是控制理论目前已经发展到个新阶段智能控制理论和大系统理论，使得控制理论贯穿与整个社会的各个领域，从自然科学领域到社会科学领域，都可见到控制的踪迹。 但是，由于自动控制原理又是门理论性极强的课程，对学生的数学功底特别是积分变换理论和矩阵理论要求很，课程中的很多结论非常抽象。 比如稳定性分析时域频域分析根轨迹图波特图乃氏图尼氏图等。 而且实验课是自动控制原理整个教学过程中不可缺少的重要组成部分，对于初学自动控制理论课的学生来说由于时间和专业知识的限制，直接利用语言编程进行控制系统分析是极不方便的。 现在，借助强大的科学运算功能灵活的仿真功能便捷的编程功能和高质量的绘图功能，以及丰富详尽的控制工具箱，可以用图形显示和动画显示的方式使教师和学生具体地掌握控制理论中的抽象结论，并可以随意改变系统参数，观察系统的性能指标的变化，从而对控制理论有个更深刻的理解，并激发学习者的开拓意识和创新精神。 目前高校中现成的基于的控制理论课程的教学辅助系统几乎是风毛麟角，即使有，也是功能十分简单的仿真分析系统，没有实现真正意义上的辅助教学。 我们拟开发这样个辅助教学系统，具有良好的人机交互界面，方便的系统仿真功能，灵活的系统参数设置功能，强大的图形显示输出功能，同时控制算法可以自行编制。 简介及其在控制系统中的运用语言是当今国际上科学界尤其是自动控制领域最具影响力也是最具有活力的软件。 它起源于矩阵运算，并已经发展成种高的度集成的计算机语言。 其开发的环境功能极强的矩阵运算图形绘制数据处理各种工具箱以及象草稿纸样的工作空间等许多优点，使其提供了强大的科学运算灵活的程序高,。 校正装置的传递函数校正后系统开环传递函数绘制校正后系统的根轨迹图如图所示图几何法校正后根轨迹图毕业设计论文专业班级学生姓名学号课题基于的虚拟实验系统的设计主界面及部分模块的设计指导教师摘要自动控制原理是学习自动控制技术的门重要的专业基础课程，是控制理论的基础。 而实验课是自动控制原理整个教学过程中不可缺少的重要组成部分。 对于初学自动控制理论课的学生来说由于时间和专业知识的限制，直接利用语言编程进行控制系统分析是极不方便的，需要在基础上为用户开发出适用于使用的接口界面。 本文就是介绍了在软件环境下开发出的自动控制原理实验教学软件。 它利用语言的界面设计功能及其提供的控制系统工具箱对自动控制系统进行建模和进行稳定性分析根轨迹分析频域分析,并说明了本软件的特点功能和效果。 结果证明该软件系统可以取代传统模拟实验，它不仅能提高实验教学效率，改善实验效果，而且方便易行，具有推广应用价值。 同时利用该软件可以系统地让学生掌握控制系统设计思想的演化过程以及自动控制学科专业知识，从而提高学生分析和解决实际问题的能力。 关键词自动控制原理建模虚拟实验系统图形用户界面仿真简介及其在控制系统中的运用总体设计原理总体设计框图系统的部分模块实现与主界面设计建模模块的实现建模设计思想及目标功能介绍及设计步骤根轨迹模块实现及实验报告生成模块的设计根轨迹模块的实现实验报告生成模块的设计主界面的设计设计思想及目标主界面模块框图主界面的具体设计系统设计成果及实验举例系统设计成果实验举例总结和展望本文工作总结课题展望参考文献致谢附录科技文献翻译附录二所用函数表附录三毕业设计任务书基于虚拟实验系统的设计机械与电气工程系电气工程及其自动化专业电气班后丽萍指导老师绪论在目前有限的课堂教学和实验学时内，运用定的仿真软件和计算机技术，使学生掌握专业的基本理论和控制系统的设计思想和方法，培养学生科研能力，是专业教学中值得研究和探讨的课题。 本课题就是利用的界面设计功能及其提供的控制系统工具箱可以开出个用户界面良好的自动控制原理虚拟实验系统，以每个实验项目为本系统的各个子系统。 每个子系统的具体任务包括界面设计实验说明帮助文件数学建模系统性能分析仿真实验及结果分析试验报告生成等。 然后利用该套实验系统来对自动控制原理课程中的内容进行计算仿真与研究。 这样用仿真实验手段取代传统模拟实验明显提高实验效率改善实验效果，同时让学习者能够了解了实验过程中参数如何选择，了解实验参数改变的依据，直观地看出参数变化对系统的影响，大大提高了实验效率，取得了良好的实验效果，既调动了学生的积极性和创造性，又培养了学生分析设计和调试自动控制系统的能力，对创造更开放和有创意的实验环境是很有帮助，同时学习者不需要知识就能方便的操作和应用。 