【正文】 函數(shù)的各項性能指標(biāo)，并會顯示調(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)的分子多項式、分母多項式，另一組用來輸入傳遞函數(shù)的零極點；添加一個布爾輸入控件，用來切換傳遞函數(shù)的輸入方式；添加兩個XY圖，一個用來顯示傳遞函數(shù)的根軌跡，另一個用來顯示傳遞函數(shù)零極點的分布；添加一個傳遞函數(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)實現(xiàn)，或由運算放大器組成的有源網(wǎng)絡(luò)來實現(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)有限零點數(shù)m和有限極點數(shù)n中的大者相等，它們是連續(xù)的并且對稱與實軸。二階系統(tǒng)峰值時間為： （）(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)的運動方程具有如下的一般形式： （）式中，T為一階系統(tǒng)時間常數(shù)，代表系統(tǒng)的慣性；c(t)和r(t)分別是系統(tǒng)的輸入信號和輸出信號。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。Labview是一種結(jié)構(gòu)化解釋型開發(fā)平臺。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器組成的對比圖如圖11。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(jī)平臺基礎(chǔ)之上的，隨著計算機(jī)運行速度的快速發(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)入磁盤的同時就能適時地進(jìn)行復(fù)雜的分析計算并保存。從計算機(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驗教學(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（論文）任務(wù)書課題名稱：基于LabVIEW的自控原理實驗系統(tǒng)的設(shè)計 完成期限：2015年1月1日至2015年5月24日學(xué)院名稱 機(jī)械工程與自動化學(xué)院 專業(yè)班級 自動化1102學(xué)生姓名 杜健 學(xué) 號 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，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析、使用計算機(jī)解決實際問題的能力；(2) 通過畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想、理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊精神；(3) 訓(xùn)練收集查找LabVIEW虛擬實驗系統(tǒng)設(shè)計和自動控制原理實驗的中外文專業(yè)資料及對文獻(xiàn)的閱讀與翻譯能力；(4) 學(xué)習(xí)相關(guān)的背景知識，訓(xùn)練用LabVIEW來進(jìn)行虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計與仿真；并學(xué)會用Matlab來編程進(jìn)行仿真驗證所設(shè)計系統(tǒng)的正確性；(5) 訓(xùn)練查找錯誤及解決問題能力；(6) 訓(xùn)練工程設(shè)計及實驗研究能力；(7) 訓(xùn)練計算機(jī)仿真編程及應(yīng)用能力，提高系統(tǒng)軟件設(shè)計和開發(fā)的能力； (8) 通過對已完成的工作進(jìn)行整理，以及畢業(yè)設(shè)計論文的撰寫和畢業(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。因此各種虛擬實驗方法相繼提出[2]。它們的區(qū)別是，前者把計算機(jī)裝入儀器，后者把儀器裝入計算機(jī)。同時越來越快的計算機(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。 圖11 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器組成的對比圖1．2．4虛擬儀器的發(fā)展過程虛擬儀器產(chǎn)生的關(guān)鍵是測試計算的發(fā)展和計算機(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)，同時又是由模塊化的形式組成的，它的每一個子程序都稱為一個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十分重要的選板：控件選板和函數(shù)選板。對式（）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r(t)=1(t)時，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)時間ts：調(diào)節(jié)時間是指在階躍響應(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)計控制系統(tǒng)時，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)實驗原理 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：利用交點的虛部為零，求交點的角頻率w，即： （）利用交點在橫坐標(biāo)上，求自振的振幅X，即： （）這里，繼電型非線性元件3 基于LabVIEW的虛擬實驗系統(tǒng)設(shè)計3．1 一階系統(tǒng)虛擬實驗設(shè)計3．1．1功能描述本系統(tǒng)為自動控制原理中一階系統(tǒng)的虛擬實驗系統(tǒng)，當(dāng)給一階系統(tǒng)兩個特征參數(shù)K和T分別輸入不同值時，可以確定不同的傳遞函數(shù)，此時系統(tǒng)會畫出傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)曲線，并顯示動態(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)換零極點模型；添加“CD Draw ZeroPoleGain Equation函數(shù)”，顯示零極點形式的傳遞函數(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)模型由零極點形式轉(zhuǎn)換成多項式形式；添加一個條件選擇結(jié)構(gòu)。3．6．2設(shè)計步驟（1）啟動LabVIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。在編程的過程中，需要某個控件時，只要直接拖動到前面板上就可以，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，我對張老師的指導(dǎo)和幫助表示衷心的感謝！在設(shè)計工作中當(dāng)我遇到困難的時候，其他的老師、同學(xué)們也都給我提供了很多幫助，對我畢業(yè)設(shè)計的順利完成起到了積極的作用，在此我向他們表示謝意！。在實驗教學(xué)中廣泛深入地應(yīng)用虛擬儀器既有利于促進(jìn)加快實驗室建設(shè)進(jìn)度又有利于改進(jìn)實驗教學(xué)方法。（3）切換到程序框圖：添加一個選擇結(jié)構(gòu)；添加六個創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)，選擇結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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“CD Parametric Time Data”函數(shù)和一個“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驗設(shè)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(dāng)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(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)動態(tài)性能指標(biāo)參數(shù)。下面分別介紹兩種曲線的繪制。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。工程上，通常用下列二式近似計算調(diào)節(jié)時間。對式（）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象，如開關(guān)、旋鈕、圖形及其他控件和顯示對象。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。它充分利用了計算機(jī)的優(yōu)勢，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的計算和存儲。它可靠的數(shù)值計算和符號計算功能、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。（7）非線性系統(tǒng)虛擬實驗設(shè)計最后通過學(xué)習(xí)計算機(jī)仿真軟件Matlab，對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行驗證。通過實驗教學(xué)，可以加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生動手能力，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)生在實驗時不必?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，從實驗課程中找到學(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”。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。 圖14 VI程序框圖 圖15 函數(shù)選板