【正文】 從NI的發(fā)展規(guī)?？梢钥闯鎏摂M儀器的發(fā)展狀況，世界500強企業(yè)中有85%的制造控制性企業(yè)在應(yīng)用NI的產(chǎn)品，全世界超過5000個實驗室在利用LabVIEW和虛擬儀器教學(xué)生們使用最新的測量和設(shè)計技術(shù)。結(jié)構(gòu)化是指Labview的程序完全支持順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和條件結(jié)構(gòu)3種標準結(jié)構(gòu)，同時又是由模塊化的形式組成的，它的每一個子程序都稱為一個VI，子程序之間可以互相調(diào)用。有些程序如果使用傳統(tǒng)的開發(fā)語言的話可能需要數(shù)周的時間才能夠完成，在采用了LabVIEW之后可能只需要短短的幾個小時就完成了。通過LabVIEW開發(fā)的虛擬儀器是由用戶而不是儀器生產(chǎn)商定義儀器功能的。為了便于使用，LabVIEW還集成了大量的函數(shù)庫以及子程序來幫助完成絕大多數(shù)的編程任務(wù)。而在前面板和程序框圖中各有一個十分重要的選板：控件選板和函數(shù)選板。在編程過程中需要使用前面板控件和指示器時，可以直接打開控件選板，找到相應(yīng)的控件，并拖動到需要的位置即可。程序框圖也叫后面板，與前面板相互對應(yīng)。程序框圖如圖14所示，函數(shù)選板圖15所示。對式（）進行拉氏變換得一階系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： （）一階系統(tǒng)的方框圖如圖21所示Ui（S）Uo（S） 圖21 一階系統(tǒng)方框圖2．1．2 單位階躍響應(yīng)當輸入信號r(t)=1(t)時，系統(tǒng)的響應(yīng)c(t)稱作其單位階躍響應(yīng)。由式（），其輸出的拉氏變換為： ()對分母多項式作因式分解，得到： ()式中，S1,S2是系統(tǒng)的兩個閉環(huán)特征根。時間響應(yīng)為： （）式中，；。2．2．3 二階系統(tǒng)動態(tài)性能指標計算系統(tǒng)只有在欠阻尼條件下能計算性能指標中的超調(diào)量Mp、峰值時間tp和調(diào)節(jié)時間ts。二階系統(tǒng)超調(diào)量為： （）(3)調(diào)節(jié)時間ts：調(diào)節(jié)時間是指在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，%%作為誤差帶，當階躍響應(yīng)曲線到達并不超出該誤差帶所需的最小時間。然而，一個較完善的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征方程一般都是高階方程，求解特征根異常困難，這就限制了時域分析法在高階系統(tǒng)中的應(yīng)用。2．3．2 線性系統(tǒng)根軌跡的繪制依據(jù)根軌跡是指開環(huán)系統(tǒng)某一參數(shù)從零變化到無窮時，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根在s平面上變化的軌跡?，F(xiàn)分述如下：法則1 根軌跡的起點和終點。法則3 根軌跡的漸近線。兩條或兩條以上根軌跡分支在s平面上相遇又立即分開的點，稱為分離點。法則7 根軌跡的起始角與終止角。當時間時，第一項趨于零，所以上述網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)可以表示為 （） 由式（）可知，網(wǎng)絡(luò)對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)仍是一個同頻率的正弦信號，但幅值和相角發(fā)生了變化，其變化取決于頻率。只要用代替?zhèn)鬟f函數(shù)中的，便可得到其頻率特性，即 （）2．4．2 頻率特性的圖示方法用頻率法分析、設(shè)計控制系統(tǒng)時，常常不是從頻率特性的函數(shù)表達式出發(fā)，而是將頻率特性繪制成一些曲線，再從這些曲線出發(fā)進行研究，這就是工程中的圖解分析法。R（S）+H（S）E（S）G2（S）G1（S）C（S） 圖23 被測系統(tǒng)的原理方框圖系統(tǒng)的頻率特性G（jw）是一個復(fù)變量，可以表示成以角頻率w為參數(shù)的幅值和相角： （）上圖所示系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性為： （）根據(jù)式（）可以畫出本系統(tǒng)的奈氏曲線。為減少損耗，校正裝置通常安裝在前向通道中信號能量較低的地方，如圖24所示。