【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)期間我們經(jīng)歷的最后一次綜合性的考核。（2）應(yīng)用LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)了包含《自動(dòng)控制原理》課程常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)的虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)，顯示效果如圖320所示。3．7．2設(shè)計(jì)步驟（1）啟動(dòng)LabVIEW，進(jìn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3．6．1功能描述本系統(tǒng)為自動(dòng)控制原理中串聯(lián)校正虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 添加一個(gè)簇顯示控件，用于顯示傳遞函數(shù)的裕度值?？赏ㄟ^(guò)按鈕切換。 圖32 一階系統(tǒng)前面板3．2 二階系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3．2．1功能描述本系統(tǒng)為自動(dòng)控制原理中二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，當(dāng)給二階系統(tǒng)的兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)和分別輸入不同值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)可以顯示出該二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，并顯示出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：超調(diào)量Mp、峰值時(shí)間tp和調(diào)節(jié)時(shí)間ts等。前者稱為無(wú)源滯后網(wǎng)絡(luò)，后者稱為有源滯后網(wǎng)絡(luò)。采用對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性表示為： （） （）根據(jù)式（）和式（）分別計(jì)算出各個(gè)頻率下的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅值和相位，再根據(jù)計(jì)算出的數(shù)值分別畫(huà)出幅頻特性和相頻特性曲線。若將輸出的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)與輸入正弦信號(hào)用復(fù)數(shù)表示，并求它們的復(fù)數(shù)比，可以得到 （）式中； 。分離點(diǎn)坐標(biāo)d是式（223）的解。根軌跡起始于開(kāi)環(huán)極點(diǎn)，終于開(kāi)環(huán)零點(diǎn)。1948年， Evans根據(jù)反饋控制系統(tǒng)中開(kāi)、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(dòng)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，可以導(dǎo)出系統(tǒng)性能指標(biāo)通過(guò)其特征參數(shù)和表達(dá)的計(jì)算式。對(duì)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。 圖14 VI程序框圖 圖15 函數(shù)選板2 自動(dòng)控制原理中常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)的原理2．1 一階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理2．1．1 數(shù)學(xué)模型的建立自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是一個(gè)復(fù)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(shí)找不到，可以在控件面板上通過(guò)“搜索”命令來(lái)查找。在使用這些子函數(shù)的時(shí)候，可以忘掉傳統(tǒng)編程語(yǔ)言中的令人頭痛的指針操作、內(nèi)存分配等編程問(wèn)題。因?yàn)長(zhǎng)abVIEW是專門設(shè)計(jì)為用來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集、分析以及顯示的。1．3 虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW1．3．1 LabVIEW的概述LabVIEW 是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的縮寫(xiě)，意思就是“實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)”。這是一次里程碑式的改進(jìn)，為以后虛擬儀器的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。虛擬儀器的關(guān)鍵是軟件。這些操作過(guò)程簡(jiǎn)單、快捷，儀器功能選擇、參數(shù)設(shè)置和顯示等都可以通過(guò)友好的人機(jī)對(duì)話來(lái)實(shí)現(xiàn)；（5）開(kāi)發(fā)時(shí)間少，高效的軟件構(gòu)架與計(jì)算機(jī)、儀器儀表和通信方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起，使開(kāi)發(fā)過(guò)程相當(dāng)快。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有更大的應(yīng)用范圍，因此它成為儀器行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向，并受到許多國(guó)家儀器行業(yè)的重視。虛擬儀器配置了多種相應(yīng)的I/O接口設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，用不同功能的測(cè)試軟件對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分析處理及顯示，構(gòu)成一整套的虛擬測(cè)試系統(tǒng)。并且學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)不必?fù)?dān)心順壞儀器，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)枯燥的理論課程的同時(shí)，從實(shí)驗(yàn)課程中找到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，極大的提高學(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。另外，MATLAB軟件模擬實(shí)驗(yàn)往往需要學(xué)生對(duì)其有一定的了解，這對(duì)低年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的困難。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、決解問(wèn)題的能力。[1] [M].北京,科學(xué)出版社,2007.[2] (第二版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.[3] [M].北京:機(jī)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(shí)驗(yàn)室研究與探索,2005(增刊).[6] [M].北京:清華大學(xué)出版社，2012. