【正文】 LAB 文件寫入節(jié)點(diǎn)內(nèi)。)。 G=10/(j*w1*(j*w1+1)*(j*w1+2))。,X)。 ，完成后見附錄 II圖 8。 for X=::10 x=pi*X/4。) hold on end n=[0 0 0 10]。 40 圖 非線性部分 1/N 與線性部分的 G（ jw）軌跡 通過在 matlab 中編程得到的結(jié)果，可知 非線性系統(tǒng)自振的振幅 X 和角頻率 w在 Matlab 下仿真 所得結(jié)果和 labview 仿真的結(jié)果相同。因此，設(shè)計(jì)一個程序，在其前面板上僅顯示帶有其它程序名稱的按鈕，點(diǎn)要操作程序的名稱即可進(jìn)入相應(yīng)程序的界面，進(jìn)入該程序進(jìn)行操作后還會返回主程序的前面板，繼續(xù)進(jìn) 行對其它程序的選擇。本文基于 LabVIEW 的自動控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決了各校在 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遇到的困難。 ③利用 Matlab 語言編程進(jìn)行對比分析，進(jìn)行正確性驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示一致。 ②應(yīng)用 Labview 編程語言實(shí)現(xiàn)了包含“自動控制原理”課程常見實(shí)驗(yàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 42 圖 主程序的儀器面板 在主程序的程序框圖設(shè)計(jì)見附錄 II圖 9。 圖 登入系統(tǒng)的儀器面板 其程序框圖設(shè)計(jì)如附錄 II圖 10。 G=tf(n,d)。 plot(x,y,39。 39 圖 非線性系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果 在 Matlab中繪制系統(tǒng)的 1/N 與 G（ jw）軌跡 在振幅與角頻率的計(jì)算過程中，用到了系統(tǒng)的非線性元件 1/N 軌跡及線性部分的 G（ jw）軌跡，因此在 Matlab 中做了如下的編程，進(jìn)行圖形的繪制。 X=eval(X)。 X=solve(39。 w1=w(1)。 w=solve(39。 2個 Numeric 控件，功能是輸出非線性系統(tǒng)的角頻率和振幅； 1個 OK Button 控件，功能是可以退出該實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果如圖 所示。 b．執(zhí)行 Functions》 All Functions》 Array》 Reshape Array 操作，功能是將輸出變量 t 和 y 的維數(shù)統(tǒng)一。 den=[1 4 25]。 sys=feedback(s1,1)。 輸出變量 類型 t 2D Array of Real y 2D Array of Real p 2D Array of Real 然后，將下面的 MATLAB 文件寫入節(jié)點(diǎn)內(nèi)。 功能闡述 本系統(tǒng)為自動控制原理中系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以求出系統(tǒng)的閉環(huán)特征根，根據(jù)此根判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且輸出單位階躍響應(yīng)曲線進(jìn)行系統(tǒng)35 穩(wěn)定性的驗(yàn)證。 ，運(yùn)行 運(yùn)行結(jié)果如圖 所示。fhase deg39。 grid on xlabel(39。 ylabel(39。)。 hold on semilogx(w1,pha)。 figure(1) [mag,pha,w1]=bode(num,den,w)。 圖 頻率特性儀器面板 5個 Array 控件，功能是輸入傳遞函數(shù)分子和分母參數(shù)值，輸出幅值、相位和頻率； 2 個 XY Graph 控件，功能是顯示幅頻特性曲線和相頻特性曲線； 1 個OK Button 控件，功能是可以退出到主程序界面。仿真結(jié)果如圖 和 所示。 b．執(zhí)行 Functions》 All Functions》 Array》 Reshape Array 操作，功能是將輸出變量 t 和 y 的維數(shù)統(tǒng)一。 s5=s1*s2*s3*s3。 y1=step(sys1)。)。 d1=conv([1 0],[ 1])。 1個 Numeric 控件，功能是輸入未校正采樣系統(tǒng)的采樣周期； 2 個 XY Graph 控件，功能 是分別顯示校正前、后的單位階躍響應(yīng)曲線； 1 個 OK Button 控件，功能是可以退出到主程序界面。 圖 采樣系統(tǒng) Matlab 仿真 設(shè)置 采樣系統(tǒng)的采樣時間 T=，在 Matlab 下仿真 所得結(jié)果和 labview 仿真的結(jié)果相同 。 c. 連線，完成后見附錄 II 圖 4。 sys=tf(num,den,T)。 2. 程序框圖設(shè)計(jì) Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸入、輸出變量。 