【正文】 圖 3． 8． 3 顯示效果 登陸時，顯示效果如圖 320 所示。 （ 2）應用 LabVIEW 軟件實現了包含《自動控制原理》課程常見實驗的虛擬實驗系統。 （ 3）利用 Matlab 語言編程進行對比分析，進行正確性驗證，實驗結果顯示一致。 LabVIEW 軟件可以編 寫出功能強大、界面美觀的程序，它具有生動、形象的編程語言，一般的人都容易入門，有一定基礎的人更能夠較快地領會掌握各種編程方法和技巧。 （ 3） 切換到程序框圖 ： 添加 一個 “ MATLAB Script” ，用于 MATLAB 編程； 添加四個重拍數組維數函數 添加 兩個創(chuàng)建 XY 圖函數。在分子多項式及分母多項式中輸入數據后，就可確定傳遞函數表達式， 此時會顯示未校正系統的各項指標，根據需要 調整參數 A,B,T1,T2 的值即可看到校正后傳遞函數的各項性能指標 ， 并會顯示調節(jié)器的傳遞函數。武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)設計論文 25 連接方式如圖 39所示 圖 39 伯德圖程序框圖 3． 4． 3 顯示效果 程序運行時，前面板顯示效果如圖 310. 圖 310 伯德圖前面板 3． 5 頻率特 性之奈氏圖 虛擬實驗設計 3． 5． 1 功能描述 本系統為自動控制原理中奈氏曲線繪制虛擬實驗系統，當輸入分子多項式、分母多項式后即可顯示傳遞函數及奈氏曲線 ，還會顯示所寫傳遞函數的各種裕武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)設計論文 26 度 。 （ 2） 切換到前面板 添加 兩組數組輸入控件， 一組用 來輸入傳遞函數的分子多項式、分母多項式，另一組用來輸入傳遞函數的零極點； 添加 一個布爾輸入控件，用來切換傳遞函數的輸入方式； 添加 兩個 XY 圖，一個用來顯示傳遞函數的根軌跡，另一個用來顯示傳遞函數零極點的分布； 添加 一個 傳遞函數 顯示控件，用于顯示傳遞函數。 （ 2） 切換到前面板： 添加 兩個數值輸入控件，將控件標簽分別改為 角頻率 和 阻尼比 ,作為本 二 階系統的兩個輸入參數； 添加傳遞函數 顯示控件，用于顯示 二 階系統傳遞函數； 添加 XY 圖顯示控件，顯示 二 階系統階躍響應曲線； 添加 簇顯示控件，顯示 二 階系統動態(tài)性能指標參數。滯后 超前校正裝置同樣可用無源網絡實現，或由運算放大器組成的有源網絡來實現，分別稱為無源滯后 超前網絡、有源滯后 超前網絡。串聯校正裝置的結構比較簡單。 將頻率 特性表達式（ ）和傳遞函數表達式（ ）比較可知，這個網絡的頻率特性和傳遞函數的表達式形式是相同的。系統根軌跡 與虛軸有交點，交點處的 K 值和ω值可以用勞思判據確定；也可以令閉環(huán)特征方程中的 s=jω ,然后分別令虛部和實部為零即可。根軌跡的分支數與開環(huán)有限零點數 m和有限極點數 n 中的大者相等，它們是連續(xù)的并且對稱與實軸。利用根軌跡則可以對系 統的性能進行分析，確定系統應有的結構和參數，也可以對系統進行設計和綜合。 二階系統 峰值時間為： 21 ????? ???dpt （ ） (2)超調量 Mp:超調量是指 輸出量峰值超出穩(wěn)態(tài)值的百分比。下面分別加以討論： (1)欠阻尼響應 ： 阻尼比 01 ??? 時，系統的響應稱為欠阻尼響應。 一階系統的運動方程具有如下的一般形式： )()()( trtcdttdcT ?? （ ） 式中， T 為一階系統時間常數，代表系統的慣性； c(t)和 r(t)分別是系統的輸入信號和輸出信號。 圖 12 VI 前面板 圖 13 控件選板 2 程序框圖（ block diagram） 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)設計論文 8 在前面板后臺還有一個與之配套的程序框圖，程序框圖就是對軟件進行后臺編程設置的地方，在那里 可以調用各類函數和節(jié)點。 1． 3． 2 LabVIEW 的 工作原理 我們把 LabVIEW 的程序稱為 “VI” ，每一個 VI 都有 倆 個主要組成部分：前面板 、 程序 框圖。 相對于傳統的標準儀器來說， LabVIEW 由于是基于軟件的，所以提供了更大的靈活性。 Labview 是一種結構化解釋型開發(fā)平臺。在 Windows 操作系統出現之前， LabVIEW 完全運行在 Macintosh 平臺上。虛擬儀器的組成與傳統儀器組成的對比圖如圖 11。虛擬儀器軟件 構架的初衷就是為了方便用戶的靈活操作，同時提供強大的功能，讓用戶能輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布和維護一個系統； （ 6）兼容性，虛擬儀器和傳統儀器會并存一段時間，有一些場合必然要武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)設計論文 4 將兩者 配合使用 ，他們之間的兼容性問題已成為關注的焦點。它的迅速發(fā)展，主要依托如下幾個方面：（ 1） 性能高，虛擬儀器是建立在計算機平臺基礎之上的，隨著計算機運行速度的快速發(fā)展 、數據傳輸能力的不斷加強及與 PC 總線的結合，數據高速導入磁 盤的同時就能適時地進行復雜的分析計算并保存。其各個功能和面板可以由編程用戶根據需要進行擴展和自定義。從計算機和儀器兩者的結合粗略地講，虛擬儀器可以分為智 能儀器和虛擬儀器。 基于 LabVIEW 虛擬實驗系統具有交互式人機接口和界面友好的特點，使得用戶可以自己定義儀器，靈活的設計儀器系統。這些在很大程度上制約了實驗教學的發(fā)展 和 人才培養(yǎng)質量的提高。 