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度表武漢紡織大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度表序號(hào)起止日期計(jì)劃完成內(nèi)容實(shí)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(guān)的文獻(xiàn)資料220150126至20150310確定研究方案與步驟，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告320150311至20150401進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃420150402至20150420學(xué)習(xí)LabVIEW和Matlab軟件，復(fù)習(xí)自動(dòng)控制原理等理論知識(shí)520150421至2015052設(shè)計(jì)LabVIEW虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行Matlab仿真62015053至20150520撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，按時(shí)提交初稿720150521至20150523修改論文820150524進(jìn)行畢業(yè)答辯注：，一份學(xué)院留存，一份發(fā)給學(xué)生。（7）非線性系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)最后通過(guò)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)仿真軟件Matlab，對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器、 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)、 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(jì)算和符號(hào)計(jì)算功能、簡(jiǎn)單易學(xué)的編程語(yǔ)言、強(qiáng)大的圖形功能以及為數(shù)眾多的應(yīng)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(yīng)用軟件的顯著特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中采用虛擬儀器技術(shù)，不僅大大節(jié)約了經(jīng)費(fèi)，還可以提高實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平，滿足大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程不斷改革的現(xiàn)實(shí)需要，為大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)提供了一條可行的途徑。它充分利用了計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的計(jì)算和存儲(chǔ)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和完善，還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)儀器的遠(yuǎn)程調(diào)試和控制。其軟件適用性強(qiáng)，只需修改程序和部分硬件就能開(kāi)發(fā)出不同的測(cè)試系統(tǒng)；（3）智能化程度高，虛擬儀器相關(guān)的軟件應(yīng)用簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，集成了大量常用工具。1．2．3 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器的構(gòu)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(kāi)發(fā)虛擬儀器的公司是National Instrument(簡(jiǎn)稱NI)公司。由于虛擬儀器具有先進(jìn)的性能和廣泛的應(yīng)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(kāi)發(fā)語(yǔ)言又叫做G（表示graphical）語(yǔ)言。通過(guò)LabVIEW就可以用傳統(tǒng)儀器幾分之一的價(jià)格創(chuàng)建一個(gè)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(duì)象，如開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形及其他控件和顯示對(duì)象。這里是編程的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。對(duì)式（）進(jìn)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(shí)間響應(yīng)為： （）(3)過(guò)阻尼響應(yīng)：阻尼比時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)稱為過(guò)阻尼響應(yīng)。工程上，通常用下列二式近似計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)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(diǎn)，就可以不用或少用試探發(fā)而又較快的繪制出復(fù)雜系統(tǒng)的根軌跡，從而達(dá)到事半功倍的效果。實(shí)軸上的某一區(qū)域，若其右邊開(kāi)環(huán)實(shí)數(shù)零、極點(diǎn)個(gè)數(shù)之和為奇數(shù)，則該區(qū)域必是根軌跡。一個(gè)RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，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(wú)源網(wǎng)絡(luò)組成，又可由運(yùn)算放大器加入適當(dāng)電路的有源網(wǎng)絡(luò)組成。（2）切換到前面板：添加兩個(gè)數(shù)值輸入控件，將控件標(biāo)簽分別改為K和T,作為本一階系統(tǒng)的兩個(gè)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(yīng)曲線；添加簇顯示控件，顯示一階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3．3．1功能描述本系統(tǒng)為自動(dòng)控制原理中求解傳遞函數(shù)根軌跡的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。圖38根軌跡前面板3．4 頻率特性之伯德圖虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3．4．1功能描述本系統(tǒng)為伯德圖繪制虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，當(dāng)輸入分子多項(xiàng)式、分母多項(xiàng)式即可顯示所確定的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)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(biāo)。 添加一個(gè)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(gè)選擇結(jié)構(gòu)；添加六個(gè)創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)，選擇結(jié)構(gòu)的每一幀放置兩個(gè)；第一幀內(nèi)需添加一個(gè)乘法函數(shù)和“CD Construct Transfer Function ”函數(shù)；第二需添加一個(gè)乘法函數(shù)和“CD Construct Transfer Function ”函數(shù)；第三幀需添加兩個(gè)乘法函數(shù)，兩個(gè)加法函數(shù)，一個(gè)除法函數(shù)，“一個(gè)CD Construct Transfer Function ”函數(shù)；條件結(jié)構(gòu)外需放置一個(gè)“CD Construct Transfer Function ”函數(shù)，三個(gè)“CD Draw Transfer Function Equation .vi”函數(shù)，兩個(gè)“CD unit ”函數(shù)，兩個(gè)“