文档介绍：课程设计报告
船舶航向实验系统及航向控制器的设计与仿真
姓名: XXX
专业班级:
学号:
指导老师: 颜德文
2012年12月21日
摘要
本课程设计利用Matlab环境中的Simulink仿真工具箱和友好的GUI界面,设计了船舶航向实验系统所需的航向控制器。该航向控制器通过实物仿真,帮助学生更直观地理解航向控制的过程,增强感性认识,培养学生的研究能力、综合应用能力和创新能力;同时本课程设计所设计的船舶航向控制器是一个开放的平台,有兴趣的同学可以根据需要添加相应的程序来实现所需功能。
文中基于Matlab /GUI的串口通信功能的编程实现表明利用Matlab/ GUI可以进行包含一般界面元素的界面开发,在此基础上,加入串口通信功能,实现数据的实时采集与分析处理,并进行图形化显示。在实物仿真中通过串口将计算机与船舶模型连接构成闭环船舶航向控制系统,利用Simulink中的控制器控制船舶模型,此控制器可直接使用工具箱中的控制器和也可使用设计好的控制器,更换方便,操作简单,易于实现。
图形用户界面(Graphical User Interface,简称GUI )是提供人机交互的工具和方法。Matlab用一个包含多种不同风格用户控件对象的图形窗口代表用户界面。用户必须对每一个对象进行编程,使用户在GUI中的行为能够达到相应的目的。Matlab/GUI是一种新型的图形用户界面开发方式,特别适合能够熟练运用Matlab语言进行仿真但是对VC界面开发了解不够深入的科技工作者。
本课程设计所设计航向控制器为PID自整定控制器,控制器部分是利用Matlab逻辑工具箱进行设计,此方法设计步骤简单,易于实现,可直接与Simulink工具箱连接进行仿真,并且以该控制器为核心的仿真图也可与仿真实验平台进行完美的连接,因此可以通过仿真实验平台验证控制器的性能。
关键词:GUI 航向控制 PID 实物仿真
目录
第一章概论 1
1
1
第二章 GUI的创建 3
GUI设计概述 3
GUI实现 3
4
GUI组件介绍 4
4
4
第三章控制器的设计 7
7
7
S-FUNCTION函数 8
结果 11
参考文献 12
致谢 13
第一章概论
本课程设计所设计的船舶航向控制器采用Matl ab环境中的Simulink仿真工具箱和GUI界面。
Matlab是Mathworks公司推出的一款功能强大的数学软件。它集数值分析、矩阵计算、信号处理和图形显示于一身,包含大量高度集成的函数可供调用,命令语句功能强大为科学研究,工程设计及众多学科领域提供一种简洁、高效的编程工具,并在图像处理、控制设计、信号检测、金融建模设计等领域得到广泛应用。因此在制作各种教学软件或信号处理软件时,在Matlab提供的GUI( GraphicalUser Interface)上利用Matlab语言编写核心代码并构建框架是一种不错的选择这不但减少了代码编写的工程量而且制作出的软件同时具有界面友好和能够方便进行各种数据处理及图像分析等特点。
随着信息社会的不断推进,具有不同功能的应用软件已成为人们生活、学习及工作中不可缺少的一部分。比如,工作中经常用到的文字处理软件、图形图像软件等,对于这些软件的设计,程序员大多习惯于选择VC、Java、VB等高级编程语言编写代码,因为这些编程语言制作出的软件界面友好,功能强大。然而在对大量数据进行各种复杂分析和处理时,相比于Matlab编程语言而言,这些高级语言则处于明显的劣势。Matlab不仅具有强大的科学计算功能,还具有界面设计开发功能。
Matlab图形用户界面是有别于VC界面和Java界面的是一种新型界面开发方式。对于熟悉Matlab而不想编写大量VC代码的科研人员来说,Matlab/GUI无疑是一个最佳选择。它既能嵌入已有的仿真程序,又能把仿真的图形化结果以人机交互的动态方式展现给操作者,给人深刻的印象,同时仿真代码的不可见性为一些不熟悉Matlab的操作者提供了操作界面的可能。
在基于Matlab/ GUI制作的软件中关键需要解决三大问题:1、界面功能;2、界面外观的优化;3、不同GUI之间的调用。因此,本课程设计给出一个利用Matlab/GUI制作的仿真控制器的实例。此仿真控制平台是为了满足学生船舶控制实验的需要。
本课程设计在设计仿真控制平台中涉及到航向控制器的设计,航向控制器是仿真平台的基础,在航向控制器的基础之上实现仿真平台上的相关功能。