2.“實際完成情況”和“檢查人簽名”由教師用筆填寫，其余各項均要求打印，打印字體和字號按照《武漢紡織大學畢業(yè)設計（論文）規(guī)范》執(zhí)行。 二、 設計（論文）任務和要求（包括說明書、論文、譯文、計算程序、圖紙、作品等數量和質量的具體要求） 學習虛擬儀器軟件 LabVIEW，利用 LabVIEW設計所學過的自動控制原理實驗系統： （ 1）一階系統虛擬實驗設計； （ 2）二階系統虛擬實驗設計； （ 3）系統根軌跡的繪制虛擬實驗設計； （ 4）系統 Nyquist 圖的繪制虛擬實驗設計； （ 5）系統 Bode 圖的繪制虛擬實驗設計； （ 6）串聯校正虛擬實驗設計。 本系統能解決實驗教學中的一些難點問題，提高學生學習興趣，能夠為實驗教學提供一個廣闊的發(fā)展空間，具有較大的應用價值。它可靠的數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，可以對數據進行大量的計算和存儲。隨著網絡技術的發(fā)展和完善，還可以通過網絡實現儀器的遠程調試和控制。 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；（ 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：數據輸入部分 (包括模擬量輸入和數字量輸入 )， 數據輸出部分 (包括模擬量輸出和數字量輸出 )， 數據處理部分 (包括數據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的傳遞函數為 : 121)( )()( 22 ????? TsSTSR SCS ? () 引入參數 w=1/T,稱作二階系統的自然頻率，單位為 rad/s。 時間響應為： )1(1)( tetc wt ???? ? （ ） R（ S） + E（ S） ToS1 111?STK C（ S） 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)設計論文 12 (3)過阻尼響應 ： 阻尼比 1?? 時，系統的響應稱為過阻尼響應。工程上，當阻尼比在 到 之間時 ，通常用下列二式近似計算調節(jié)時間。 2． 3． 3 線性系統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)實數零、極點個數之和為奇數，則該區(qū)域必是根軌跡。 一個 RC 串聯 網絡，武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)設計論文 15 其微分方程為 ： 122 uudtduT ?? （ ） 式中 RCT? 。下面分別介紹兩種曲線的繪制。超前校正裝置即可用 RC 無源網絡組成，又可由運算放大器加入適當電路的有源網絡組成。 （ 2） 切換到前面板： 添加 兩個數值輸入控件，將控件標簽分別改為 K 和 T,作為本一階 系統的兩個輸入參數； 添加 傳遞函數 顯示控件，用于顯示一階系統傳遞函數； 添加 置 XY圖顯示控件，顯示一階系統階躍響應曲線； 添加 簇顯示控件，顯示一階系統動態(tài)性能指標參數。 圖 34 二階系統前面板（阻尼比為 ） 圖 35 二階系統前面板（阻尼比為 ） 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)設計論文 22 圖 36 二階系統前面板（阻尼比為 1） 3． 3 根軌跡 虛擬實驗設計 3． 3． 1 功能描述 本系統為自動控制原理中求解 傳遞函數 根軌跡的虛擬實驗系統。 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 為伯德圖繪制虛擬實驗系統， 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)建數組函數，選擇結構的每一幀放置兩個；第一幀內需 添加 一個乘法函數和 “ CD Construct Transfer Function ” 函數；第二需 添加 一個 乘法函數和 “ CD Construct Transfer Function ” 函數；第三幀需 添加 兩個乘法函數，兩個加法函數，一個武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)設計論文 28 除法函數， “ 一個 CD Construct Transfer Function ” 函數；條件結構外需放置一個 “ CD Construct Transfer Function ” 函數，三個 “ CD Draw Transfer Function Equation .vi” 函數，兩個 “ CD unit ”函數，兩個 “ CD Parametric Time Data” 函數和一個 “ CD ” 函數。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。在實驗教學中廣泛深入地應用虛擬儀器既有利于促進加快實驗室建設進度又有利于改進實驗教學方法。 參考文獻： 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)設計論文 34 1 高國燊 自動控制原理 華南理工大學出版社 2 鄭對元 精通 LabVIEW 虛擬儀器程序設計 清華大學出版社 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 . 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