【正文】 畢業(yè)設計是大學期間我們經(jīng)歷的最后一次綜合性的考核。（2）應用LabVIEW軟件實現(xiàn)了包含《自動控制原理》課程常見實驗的虛擬實驗系統(tǒng)。連接方式如圖319所示：319登錄程序框圖3．8．3顯示效果登陸時，顯示效果如圖320所示。3．7．2設計步驟（1）啟動LabVIEW，進入儀器編輯環(huán)境。 圖312奈氏圖前面板3．6 串聯(lián)校正虛擬實驗設計3．6．1功能描述本系統(tǒng)為自動控制原理中串聯(lián)校正虛擬實驗系統(tǒng)。 添加一個簇顯示控件，用于顯示傳遞函數(shù)的裕度值?？赏ㄟ^按鈕切換。 圖32 一階系統(tǒng)前面板3．2 二階系統(tǒng)虛擬實驗設計3．2．1功能描述本系統(tǒng)為自動控制原理中二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應的虛擬實驗系統(tǒng)，當給二階系統(tǒng)的兩個結構參數(shù)和分別輸入不同值時，系統(tǒng)會可以顯示出該二階系統(tǒng)的單位階躍響應曲線，并顯示出動態(tài)性能指標：超調(diào)量Mp、峰值時間tp和調(diào)節(jié)時間ts等。前者稱為無源滯后網(wǎng)絡，后者稱為有源滯后網(wǎng)絡。采用對數(shù)幅頻特性和相頻特性表示為： （） （）根據(jù)式（）和式（）分別計算出各個頻率下的開環(huán)對數(shù)幅值和相位，再根據(jù)計算出的數(shù)值分別畫出幅頻特性和相頻特性曲線。若將輸出的穩(wěn)態(tài)響應與輸入正弦信號用復數(shù)表示，并求它們的復數(shù)比，可以得到 （）式中； 。分離點坐標d是式（223）的解。根軌跡起始于開環(huán)極點，終于開環(huán)零點。1948年， Evans根據(jù)反饋控制系統(tǒng)中開、閉環(huán)傳遞函數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，提出了求解閉環(huán)特征方程的根的圖解方法——根軌跡法。根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)性能指標的定義和系統(tǒng)欠阻尼單位階躍響應的表達式，可以導出系統(tǒng)性能指標通過其特征參數(shù)和表達的計算式。對上式兩端取拉氏反變換，可以求出系統(tǒng)的單位階躍響應表達式。 圖14 VI程序框圖 圖15 函數(shù)選板2 自動控制原理中常見實驗的原理2．1 一階系統(tǒng)實驗原理2．1．1 數(shù)學模型的建立自動控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是一個復變量s的真有理分式，若分母階次為1，則稱為一階系統(tǒng)。由于控件較多，一時找不到，可以在控件面板上通過“搜索”命令來查找。在使用這些子函數(shù)的時候，可以忘掉傳統(tǒng)編程語言中的令人頭痛的指針操作、內(nèi)存分配等編程問題。因為LabVIEW是專門設計為用來完成數(shù)據(jù)的采集、分析以及顯示的。1．3 虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW1．3．1 LabVIEW的概述LabVIEW 是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的縮寫，意思就是“實驗室虛擬儀器工程平臺”。這是一次里程碑式的改進，為以后虛擬儀器的發(fā)展提供了良好的基礎。虛擬儀器的關鍵是軟件。這些操作過程簡單、快捷，儀器功能選擇、參數(shù)設置和顯示等都可以通過友好的人機對話來實現(xiàn)；（5）開發(fā)時間少，高效的軟件構架與計算機、儀器儀表和通信方面的最新技術結合在一起，使開發(fā)過程相當快。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有更大的應用范圍，因此它成為儀器行業(yè)發(fā)展的一個重要方向，并受到許多國家儀器行業(yè)的重視。虛擬儀器配置了多種相應的I/O接口設備進行數(shù)據(jù)采集，用不同功能的測試軟件對數(shù)據(jù)信號進行分析處理及顯示，構成一整套的虛擬測試系統(tǒng)。并且學生在實驗時不必擔心順壞儀器，讓學生在學習枯燥的理論課程的同時，從實驗課程中找到學習的樂趣，極大的提高學生的學習興趣，激發(fā)學生自主學習的積極性。另外，MATLAB軟件模擬實驗往往需要學生對其有一定的了解，這對低年級的學生來說有一定的困難。通過實驗教學，可以加深學生對教學內(nèi)容的理解，同時培養(yǎng)學生動手能力，鍛煉學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、決解問題的能力。[1] [M].北京,科學出版社,2007.[2] (第二版)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007.[3] [M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.[4] Jeffrey Travis 著 喬瑞萍 (第三版)[M].北京: 電子工業(yè)出版社,2008.[5] [J].上海:實驗室研究與探索,2005(增刊).[6] [M].北京:清華大學出版社，2012. 畢業(yè)設計（論文）進度表武漢紡織大學畢業(yè)設計（論文）進度表序號起止日期計劃完成內(nèi)容實際完成情況檢查人簽名檢查日期120150101至20150125確定課題方向，查找與課題相關的文獻資料220150126至20150310確定研究方案與步驟，撰寫開題報告320150311至20150401進行設計的總體規(guī)劃420150402至20150420學習LabVIEW和Matlab軟件，復習自動控制原理等理論知識520150421至2015052設計LabVIEW虛擬實驗系統(tǒng)并進行Matlab仿真62015053至20150520撰寫畢業(yè)設計論文，按時提交初稿720150521至20150523修改論文820150524進行畢業(yè)答辯注：，一份學院留存，一份發(fā)給學生。（7）非線性系統(tǒng)虛擬實驗設計最后通過學習計算機仿真軟件Matlab，對所設計系統(tǒng)進行驗證。 