（2）滯后校正裝置：滯后校正又稱作積分校正，滯后校正同樣可由電阻、電容所組成的無源網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，或由運算放大器構(gòu)成的有源網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。2．6 非線性系統(tǒng)實驗原理 E（S）R（S）+M=1C（S）2．6．1繼電器型非線性非線性三階系統(tǒng)如圖25所示圖25 繼電器型非線性三階系統(tǒng)2．6．2振幅與角頻率的計算若系統(tǒng)的非線性元件1/N及線性部分的G（jw）的軌跡已知，則：利用交點的虛部為零，求交點的角頻率w，即： （）利用交點在橫坐標上，求自振的振幅X，即： （）這里，繼電型非線性元件3 基于LabVIEW的虛擬實驗系統(tǒng)設(shè)計3．1 一階系統(tǒng)虛擬實驗設(shè)計3．1．1功能描述本系統(tǒng)為自動控制原理中一階系統(tǒng)的虛擬實驗系統(tǒng)，當給一階系統(tǒng)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)，此時系統(tǒng)會畫出傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)曲線，并顯示動態(tài)性能指標。連接方式如圖31所示： 圖31 一階系統(tǒng)程序框圖 3．1．3運行效果當T=1,K=1時程序的運行結(jié)果如圖32所示。（3）切換到程序框圖：添加乘法函數(shù)，混合運算函數(shù)，創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)，“CD Construct Transter Function ”函數(shù)構(gòu)成二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型；添加“CD Draw Transfer Function ”函數(shù)，用于顯示該傳遞函數(shù)模型表達式；添加“CD Step ”函數(shù)，得到二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線，添加“CD Parametric Time ”，顯示二階系統(tǒng)各項性能指標。傳遞函數(shù)輸入方式有兩種（多項式輸入、零極點輸入），兩種方式都是按照升冪輸入。（3）切換到程序框圖：添加“CD Construct Transter Function ”函數(shù)，構(gòu)成傳遞函數(shù)模型；添加“CD Draw Transfer Function ”函數(shù)，顯示傳遞函數(shù)表達式；添加“CD Construct ZeroPoleGain ” 函數(shù)，構(gòu)造傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換零極點模型；添加“CD Draw ZeroPoleGain Equation函數(shù)”，顯示零極點形式的傳遞函數(shù)；添加“CD PoleZero ”函數(shù),顯示傳遞函數(shù)的零極點分布；添加“CD Root ”函數(shù)，繪制傳遞函數(shù)根軌跡；添加“CD Convert to Transfer Function ”函數(shù)，將傳遞函數(shù)模型由零極點形式轉(zhuǎn)換成多項式形式；添加一個條件選擇結(jié)構(gòu)。（2）切換到前面板：添加兩個數(shù)組輸入控件，用于確定傳遞函數(shù)表達式；（2）添加兩個XY圖，分別用于顯示幅頻特性曲線和相頻特性曲線；添加一個傳遞函數(shù)顯示控件，用于顯示傳遞函數(shù)表達式。3．5．2程序設(shè)計（1）啟動LabVIEW，進入儀器編輯環(huán)境。連接方式如圖311所示： 圖311奈氏圖程序框圖3．5．3顯示效果程序運行時，前面板顯示效果如圖312所示。3．6．2設(shè)計步驟（1）啟動LabVIEW，進入儀器編輯環(huán)境。 圖316串聯(lián)校正前面板3．7非線性虛擬實驗設(shè)計3．7．1功能描述本系統(tǒng)為自動控制原理中非線性系統(tǒng)的虛擬實驗系統(tǒng)，鍵入p1,p2,p3,M,k的值即可確定一個非線性系統(tǒng)，此時系統(tǒng)會顯示其傳遞函數(shù)表達式，并繪制奈氏曲線和負導(dǎo)函數(shù)曲線。連接方式如圖317所示。（2）切換到前面板：只需在前面板放置一個選項卡控件（3）切換到程序框圖：添加一個提示用戶登錄控件，放置兩個條件結(jié)構(gòu)，放置兩個相等函數(shù)，放置一個單按鈕對話框。在編程的過程中，需要某個控件時，只要直接拖動到前面板上就可以，進行設(shè)置連接后就可以傳輸數(shù)據(jù)，省去了很多源代碼的編寫麻煩以及參數(shù)傳遞的設(shè)置等。