【正文】 VIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。 圖 24 串聯(lián)校正常見結(jié)構(gòu) 2． 5． 2串聯(lián)矯正裝置 （ 1） 超前校正裝置 :超前校正又稱微分校正。控制工程中常用的頻率特性圖示法有兩種：幅相頻率特性曲線（又稱奈氏曲線）、對(duì)數(shù)頻率特性曲線（又稱伯德圖 ，分為幅頻特性和相頻特性 ）。根軌跡離開開環(huán)復(fù)數(shù)極點(diǎn)處的切線與正實(shí)軸的夾角為起始角 : )(1 )(1p ? ?? ?????mjnijj pppz ijiji ???? （ ） 根軌跡進(jìn)入開環(huán)復(fù)數(shù)零點(diǎn)處切線與正實(shí)軸的夾角為終止角： )()(1 1z ? ??? ????mijjnj zpzz ijiji ???? () 2． 4 頻率特性 實(shí)驗(yàn)原理 2． 4． 1 頻率特性的定義 首先我們用一個(gè)簡單的電路說明頻率特性的基本概念。當(dāng)開環(huán)有限極點(diǎn)數(shù) n 大于有限零點(diǎn)數(shù) m 時(shí)，有 nm條根軌跡分支沿著與實(shí)軸交角為 ? a、交點(diǎn)為σ a的一組漸近線趨向無窮遠(yuǎn)處，且有： ）（ 1...2,1,0k)12(a ?????? mnmnk ?? （ ） mn zpnimjjia ??? ? ?? ?1 1? （ ） 法則 4 根軌跡在實(shí)軸上的分布。 閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程： 0)()(1 ?? sHsG （ ）根軌跡方程： 1)()(K1m1 ????????niijjpszs （ ） 由此得到幅值條件： ??????? mjjiizsps1n1K （ ） 相角條件： ??? )12(1m1 ??? ?? ?? kni ij j （ ） 經(jīng)過分析可知，相角條件是確定根軌跡 s平面上一點(diǎn)是否在根軌跡上的充分必要條件。調(diào)節(jié)時(shí)間又成為過渡時(shí)間。 (2)臨界阻尼響應(yīng) ： 阻尼比 1?? 時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)稱為臨界阻尼響應(yīng)。拉氏變換為： STSSRSSC 111)()()( ????? （ ） 兩端去拉氏 反變換，求的其單位階躍響應(yīng)為： Ttetc ???1)( () 2． 2 二 階系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理 2． 2． 1 數(shù)學(xué)模型的建立 運(yùn)動(dòng)方程為二階微分方程的控制系統(tǒng)稱為二階系統(tǒng)，二階系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程具有如下的一般 形式 ： )()()(2)(222 trtcdt tdcTdt tcdT ??? ? （ ）式中 LCT? — 二階系 統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，單位為秒； LCR2?? — 二階系統(tǒng)的阻尼比，無量綱。后面板主要是設(shè)置程序中前面板控件的接線端口及一些只在后臺(tái)運(yùn)行的函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。 1 前面板（ front panel） 前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板 。一臺(tái)計(jì)算機(jī)、數(shù) 采板卡和 LabVIEW 的結(jié)合就能夠變成一個(gè)可配置的虛擬儀器來完成用戶設(shè)定的任務(wù)。所謂解釋型是指用 Labview 開發(fā)的軟件無法在 Windods 操作系統(tǒng)下直接運(yùn)行，所以軟件必須在 Labview 的平臺(tái)支持下運(yùn)行，也就是說 Labview 不能生成真正的可執(zhí)行文件。隨后，通過 NI公司的研發(fā)，使 虛擬儀器的功能越來越強(qiáng)大，如現(xiàn)在的 LabVIEW 20xx。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，是許多行業(yè)發(fā)生了巨大的變化，各行業(yè)之間的聯(lián)系更加緊密。虛擬儀器提供了與傳統(tǒng)儀器 連接的總線，例如 USB、 GPIB、串行總線和以太網(wǎng)等，同時(shí)也提供了大量互相連接的函數(shù)庫，方便它們之間的連接。虛擬儀器具有開放的模塊化設(shè)計(jì)，用戶可按自己的要求對(duì)其開發(fā)使用。在不同時(shí)期的不同場合下，用戶可以編寫 程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同環(huán)境的測量，達(dá)到資源節(jié)省。 虛擬儀器把計(jì)算機(jī)的處理器、存儲(chǔ)器、顯示器和儀器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字輸入輸出等結(jié)合到一起，用于數(shù)據(jù)的分析處理、傳輸、顯示等。用戶只需利用一套數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備，通過軟件編程，就可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)儀器的功能。 