feat: 初始化自动控制原理AI+数智平台项目
- 添加时域分析、频域分析、根轨迹分析功能 - 集成 AI 智能问答（DeepSeek/Gemini API） - 现代化 UI 设计，支持 LaTeX 公式渲染 - 完整的项目文档和配置文件
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# 🎛️ 自动控制原理AI+数智平台
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> 交互式控制系统分析与设计工具 | 时域·频域·根轨迹·AI问答
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一个基于 Gradio 构建的现代化自动控制原理学习平台，集成了系统分析工具和 AI 智能问答功能。
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## ✨ 核心功能
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### 📊 1. 时域分析 (Time Domain Analysis)
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- **阶跃响应分析**：观察系统对单位阶跃输入的响应
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- **脉冲响应分析**：观察系统对单位脉冲输入的响应
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- **性能指标计算**：
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- 上升时间 (Rise Time)
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- 峰值时间 (Peak Time)
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- 超调量 (Overshoot)
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- 调节时间 (Settling Time)
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- 稳态值 (Steady State Value)
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**知识要点**：
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- 二阶系统标准形式
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- 阻尼比与自然频率参数说明
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- 时域性能指标公式
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- 稳态误差分析
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### 🌊 2. 频域分析 (Frequency Domain Analysis)
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- **Bode 图绘制**：幅频特性和相频特性
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- **Nyquist 图绘制**：极坐标频率响应
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- **稳定裕度计算**：
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- 增益裕度 (Gain Margin, GM)
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- 相位裕度 (Phase Margin, PM)
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- 增益交越频率
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- 相角交越频率
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- **稳定性评估**：自动判断系统稳定性
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**知识要点**：
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- 增益裕度与相位裕度定义
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- 稳定性判断准则
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- 频域指标与时域性能的关系
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- Bode 图读数技巧
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### 🎯 3. 根轨迹分析 (Root Locus Analysis)
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- **根轨迹绘制**：自动绘制完整根轨迹图
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- **增益调节**：对数滑块精确调节增益 K
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- **极点跟踪**：实时显示当前增益下的闭环极点位置
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- **动态视角**：自动调整坐标范围，聚焦关键区域
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**知识要点**：
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- 根轨迹法基本原理
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- 幅值条件与相角条件
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- 根轨迹的基本性质（起点、终点、渐近线、分离点）
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- s 平面稳定性区域
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- 阻尼比等值线
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### 🤖 4. AI 智能问答 (Q&A)
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- **专业教学助手**：精通自动控制原理的 AI 教授
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- **流式响应**：实时显示 AI 回复过程
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- **LaTeX 公式渲染**：完美支持数学公式显示
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- **上下文记忆**：支持多轮对话
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**支持的 API**：
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- DeepSeek API（推荐，国内网络友好）
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- Google Gemini API
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## 🚀 快速开始
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### 环境要求
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- Python 3.8+
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- pip 包管理器
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### 安装步骤
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1. **克隆项目**
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```bash
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git clone <your-repo-url>
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cd AutoControl
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```
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2. **安装依赖**
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```bash
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pip install gradio numpy control matplotlib aiohttp
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```
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或使用 conda：
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```bash
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conda create -n autocontrol python=3.9
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conda activate autocontrol
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pip install gradio numpy control matplotlib aiohttp
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```
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3. **配置 API 密钥**
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编辑 `app.py` 文件开头的配置区域：
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```python
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# ==================== API 配置 ====================
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API_KEY = "your-api-key-here" # 填入您的 DeepSeek API 密钥
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API_BASE_URL = "https://api.deepseek.com/v1"
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API_MODEL = "deepseek-chat"
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API_TYPE = "deepseek" # 或 "gemini"
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# ==================================================
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```
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**获取 DeepSeek API 密钥**：
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- 访问 https://platform.deepseek.com/api_keys
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- 注册并创建 API 密钥
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- 复制密钥到配置文件
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4. **运行应用**
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```bash
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python app.py
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```
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或使用 conda 环境：
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```bash
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conda run -n autocontrol python app.py
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```
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5. **访问应用**
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浏览器自动打开，或手动访问：
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```
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http://localhost:7860
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```
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## 📖 使用指南
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### 输入系统传递函数
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在任意标签页的输入框中输入传递函数的分子和分母系数：
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**示例 1：一阶系统**
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```
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分子: 1
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分母: 1,1
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传递函数: G(s) = 1/(s+1)
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```
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**示例 2：二阶系统**
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```
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分子: 4
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分母: 1,2,4
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传递函数: G(s) = 4/(s²+2s+4)
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```
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**示例 3：三阶系统**
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```
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分子: 1
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分母: 1,6,11,6
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传递函数: G(s) = 1/(s³+6s²+11s+6)
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```
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**输入格式**：
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- 系数从最高次项到常数项
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- 用逗号分隔（支持中文或英文逗号）
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- 支持小数和负数