（1）設(shè)計分析了《自動控制原理》中常見的一些實驗。本實驗系統(tǒng)是基于LabVIEW而設(shè)計的，充分利用了其開放、靈活、用軟件代替硬件儀器功能的特點，人機界面友好，學(xué)生容易學(xué)會，使用又很方便，而且還具有很好的可擴展性，不但可以方便的進行軟件模擬硬件實驗，并且還能夠很好的和硬件實驗系統(tǒng)相結(jié)合，進行相應(yīng)的硬件實驗。感恩之情總是難以用語言量度，我謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。在此，我對張老師的指導(dǎo)和幫助表示衷心的感謝！在設(shè)計工作中當我遇到困難的時候，其他的老師、同學(xué)們也都給我提供了很多幫助，對我畢業(yè)設(shè)計的順利完成起到了積極的作用，在此我向他們表示謝意！。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我的指導(dǎo)老師張海霞老師對我精心指導(dǎo)，從畢業(yè)設(shè)計的開始到結(jié)束，張老師時時關(guān)心我的進度，指導(dǎo)我的思想，幫我理清思路，讓我有了學(xué)習(xí)和設(shè)計的方向。參考文獻：1高國燊 自動控制原理 華南理工大學(xué)出版社2鄭對元 精通LabVIEW虛擬儀器程序設(shè)計 清華大學(xué)出版社3曹戈 MATLAB教程及實例 機械工程出版社4申焱華, 王汝杰, 雷振山. LabVIEW入門與提高范例教程. 北京: 中國鐵道出版社, 20065楊樂平, 李海濤, 楊磊. LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用(第二版). 北京: 電子工業(yè)出版社, 6張銳, 陳勵軍. 自動控制原理與應(yīng)用. 北京: 國防工業(yè)出版社, 20037李剛, 林凌等. LabVIEW—易學(xué)易用的計算機圖形化編程語言. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社8溫紅艷, 高靜濤. 基于虛擬儀器的實驗研究[J]. 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報, 20059劉君華. 基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2001周泌, 汪樂宇, 陳祥獻等. 虛擬儀器系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計. 計算機測量與控制10吳志鋒. 基于Web的虛擬儀器技術(shù)[J]. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社11楊樂平, 里海濤, 趙勇. LabVIEW高級程序設(shè)計. 北京: 清華大學(xué)出版社, 200112史延齡. 虛擬示波器的設(shè)計研究. 儀表技術(shù), 200113李玉柏, 彭啟綜. 虛擬儀器關(guān)鍵技術(shù)分析，電子測量與儀器學(xué)報, 200614張毅等. 虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用, 北京: 機械工業(yè)出版社, 2004.15周求湛, 錢志鴻, 劉萍萍, 戴宏亮等. 虛擬儀器與LabVIEW7Express程序設(shè)計. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 200416楊樂手, 李海濤, 肖相生. LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用[M ]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2001 致 謝大學(xué)畢業(yè)設(shè)計的完成，標志著我生命中最難忘的學(xué)生時代即將結(jié)束，盡管有百般不舍，但是這一天終究會來臨?；谔摂M儀器技術(shù)的實驗教學(xué)系統(tǒng)減少了實驗所需的硬件設(shè)備。在實驗教學(xué)中廣泛深入地應(yīng)用虛擬儀器既有利于促進加快實驗室建設(shè)進度又有利于改進實驗教學(xué)方法。圖320 登陸界面4 結(jié)論虛擬儀器技術(shù)是當今的科學(xué)技術(shù)的重要領(lǐng)域之一，也是以后在各種工程、教學(xué)、研究等方面應(yīng)用非常廣泛的一項重要的技術(shù)。在正確的登陸以后，進入到主程序，在主程序中包含了所有的“自動控制原理”課程常見實驗，可以對它們進行有選擇性的操作。（2）切換到前面板：添加五個數(shù)值輸入控件，分