(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111424949.0 (22)申请日 2021.11.26 (71)申请人 北京无线电测量研究所 地址 100854 北京市海淀区永定路5 0号 (72)发明人 张龙龙　张寒冰　 (74)专利代理 机构 北京正理专利代理有限公司 11257 代理人 付生辉 (51)Int.Cl. G06F 30/12(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于MATLAB GUI的控制系统仿真分析 系统 (57)摘要 本发明的一个实施例公开了一种基于 MATLAB GUI的控制系统仿真分析系统， 包括： 系 统模型输入及转换模块、 系统跟轨迹绘制模块、 系统频域响应模块、 系统稳定性分析模块、 系统 时域响应模块和系统可控性及可观 性分析模块， 其中， 模型输入及转换模块用于实现线性连续控 制系统各模 型之间的转换； 跟轨迹绘制模块根据 输入的模型参数绘制所述线性连续控制系统的 跟轨迹图； 频域响应模块根据输入的模型参数对 所述控制系统进行频域响应分析； 稳定性分析模 块根据输入的模型参数对所述控制系统进行进 行稳定性分析； 时域响应模块根据输入的模型参 数对所述控制系统进行时域响应分析； 可控性及 可观性分析模块根据输入的模型参数对所述控 制系统进行 可控性及可观性分析。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 114357550 A 2022.04.15 CN 114357550 A 1.一种基于 MATLAB GUI的控制系统仿真 分析系统， 其特 征在于， 包括： 系统模型输入及转换模块、 系统跟轨迹绘制模块、 系统频域响应模块、 系统稳定性分析 模块、 系统时域响应模块和系统可控性及可观性分析模块， 其中， 所述系统模型输入及转换模块用于实现线性连续控制系统各模型之间的转换； 所述系统跟轨迹绘制模块根据输入的模型参数绘制所述线性连续控制系统的跟轨迹 图； 所述系统频域响应模块根据输入的模型参数对所述线性连续控制系统进行频域响应 分析； 所述系统稳定性分析模块根据输入的模型参数对所述线性连续控制系统进行进行稳 定性分析； 所述系统时域响应模块根据输入的模型参数对所述线性连续控制系统进行时域响应 分析； 所述系统可控性及可观性分析模块根据输入的模型参数对所述线性连续控制系统进 行可控性及可观性分析。 2.根据权利要求1所述的系统， 其特征在于， 所述线性连续控制系统各模型之间的转换 包括： 连续传递 函数模型转换为状态方程模型、 零极点模型及离 散传递函数模型； 状态方程模型转换为 零极点模型、 连续传递 函数模型及离 散传递函数模型。 3.根据权利要求2所述的系统， 其特征在于， 所述连续传递函数模型参数包括分子多项 式系数NUM和分母多项式系数D EN， 所述系统跟轨迹 绘制模块接收所述连续传递函数模 型参 数， 响应于点击操作， 实现对线性连续控制系统跟轨 迹图的绘制。 4.根据权利要求3所述的系统， 其特征在于， 所述状态方程模型参数包括： 参数矩阵A、 B、 C和D， 所述系统频域响应模块接收连续传递函数模型参数或状态方程模型参数， 响应于 点击操作， 实现对所述线性连续控制系统的频域响应分析。 5.根据权利要求4所述的系统， 其特征在于， 所述频域响应分析包括： 波特图的绘制、 幅 值裕度和相角裕度的求 算、 闭环及开环 奈奎斯特图的绘制。 6.根据权利要求4所述的系统， 其特征在于， 所述系统稳定性分析模块根据所述连续传 递函数模 型参数， 响应于点击操作， 对 所述线性连续控制系统的稳定性进 行分析， 并显示稳 定性分析 结果； 所述系统稳定性分析模块还能根据状态方程模型参数， 响应于点击操作， 对所述线性 连续控制系统的稳定性进行分析， 并显示稳定性分析 结果。 7.根据权利要求6所述的系统， 其特征在于， 所述系统稳定性分析模块还能根据零极点 模型参数绘制出线性连续控制系统的零极点分布图， 以供验证系统的稳定性。 8.根据权利要求3所述的系统， 其特征在于， 所述系统时域响应模块接收连续传递函数 模型参数， 响应于点击操作， 实现对线性连续控制系统的时域响应分析， 绘制出系统的单位 阶跃响应图及单位脉冲响应图， 并显示在对应的坐标轴上。 9.根据权利要求4所述的系统， 其特征在于， 所述系统可控性及可观性分析模块接收状 态方程模型参数， 响应于点击操作， 实现对线性连续控制系统的可控性及可观性分析。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114357550 A 2一种基于MATLAB  GUI的控制系统仿真分析系统 技术领域 [0001]本发明涉及仿真领域。 更具体地， 涉及一种基于MATLAB  GUI的控制系统仿真分析 系统。 背景技术 [0002]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。 为了解决在自动控制学 科领域实际教学与工程中的海量计算与分析问题， 我们引进了功能强大的计算机辅助仿真 分析与设计软件 ‑‑‑MATLAB软件。 现阶段， 在控制系统的计算机辅助分析与设计领域中， MATLAB软件的应用已经被广泛接受。 [0003]但是， MATLAB软件要求初学者具有一定的MATLAB编程基础知识， 而在本科自动控 制原理的实验教学中， 本科学生对MATLAB了解一般较少， 这就减弱了采用MATLAB软件进行 实验教学的效果。 [0004]MATLAB GUI因其可视化操作界面对于控制系统仿真软件的设计和开发是个很不 错的选择， 简单、 易懂、 操作简单。 特别适用于实验教学等对程序效率要求不苛刻的软件设 计。 有鉴于此， 运用MATLAB  GUI设计并开发出了该控制系统仿真 分析软件。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种基于MATLAB  GUI的控制系统仿真分析系统， 在 WINDOWS环境下， 以MATLAB语言、 MATLAB  GUI为工具， 设计控制系统的仿真分析系统， 实现控 制系统中的模型转换， 系统分析和系统设计及仿真的基本功能。 [0006]为达到上述目的， 本发明采用下述 技术方案： [0007]本发明提供一种基于 MATLAB GUI的控制系统仿真 分析系统， 包括： [0008]系统模型输入及转换模块、 系统跟轨迹绘制模块、 系统频域响应模块、 系统稳定性 分析模块、 系统时域响应模块和系统可控性及可观性分析模块， 其中， [0009]所述系统模型输入及转换模块用于实现线性连续控制系统各模型之间的转换； [0010]所述系统跟轨迹绘制模块根据输入的模型参数绘制所述线性连续控制系统的跟 轨迹图； [0011]所述系统频域响应模块根据输入的模型参数对所述线性连续控制系统进行频域 响应分析； [0012]所述系统稳定性分析模块根据输入的模型参数对所述线性连续控制系统进行进 行稳定性分析； [0013]所述系统时域响应模块根据输入的模型参数对所述线性连续控制系统进行时域 响应分析； [0014]所述系统可控性及可观性分析模块根据输入的模型参数对所述线性连续控制系 统进行可控性及可观性分析。说　明　书 1/4 页 3 CN 114357550 A 3