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- 例如：`1, 2.5, -3, 4` 表示 s³ + 2.5s² - 3s + 4
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### 调节系统增益
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频域分析和根轨迹分析都支持增益调节：
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- **对数滑块**：log₁₀(K) 范围 -1 到 3
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- -1 对应 K = 0.1
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- 0 对应 K = 1
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- 1 对应 K = 10
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- 2 对应 K = 100
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- 3 对应 K = 1000
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- **实时显示**：下方数字框显示实际增益值
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- **松开更新**：滑块松开后才更新图表，避免卡顿
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### AI 问答技巧
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**高效提问方式**：
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✅ **好的问题**：
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- "请解释 PID 控制器的三个参数如何影响系统性能？"
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- "如何根据 Bode 图判断系统的稳定裕度？"
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- "为什么阻尼比为 0.707 时系统响应最佳？"
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- "推导二阶系统的超调量公式"
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❌ **避免的问题**：
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- "帮我做作业"（太模糊）
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- "这个对吗？"（缺少上下文）
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- "答案是什么？"（没有提供问题描述）
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**公式显示**：
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AI 回复中的数学公式会自动渲染，支持以下格式：
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- 行内公式：`$公式$` 或 `\(公式\)`
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- 块级公式：`$$公式$$` 或 `\[公式\]`
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## 🎨 界面特色
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### 现代化设计
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- **渐变色标题**：紫色渐变视觉效果
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- **卡片式布局**：分组清晰，层次分明
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- **可滚动知识卡片**：长文档不占据过多空间
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- **可折叠章节**：按需展开知识点
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### 响应式交互
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- **实时更新**：参数改变即时反映在图表上
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- **流式对话**：AI 回复逐字显示
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- **标签页联动**：切换标签自动加载数据
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- **平滑动画**：按钮悬停、卡片滚动效果
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### 知识可视化
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- **嵌入式公式**：页面内直接显示 LaTeX 公式
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- **表格对比**：性能指标、稳定准则表格化
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- **颜色编码**：稳定/不稳定用绿/红色标识
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- **图标辅助**：emoji 增强视觉识别
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## 🛠️ 技术栈
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### 前端框架
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- **Gradio 4.x**：快速构建机器学习 Web 界面
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- **Custom CSS**：现代化样式定制
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### 计算库
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- **NumPy**：数值计算
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- **python-control**：控制系统分析
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- **Matplotlib**：图表绘制
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### AI 集成
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- **aiohttp**：异步 HTTP 请求
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- **DeepSeek API**：智能问答后端
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- **流式响应**：提升用户体验
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## 📁 项目结构
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AutoControl/
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├── app.py # 主应用程序
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├── README.md # 项目文档
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├── API_CONFIG.md # API 配置详细说明（可选）
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├── QUICK_START.md # 快速入门指南（可选）
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└── requirements.txt # 依赖列表（可选）
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```
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## 🔧 高级配置
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### 切换到 Gemini API
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如果您想使用 Google Gemini API：
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```python
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API_KEY = "your-gemini-api-key"
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API_BASE_URL = "https://generativelanguage.googleapis.com/v1beta"
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API_MODEL = "gemini-1.5-flash"
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API_TYPE = "gemini"
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```
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### 自定义系统提示词
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修改 `chat_with_ai` 函数中的 `system_prompt`：
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```python
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system_prompt = """
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||||
你是一位[角色定义]。
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||||
请用[语言风格]来回答有关[领域]的问题。
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||||
[其他要求...]
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||||
"""
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```
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||||
### 调整图表样式
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||||
在 `matplotlib` 绘图代码中修改：
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||||
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||||
```python
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# 修改图表大小
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fig, ax = plt.subplots(figsize=(12, 6))
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# 修改颜色主题
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ax.plot(x, y, color='#667eea', linewidth=2)
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# 修改网格样式
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||||
ax.grid(True, alpha=0.3, linestyle='--')
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```
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## 📚 参考资料
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### 经典教材
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- 《自动控制原理》- 胡寿松
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- 《现代控制工程》- Katsuhiko Ogata
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- 《反馈控制理论》- John Doyle
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### 在线资源
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- [python-control 官方文档](https://python-control.readthedocs.io/)
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||||
- [DeepSeek API 文档](https://platform.deepseek.com/docs)
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||||
- [Gradio 官方文档](https://www.gradio.app/docs)
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## 🤝 贡献指南
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欢迎提交 Issue 和 Pull Request！
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### 贡献方向
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- 🐛 修复 Bug
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- ✨ 添加新功能（如状态空间分析）
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- 📝 改进文档
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- 🎨 优化界面设计
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- 🧪 添加测试用例
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## 📄 许可证
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本项目采用 MIT 许可证。详见 [LICENSE](LICENSE) 文件。
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## 🙏 致谢
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- **Gradio**：提供优秀的 Web 界面框架
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- **python-control**：强大的控制系统分析库
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- **DeepSeek**：高质量的 AI 服务
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- 所有贡献者和使用者
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## 📞 联系方式
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- 项目地址：[GitHub Repository URL]
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- 问题反馈：[Issues URL]
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- 邮箱：[your-email@example.com]
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**⭐ 如果这个项目对您有帮助，请给它一个 Star！**
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最后更新：2025年10月15日
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