t）=Kp[e（t）+1/Ti∫e（t）dt+Td*de（t）/dt]

式中:

u（t）─调剂器的输出信号

e（t）─误差信号,等于给定量与输出量之差

Kp─比例系数

TI─积分时刻常数

TD─微分时刻常数

第二节PID操纵器设计工具箱的要求

本PID操纵设计工具的要求为：

设计PID操纵器界面,通过界面可方便用户选参数，和清楚的显示当前所选参数是不是符合所要校正方式的要求。

另外，通过界面显示，可清楚的比较校正前后的曲线，比较两曲线，假设有不符可及时修改参数，如此可准确的选好参数，从而设计较准确的校正系统，一样节约了本钱和时刻。

第三节PID操纵器设计工具箱的目标

本PID操纵器设计工具的目标为：

用户只需先在模型输入窗口输入有关参数，不需任何编程和复杂的计算，用本设计就能够够设计出PID操纵器。

能够绘制出系统校正前后的响应图、求出性能指标，十分平安、靠得住。

由于壮大的画图功能，使得设计