本论文从资料查阅总体设计模块设计撰写论文历时三个月，具体流程如下所示资料查阅，熟悉课题确定系统框架并开始搭建总体框架对各个实验对象进行数学建模，并用文件编程实现编制各个实验环节的详细程序代码程序总体调试，准备材料撰写论文，科技翻译虚拟实验系统的总体设计背景知识介绍虚拟实验系统的现状分析以往人们在分析和设计控制系统是都笔算来解决问题，后来逐渐利用计算机采用,目录目录绪论虚拟实验系统的总体设计背景知识介绍虚拟实验系统的现状分析个单选按纽，用户可根据实际情况对其进行选择，现将其中个按钮下的流程图展现如下其他按钮与其相仿系统方块图注闭环与开环句柄值不可能同时为，因为已在程序中设计它们为互斥按钮。 图按钮下的流程图根轨迹模块实现及实验报告生成模块的设计根轨迹模块的实现根轨迹设计原理根轨迹法是种求系统闭环极点的图解方法，即根椐系统开环极点和零点，研究系统个或几个参数的变化时，系统闭环极点分布变化的趋势，可用于分析系统，而且是改善系统性能的有效途径。 对于图的闭环系统图闭环系统图其特征方程为，对于满足此方程的所有的值都是闭环的极点,且满足的指数方程，可将此指数方程变换为幅值条件相角条件对于满足幅值条件和相角条件的值，就是给定参数的闭环极点，也即为根轨迹上的点。 对于开环系统中的增益，当由变化到无穷大时，在平面上满足幅角条件的点所构成的图形就是根轨迹图。 在根轨迹上的每点对应于个闭环极点，每个闭环极点对应个参数，并可以利用幅值条件确定该点对应的值。 设系统的开环传递函数为，由幅值和相角条件得出其中，角是平面上任点到闭环零点与正实轴的夹角角是平面上任意点到闭环零点的夹角。 设计思想及目标在实际工程中，个控制系统的被控对象常常是已知的，其性能指标也是预先给定的，要求设计者选择合适的结构和参数，使控制器与被控对象能组成个其性能指标能满足要求的系统，这类问题是控制系统的综合问题，而系统综合的目的是在原控制系统中引入合适的附加装置，使原有系统的性能缺点得到校正，从而满足工程要求的性能指标。 而引入的附加装置即为校正装置，所以对数据。 如果不设返回值，就自动绘制系统的闭环传递函数的根轨迹。 例如，本模块中提供的参数如下被控对象所以反馈通道所以控制器所以点击绘制根轨迹按钮，绘制出如图所示的根轨迹根轨迹分析绘制根轨迹图根轨迹法进行串联校正求系统传递函数几何法超前校正最大法超前校正滞后校正解析法超前校正图系统生产得根轨迹根轨迹法对系统进行串联校正的实现本模块采用了几何法超前校正最大法超前校正滞后校正以及解析法超前校正对系统进行校正。 其模块框图见图图串联校正的模块框图下面我以几何法超前校正对系统的校正为例，具体说明这个校正方法及其实现步骤。 其它三种校正方法与几何法超前校正方法类似，在此就不具体介绍了。 几何法超前校正按钮的模块框图图几何超前校正模块框图几何法超前校正是根据要求的动态品质指标，确定闭环主导极点的位置，的位置确定后，计算该点在复平面的相角为。 再计算使根轨迹通过主导极点所需的补偿角，。 作的角平分线，在角平分线的两侧作分别与坐标轴交于两点，右侧为零点，左侧为极点，由此可得出校正装置的零极点。 相应的几何图形如图图几何法超前校正零极点确定几何图获得值绘制校正前根轨迹图绘制校正后系统根轨迹图显示校正前后性能指标性能指标结束显示校正传递函数求得校正前系统模型显示校正前性能指标几何法校正接受校正参数开始几何法超前校正的设计步骤及其成果根据几何法超前校正的模块框图，按照以下步骤由给定的系统瞬态性能指标确定闭环期望极点在平面上的位置计算超前校正装置应提供的相角设计超前校正装置计算校正后系统在闭环期望极点的增益值，检验系统的稳态误差系数是否满足设计要求绘制校正后系统的根轨迹图，确定除闭环期望极点外的其他闭环极点的位置，并估算这些闭环极点和零点对系统瞬态性能的影响。 我们对上个模块的进行几何法超前校正，得出校正前性能指标最大过调量为，调整时间为,控制系统进行串连校正实质上是选择合适的校正装置对系统进行校正，使系统的性能附合设计的性能指标用根轨迹法对控制系统进行串连校正，即是根据已选定的串连校正方法，按照定规律确定出校正装置的参数，进而绘制出校正后系统的根轨迹图，并估计是否满足设计要求。 如果认为可以满足设计要求，再对系统进行分析检验，如果符合了系统规定的性能指标，则设计结束。 如果不符合，通过调整校正装置参数对系统进行再次校正，直到满足规定的性能指标为止。 或者从给定的性能指标出发，并结合系统的限制条件，应用现代控制理论得方法进行系统校正串连校正结构图如图所示图串连校正结构图本模块系统的性能指标是以最大过调量调整时间和稳态误差系数的形式给出的，用根轨迹法对系统进行串联校正，首先是使瞬态性能指标满足设计要求，确定出闭环主导极点在平面上的位置。 在设计系统时，如果未校正系统的开环增益为数值时，瞬态性能符合设计要求，则设计校正装置使系统稳态误差满足设计要求如果未校正系统的开环增益为任何数值时，瞬态性能都不能符合设计要求，则需设计校正装置使系统的瞬态性能满足设计要求并检验系统的稳态性