首先提出了基于 MATLAB 的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) ， MATLAB 是一 廣泛應(yīng)用于工程計(jì)算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級(jí)語言，由主開發(fā)環(huán)境、擴(kuò)展 MATLAB 功能的工具箱、Simulink 仿真環(huán)境和第三方開發(fā)的輔助工具等內(nèi)容組成。 文中 首先檢驗(yàn)介紹 了 虛擬儀器的構(gòu)成、特征及發(fā)展過程、開發(fā)環(huán)境 LabVIEW的使用； 其次，介紹了《自動(dòng)控制原理》課程中常見的實(shí)驗(yàn)及其原理；最后 ，提出基于 LabVIEW 的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案， 包括設(shè)計(jì)步驟及效果演示。 武漢紡織大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 課題名稱： 基于 LabVIEW 的自控原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 完成期限： 20xx年 1 月 1 日至 20xx 年 5 月 24日 學(xué)院名稱 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化 1102 學(xué)生姓名 杜健 學(xué) 號(hào) 1102081057 指導(dǎo)教 師 張海霞 指導(dǎo)教師職稱 講 師 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組組長簽字 一、 課題訓(xùn) 練內(nèi)容 (1) 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力，鞏固與擴(kuò)展所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力； (2) 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想、理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神； (3) 訓(xùn)練收集查找 LabVIEW 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)的中外文專業(yè)資料及對(duì)文獻(xiàn)的閱讀與翻譯能力； (4) 學(xué)習(xí)相關(guān)的背景知識(shí)，訓(xùn)練用 LabVIEW 來進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真；并學(xué)會(huì)用 Matlab 來編程進(jìn)行仿真驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的正確性； (5) 訓(xùn)練 查找錯(cuò)誤及解決問題能力； (6) 訓(xùn)練工程設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究能力； (7) 訓(xùn)練計(jì)算機(jī)仿真編程及應(yīng)用能力，提高系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)的能力； (8) 通過對(duì)已完成的工作進(jìn)行整理，以及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫和畢業(yè)答辯，使學(xué)生的書面和口頭表達(dá)能力得到進(jìn)一步的訓(xùn)練和提高。 摘 要 本文 基于 NI 公司 推出的 的虛擬儀器開發(fā)軟件 LabVIEW，研究以圖形化軟件編程方式和集成開發(fā)環(huán)境來實(shí)現(xiàn)《自動(dòng)控 制原理》課程 中常見虛擬實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以解決《自動(dòng)控制原理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中遇到的困難和滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需要。因此各種虛擬實(shí)驗(yàn)方法相繼提出 [2]。用戶可以用虛擬 儀器來組建適合自己的任何儀器系統(tǒng)，再也 不必將自己封閉在功能固定、 性能單一而且價(jià)格昂貴的傳統(tǒng)儀器中。它們的區(qū)別是，前者把計(jì)算機(jī)裝入儀器，后者把儀器裝入計(jì)算機(jī) 。因而用戶不用花費(fèi)武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 昂貴的價(jià)格購買多種不同功能的儀器，只需要在最基 本的虛擬單位上進(jìn)行自行開發(fā)。同時(shí)越來越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)出更強(qiáng)大的優(yōu)勢，使數(shù)據(jù)分享進(jìn)入了一個(gè)全新的階段；（ 2）擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活性好，虛擬儀器的提出是針對(duì)于傳統(tǒng)儀器而言的，它們之間 最大的區(qū)別是虛擬儀器完成的測量或控制任務(wù)中所需的軟件和硬件設(shè)備是由用戶定義的。現(xiàn)在 的 虛擬儀器可基本都可 與傳統(tǒng)儀器兼容，也就是說虛擬儀器可以和傳統(tǒng)儀器搭配工作。 圖 11 傳統(tǒng) 儀器與 虛擬 儀器組成的對(duì)比圖 1． 2． 