大连理工系统与仿真实验：液位控制与PID控制器设计

大连理工大学系统与仿真大作业是针对自动化专业的电子信息与电气工程学院学生进行的一门课程实践项目，使用Matlab R2018a软件进行。该作业主要涉及水箱控制系统的建模与仿真。 第一部分，题目要求学生通过微分方程求解器`dsolve`来模拟一个水箱控制系统，初始液位分别为0cm和20cm。具体步骤包括： 1.1.1 计算过程：建立动态模型，描述液位随时间的变化，其中考虑了补水、排水以及由于液位变化引起的流量变化。模型表达式为`Dh=1/100*200+1/100*100-1/100/0.01*sqrt(h)`，其中`Dh`表示液位变化率，`h`代表液位高度。初始条件分别设置为`h(0)=0`和`h(0)=20`，然后通过`ezplot`绘制液位随时间变化的图形。 1.1.2 代码部分展示了如何用Matlab实现上述计算，并使用`ezplot`函数展示两个不同初始液位条件下液位变化的结果。通过这两个图，学生可以观察到系统最终稳定在9cm液位。 1.2 部分则转向更为复杂的交互式控制设计。这一部分要求学生设计一个图形用户界面(GUI)来模拟水箱控制系统的动态响应。设计内容包括： 1.2.1 计算过程：创建一个GUI，包括坐标轴区域（axes1）、用于输入比例增益（Kp）、积分增益（Ki）和微分增益（Kd）的静态文本框与可编辑文本框，以及一个“开始仿真”按钮。这些参数对于PID控制器的设定至关重要，它们直接影响系统的控制性能。 1.2.2 代码部分详细定义了GUI的功能，如`Finalsolution12`函数负责打开GUI，设置各种组件的回调函数，以及处理用户的输入和开始仿真操作。用户可以通过调整这些控制参数，观察对水箱液位控制的影响，并可能对仿真结果进行分析。 总结来说，这道大作业结合了理论模型构建、Matlab编程技能和控制理论的实际应用，要求学生深入理解水箱控制系统的动态行为，熟练运用Matlab工具进行仿真，并具备基本的GUI设计和编程能力。完成此作业有助于学生巩固系统建模、仿真技术和控制器设计的知识。