【正文】 函數(shù)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并會(huì)顯示調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。（2）切換到前面板添加兩組數(shù)組輸入控件，一組用來輸入傳遞函數(shù)的分子多項(xiàng)式、分母多項(xiàng)式，另一組用來輸入傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)；添加一個(gè)布爾輸入控件，用來切換傳遞函數(shù)的輸入方式；添加兩個(gè)XY圖，一個(gè)用來顯示傳遞函數(shù)的根軌跡，另一個(gè)用來顯示傳遞函數(shù)零極點(diǎn)的分布；添加一個(gè)傳遞函數(shù)顯示控件，用于顯示傳遞函數(shù)。滯后超前校正裝置同樣可用無源網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，或由運(yùn)算放大器組成的有源網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，分別稱為無源滯后超前網(wǎng)絡(luò)、有源滯后超前網(wǎng)絡(luò)。將頻率特性表達(dá)式（）和傳遞函數(shù)表達(dá)式（）比較可知，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和傳遞函數(shù)的表達(dá)式形式是相同的。根軌跡的分支數(shù)與開環(huán)有限零點(diǎn)數(shù)m和有限極點(diǎn)數(shù)n中的大者相等，它們是連續(xù)的并且對(duì)稱與實(shí)軸。二階系統(tǒng)峰值時(shí)間為： （）(2)超調(diào)量Mp:超調(diào)量是指輸出量峰值超出穩(wěn)態(tài)值的百分比。一階系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程具有如下的一般形式： （）式中，T為一階系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)，代表系統(tǒng)的慣性；c(t)和r(t)分別是系統(tǒng)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。1．3．2 LabVIEW的工作原理我們把LabVIEW的程序稱為“VI”，每一個(gè)VI都有倆個(gè)主要組成部分：前面板、程序框圖。Labview是一種結(jié)構(gòu)化解釋型開發(fā)平臺(tái)。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器組成的對(duì)比圖如圖11。它的迅速發(fā)展，主要依托如下幾個(gè)方面：（1）性能高，虛擬儀器是建立在計(jì)算機(jī)平臺(tái)基礎(chǔ)之上的，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的快速發(fā)展、數(shù)據(jù)傳輸能力的不斷加強(qiáng)及與PC總線的結(jié)合，數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能適時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析計(jì)算并保存。從計(jì)算機(jī)和儀器兩者的結(jié)合粗略地講，虛擬儀器可以分為智能儀器和虛擬儀器。這些在很大程度上制約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。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：2015年1月1日至2015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 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。因此各種虛擬實(shí)驗(yàn)方法相繼提出[2]。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)。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(shì)，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(cè)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。 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)展過程虛擬儀器產(chǎn)生的關(guān)鍵是測(cè)試計(jì)算的發(fā)展和計(jì)算機(jī)水平的提高。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(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。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。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： （）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(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)。二階系統(tǒng)超調(diào)量為： （）(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，%%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。法則3 根軌跡的漸近線。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(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。2．6 非線性系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(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： （）利用交點(diǎn)在橫坐標(biāo)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(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“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(dá)式；添加“CD Construct ZeroPoleGain ” 函數(shù)，構(gòu)造傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換零極點(diǎn)模型；添加“CD Draw ZeroPoleGain Equation函數(shù)”，顯示零極點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)形式轉(zhuǎn)換成多項(xiàng)式形式；添加一個(gè)條件選擇結(jié)構(gòu)。3．6．2設(shè)計(jì)步驟（1）啟動(dòng)LabVIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。在編程的過程中，需要某個(gè)控件時(shí)，只要直接拖動(dòng)到前面板上就可以，進(jìn)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。在此，我對(duì)張老師的指導(dǎo)和幫助表示衷心的感謝！在設(shè)計(jì)工作中當(dāng)我遇到困難的時(shí)候，其他的老師、同學(xué)們也都給我提供了很多幫助，對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成起到了積極的作用，在此我向他們表示謝意！。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中廣泛深入地應(yīng)用虛擬儀器既有利于促進(jìn)加快實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)度又有利于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。（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)“CD Parametric Time Data”函數(shù)和一個(gè)“CD ”函數(shù)。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)。（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)。下面分別介紹兩種曲線的繪制。實(shí)軸上的某一區(qū)域，若其右邊開環(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。工程上，通常用下列二式近似計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間。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。此界面主要是顯示用戶輸入和輸出兩類對(duì)象，如開關(guān)、旋鈕、圖形及其他控件和顯示對(duì)象。LabVIEW所采用的圖形化開發(fā)語言又叫做G（表示graphical）語言。世界上最早開發(fā)虛擬儀器的公司是National Instrument(簡稱NI)公司。其軟件適用性強(qiáng)，只需修改程序和部分硬件就能開發(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)用簡單，功能強(qiáng)大，集成了大量常用工具。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)。它可靠的數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算功能、簡單易學(xué)的編程語言、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)。（7）非線性系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)最后通過學(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。通過實(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)問題、分析問題、決解問題的能力。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。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，并受到許多國家儀器行業(yè)的重視。虛擬儀器的關(guān)鍵是軟件。1．3 虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW1．3．1 LabVIEW的概述LabVIEW 是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的縮寫，意思就是“實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)”。在使用這些子函數(shù)的時(shí)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。 圖14 VI程序框圖 圖15 函數(shù)選板