4 虛擬儀器的發(fā)展過程 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 虛擬儀器 產(chǎn)生的關(guān)鍵是測試計(jì)算的發(fā)展和計(jì)算機(jī)水平的提高。當(dāng) Windows 操作系統(tǒng)出現(xiàn)后，其良好的操作性能得到廣大用戶的肯定，并為虛擬儀器的快速發(fā)展提供了基礎(chǔ)。 結(jié)構(gòu)化是武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 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(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)， 同時(shí)又是由模塊化的形式組成的，它的每一個(gè)子程序都稱為一個(gè) VI，子程序之間可以互相調(diào)用。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。 而在前面板和程序框圖中各有一個(gè)十分重要的選板：控件選板和函數(shù)選板。程序框圖也叫后面板，與前面板相互對(duì)應(yīng)。 對(duì)式（ ）進(jìn)行拉氏變換得一階系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為： 1)( )()( ???? TSKSR SCS （ ） 一階系統(tǒng)的方框圖如 圖 21所示 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 圖 21 一階系統(tǒng)方框圖 2． 1． 2 單位階躍響應(yīng) 當(dāng)輸入信號(hào) r(t)=1(t)時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng) c(t)稱作其單位階躍響應(yīng)。 時(shí)間響應(yīng)為： )s in(1 11)( 2 ??? ?? ???? ? tetc dt （ ）式中， 21 ??? ??d ； ?? ?? a r c c o s1a r c t a n2 ??? 。二階系統(tǒng)超調(diào)量為： %1 0 0% 21 ?? ?? ???eMp （ ） (3)調(diào)節(jié)時(shí)間 ts： 調(diào)節(jié)時(shí)間是指在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取穩(wěn)態(tài)值的%或 %作為誤差帶，當(dāng)階躍響應(yīng)曲線到達(dá)并不超出該誤差帶所需的最小時(shí)間。 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(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)特征方程式的根在 s 平面上變化的軌跡。 法則 3 根軌跡的漸近線。 法則 7 根軌跡的起始角與終止角。只要用 ?j 代替?zhèn)鬟f函數(shù)中的s ，便可得到其頻率特性，即 ?? jsTsTj ???? 1 11 1 （ ） 2． 4． 2 頻率特性的圖示方法 用頻率法分析、設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，常常不是從頻率特性的函數(shù)表達(dá)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(jìn)行研究 ，這 就是工程中的圖解分析法。為減少損耗，校正裝置通常安裝在前向通道中 信號(hào) 能量較 低的地方 ，如圖 24所示 。 2． 6 非線性系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)原理 2． 6． 1繼 電器型非線性非線性三階系統(tǒng) 如圖 25所示 R（ S） + H（ S） E（ S） G（ S） Gc（ S） C（ S） E（ S） R（ S） + M=1 )2)(1( 10 ?? SSS C（ S） 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 18 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(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 （ ） 利用交點(diǎn)在橫坐標(biāo)上，求自振的振幅 X，即 ： )](R e[1 AjwGN ?? （ ） 這里，繼電型非線性元件 XMN ?4? 3 基于 LabVIEW 的虛擬 實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3． 1 一階系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 3． 1． 1 功能描述 本系統(tǒng)為自動(dòng)控制原理中一階系統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，當(dāng)給一階系統(tǒng)兩個(gè)特征參數(shù) K和 T分別輸入不同值時(shí)，可以確定不同的傳遞函數(shù)，此時(shí)系統(tǒng)會(huì) 畫出 傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)曲線，并 顯示動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 。 （ 3） 切換到程序框圖 ： 添加 乘法函數(shù)，混合運(yùn)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(dá)式 ； 添