圖 系統(tǒng)校正前的 Matlab 仿真 26 圖 系統(tǒng)校正后的 Matlab 仿真 分別 設(shè)置 未校正系統(tǒng)的阻尼比為 和角頻率為 ，在 Matlab 下仿真 所得結(jié)果和 labview 仿真的結(jié)果相同。 c. 連線，完成后見 附錄 II 圖 3。 sys2=feedback(sope,1)。 n2=[ 1]。 t1=0::6。 n1=1。 4個 Numeric 控件，功能是輸入未校正系統(tǒng)的阻尼比和角頻率的值，輸出超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間的值； 1個 XY Graph 控件，功能是輸出未校正系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間；1個 OK Button 控件，功能是可以退出到主程序界面。 22 圖 臨界阻尼情況下 Matlab 仿真 分別 設(shè)置二階系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù) ? =1 和 ? =5，在 臨界阻尼情況下 Matlab 仿真 所得結(jié)果和 labview 仿真的結(jié)果相同。 20 3. 保存，運(yùn)行 欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼三種情況下的運(yùn)行結(jié)果分別如圖 、 和 所示。 t=0::5。 ts=4/(zeta*omegan)。 19 圖 二階系統(tǒng)儀器面板 2. 程序框圖設(shè)計(jì) Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸入、輸出變量。 18 圖 一階系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié) Matlab 仿真 分別設(shè)置時間常數(shù) T= 和放大倍數(shù) K=1 的值，所得結(jié)果和 labview 仿真的結(jié)果相同。 c. 連線，完成見附錄圖一。 sys=tf(num,den)。 圖 一階系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)儀器面板 2. 程序框圖設(shè)計(jì) a. 執(zhí)行 Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，添加如下的輸入、輸出變量。 圖 主程序設(shè)計(jì)程序框圖 開始 參數(shù)設(shè)置 調(diào)用 MATLAB 程序 結(jié)果顯示 返回 一階系統(tǒng) 二階系統(tǒng) 校正系統(tǒng) 采樣系統(tǒng) 采 樣系統(tǒng)校正 頻率特性 穩(wěn)定性 非線性系統(tǒng) 進(jìn)入系統(tǒng) 登入系統(tǒng) 15 圖 登陸系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖 開始 進(jìn)入主程序 Labview 界面 退出按鈕 16 第 4 章 基于 Labview 的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 功能闡述 本系統(tǒng)為自動控制原理中一階系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，當(dāng)給一階系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的兩個特征參數(shù) K 和 T 分別輸入不同值時，可以確定不同的傳遞函數(shù)，據(jù)此可以畫出一階系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng) 曲線。 總體設(shè)計(jì)的流程圖如圖 所示。 圖 繼電型非線性三階系統(tǒng)的原理方框圖 振幅與角頻率的計(jì)算 若系統(tǒng)的非線性元件 1/N 及線性部分的 G（ jw）的軌跡已知，則： 利用交點(diǎn)的虛部為零，求交點(diǎn)的角頻率 w，即： 0)](Im[ ?jwG 式 () 利用交點(diǎn)在橫坐標(biāo)上，求自振的振幅 X，即： E（ S） R（ S） + M=1 )2)(1( 10 ?? SSS C（ S） 12 )](R e[1 AjwGN ?? 式 () 這里，繼電型非線性元件 XMN ?4? 13 第 3 章 程序方案設(shè)計(jì) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：應(yīng)用 Labview 編程語言實(shí)現(xiàn)包含“自動控制原理”課程常見 8個虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是系統(tǒng)特征方 程的全部根，或者系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的全部極點(diǎn)都位于 S左半平面。 )( 25?SS SeTS??1 X（ S） + — — R（ S） SeTS??1 )( 30?SS + C（ S） 10 圖 校正后采樣系統(tǒng)的原理方框圖 被測系統(tǒng)的原理方框圖如圖 所示。 圖 “采樣 — 保持器”原理方框圖 數(shù)學(xué)模型的介紹 閉環(huán)采樣 控制系統(tǒng)原理方框圖如圖 所示。 