關鍵詞：虛擬儀器、 自動控制原理實驗、 LabVIEW ABSTRACT This paper is based on Virtual Instrument software LabVIEW of NI graphical software programming and integrated development environment to achieve the ``Automatic Control Theory``Virtual experiment system design. To solve the problem encountered in actual expriment teaching of ``Automatic Control Theory`` in universities and meet the need of experiment teaching revolution. Firstly, Introduce the Virtual Instrument briefly in the paper, including the form, classification， application and the use of graphics mode software LabVIEW. Then introduces the它可靠的數(shù)值計算和符號計算功能、簡單易學的編程語言、強大的圖形功能以及為數(shù)眾多的應用工具箱以及像“草稿紙”一樣的工作空間是區(qū)別于其它科技應用軟件的顯著特點。在實驗教學課程中采用虛擬儀器技術，不僅大大節(jié)約了經(jīng)費，還可以提高實驗室建設水平，滿足大學實驗課程不斷改革的現(xiàn)實需要，為大學實驗課程建設提供了一條可行的途徑。它充分利用了計算機的優(yōu)勢，可以對數(shù)據(jù)進行大量的計算和存儲。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展和完善，還可以通過網(wǎng)絡實現(xiàn)儀器的遠程調(diào)試和控制。其軟件適用性強，只需修改程序和部分硬件就能開發(fā)出不同的測試系統(tǒng)；（3）智能化程度高，虛擬儀器相關的軟件應用簡單，功能強大，集成了大量常用工具。1．2．3 虛擬儀器的構成 虛擬儀器的構成主要包括三部分：數(shù)據(jù)輸入部分(包括模擬量輸入和數(shù)字量輸入)，數(shù)據(jù)輸出部分(包括模擬量輸出和數(shù)字量輸出)，數(shù)據(jù)處理部分(包括數(shù)據(jù)的處理控制和顯示等)。世界上最早開發(fā)虛擬儀器的公司是National Instrument(簡稱NI)公司。由于虛擬儀器具有先進的性能和廣泛的應用前景，在NI公司之后還有很多知名廠商加入到虛擬儀器的研發(fā)中。LabVIEW所采用的圖形化開發(fā)語言又叫做G（表示graphical）語言。通過LabVIEW就可以用傳統(tǒng)儀器幾分之一的價格創(chuàng)建一個用戶所需要的虛擬儀器。此界面主要是顯示用戶輸入和輸出兩類對象，如開關、旋鈕、圖形及其他控件和顯示對象。這里是編程的重點，也是難點。對式（）進行拉氏變換得二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為: ()引入?yún)?shù)w=1/T,稱作二階系統(tǒng)的自然頻率，單位為rad/s。時間響應為： （）(3)過阻尼響應：阻尼比時，系統(tǒng)的響應稱為過阻尼響應。工程上，通常用下列二式近似計算調(diào)節(jié)時間。2．3．3 線性系統(tǒng)根軌跡的繪制基本法則只要掌握根軌跡的一些共性及某些特征點，就可以不用或少用試探發(fā)而又較快的繪制出復雜系統(tǒng)的根軌跡，從而達到事半功倍的效果。實軸上的某一區(qū)域，若其右邊開環(huán)實數(shù)零、極點個數(shù)之和為奇數(shù)，則該區(qū)域必是根軌跡。一個RC串聯(lián)網(wǎng)絡，其微分方程為： （）式中。下面分別介紹兩種曲線的繪制。超前校正裝置即可用RC無源網(wǎng)絡組成，又可由運算放大器加入適當電路的有源網(wǎng)絡組成。（2）切換到前面板：添加兩個數(shù)值輸入控件，將控件標簽分別改為K和T,作為本一階系統(tǒng)的兩個輸入?yún)?shù)；添加傳遞函數(shù)顯示控件，用于顯示一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)；添加置XY圖顯示控件，顯示一階系統(tǒng)階躍響應曲線；添加簇顯示控件，顯示一階系統(tǒng)動態(tài)性能指標參數(shù)。圖34 二階系統(tǒng)前面板（） 圖35二階系統(tǒng)前面板（） 圖36二階系統(tǒng)前面板（阻尼比為1）3．3 根軌跡虛擬實驗設計3．3．1功能描述本系統(tǒng)為自動控制原理中求解傳遞函數(shù)根軌跡的虛擬實驗系統(tǒng)。圖38根軌跡前面板3．4 頻率特性之伯德圖虛擬實驗設計3．4．1功能描述本系統(tǒng)為伯德圖繪制虛擬實驗系統(tǒng)，當輸入分子多項式、分母多項式即可顯示所確定的開環(huán)傳遞函數(shù)表達式，并顯示其幅頻特性、相頻特性圖像及各種裕度，從而可以判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性能指標。 添加一個簇顯示控件，用于顯示傳遞函數(shù)的裕度值及特征頻率。（3）切換到程序框圖：添加一個選擇結構；添加六個創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)，選擇結構的每一幀放置兩個；第一幀內(nèi)需添加一個乘法函數(shù)和“CD Construct Transfer Function ”函數(shù)；第二需添加一個乘法函數(shù)和“CD Construct Transfer Function ”函數(shù)；第三幀需添加兩個乘法函數(shù)，兩個加法函數(shù)，一個除法函數(shù)，“一個CD Construct Transfer Function ”函數(shù)；條件結構外需放置一個“CD Construct Transfer Function ”函數(shù)，三個“CD Draw Transfer Function Equation .vi”函數(shù)，兩個“CD unit ”函數(shù)，兩個“