圖 校正后系統(tǒng)的方框圖 擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 采樣系統(tǒng)是將采樣器位于系統(tǒng)中，將連續(xù)系統(tǒng)離散化。根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)的定義和系統(tǒng)欠阻尼單位階躍響應(yīng)的表達(dá)式 ，7 可以導(dǎo)出系統(tǒng)性能指標(biāo)通過其特征參數(shù) ? 和 ? 表達(dá)的計(jì)算式。 b. 臨界阻尼響應(yīng) 阻尼比 1?? 時，系統(tǒng)的響應(yīng)稱為臨界阻尼響應(yīng)。 對上式兩端取拉氏反變換，可以求出系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)表達(dá)式。 對式 進(jìn)行拉氏變換得二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 : 121)( )()( 22 ????? TsSTSR SCS ? 式 () 引入?yún)?shù) T/1?? ，稱作二階系統(tǒng)的自然頻率，單位為 rad/s。 數(shù)學(xué)模型的介紹 可以用一階微分方程描述的系統(tǒng)稱為一階系統(tǒng)，一階系統(tǒng)的運(yùn)動方程具有如下的一般形式： )()()( trtcdttdcT ?? 式 () 式中， T 為慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，代表系統(tǒng)的慣性； c（ t）和 r（ t）分別是系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號。它主要的方便就是，一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)，不斷完善中在驅(qū)動和應(yīng)用兩個層面上，優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺已經(jīng)將其高效的軟件構(gòu)架與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起，給用戶提供最方便的、最靈活的操作以及強(qiáng)大的功能，讓用戶輕松地配置、創(chuàng)建、部署和維護(hù)高性能、低成本的測量和控制解決方案。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。 LabVIEW（ Lboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的 數(shù)據(jù)采集 和儀器控制軟件。學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時不必?fù)?dān)心弄壞儀3 器，可以極 大地 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。虛擬儀器價格低，而且其基于軟件的體系結(jié)構(gòu)還大大節(jié)省了開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。虛擬儀器用戶可以才艮據(jù)自己的需要靈活地定義儀器的功能，通過不同功能模塊的組合可構(gòu)成多種儀器，而不必受限于儀器廠商提供的特定功能。 鑒于 Labview可以通過調(diào)用控件 ，實(shí)現(xiàn) Labview與 Matlab的混合編程，充分發(fā) 揮兩者的優(yōu)勢。它是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。一般稱這個 I/0 函數(shù)庫為 VISA 庫。可以完成模擬實(shí)驗(yàn)，以便更好的幫助學(xué)生理解、消化、吸收學(xué)習(xí)內(nèi)容，重點(diǎn)解決教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過程中的一些難點(diǎn)問題。但是，由于 Matlab的局限性，不能鍛煉學(xué)生的動手能力和硬件調(diào)試能力，并且軟件模擬實(shí)驗(yàn)給學(xué)生的印象并不如硬件實(shí)驗(yàn)?zāi)菢由羁?。學(xué)生 對課文中的理論學(xué)習(xí)缺乏主觀積極性和學(xué)習(xí)興趣，而實(shí)踐教學(xué)過程中能充分調(diào)動學(xué)生的積極 參與意識和表現(xiàn)意識，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論的最好方法，而理論又是指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的最好依據(jù)。在高等工程教育中采用虛擬實(shí)驗(yàn)室，可以從根本上解決實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重短缺問題。 ) 單位階躍響應(yīng)概括 .........................................................................................(4)