基于labview的自動控制原理試驗系統(tǒng)的設計(編輯修改稿)
2025-07-16 12:33 本頁面
【文章內容簡介】 上運行，還可以運行在 Microsoft Pocket PC、Microsoft Windows CE、Palm OS以及很多嵌入式平臺上，例如FPGAs、DSPs以及微處理器。LabVIEW所采用的圖形化開發(fā)語言又叫做G（表示graphical）語言。通過這種語言，可以極大的提高工作效率。有些程序如果使用傳統(tǒng)的開發(fā)語言的話可能需要數(shù)周的時間才能夠完成，在采用了LabVIEW之后可能只需要短短的幾個小時就完成了。因為LabVIEW是專門設計為用來完成數(shù)據(jù)的采集、分析以及顯示的。并且由于它是圖形化的，易于使用，對于模擬、演示概念、完成通用編程甚至用來教授基本的編程概念都是一個理想的工具。相對于傳統(tǒng)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。通過LabVIEW開發(fā)的虛擬儀器是由用戶而不是儀器生產商定義儀器功能的。一臺計算機、數(shù)采板卡和LabVIEW的結合就能夠變成一個可配置的虛擬儀器來完成用戶設定的任務。通過LabVIEW就可以用傳統(tǒng)儀器幾分之一的價格創(chuàng)建一個用戶所需要的虛擬儀器。當需要改變這個虛擬儀器的時候，只需幾分鐘的時間通過LabVIEW修改就可以了。為了便于使用，LabVIEW還集成了大量的函數(shù)庫以及子程序來幫助完成絕大多數(shù)的編程任務。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、內存分配等編程問題。除此之外，LabVIEW還包含了針對應用的數(shù)據(jù)采集（DAQ）、GPIB、串口、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲以及Internet網絡通信的函數(shù)庫。 此外，LabVIEW是一個跨平臺的開發(fā)工具，在大多情況下，一個在運行Macintosh計算機上寫的LabVIEW程序可以直接拷貝到運行Windows的計算機上運行。可以在很多工業(yè)領域可以看到LabVIEW的應用，包括了工控、生物、化工等等。我們把LabVIEW的程序稱為“VI”，每一個VI都有三個主要組成部分：前面板，框圖和圖標。前面板（front panel）前面板（front panel）是VI的交互式用戶界面，它包括旋鈕，按鈕，圖形及其他控件（用于用戶輸入）和指示器（用于程序輸出）。用戶可以使用鼠標和鍵盤進行輸入，然后在屏幕上觀察程序產生的結果。圖22 VI前面板 框圖(block diagram) 框圖(block diagram)是VI的源代碼，由LabVIEW得圖形化編程語言即G語言構成，框圖是實際可執(zhí)行程序?？驁D程序由端口，節(jié)點，圖框和連線構成，其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點被用來實現(xiàn)函數(shù)和功能調用，框圖被用來實現(xiàn)結構化程序控制命令，而連線則代表了程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內的數(shù)據(jù)流動方向。圖23 VI的框圖選項板(palette) 選項板(palette)提供了創(chuàng)建、編輯用戶VIs的前面板、框圖時所需要的一些選項。LabVIEW中有以下三個選項板。（1）工具選項板：工具選項板既可用在前面板設計時，也可用在框圖設計時，它包括了創(chuàng)建、編輯、調試前面板及框圖對象的一些工具(圖24a)。 圖24a 工具選項板圖（2）控件選項板：該選項板用在前面板設計時，其中包括了創(chuàng)建用戶界面時所需要的各種控件、指示器(圖24b) 。圖24b 控件選項板圖（3）函數(shù)選項板：函數(shù)選項板用于框圖設計時，其中包括了對VIs進行編程時可使用的一些標準模塊，如算術運算、文件IO、儀器IO、數(shù)據(jù)采集等模塊(圖24c)。圖24c 函數(shù)選項板第三章 基于虛擬儀器技術的自動控制原理實驗系統(tǒng)的建立自動控制原理是一門理論性、實踐性較強的工科專業(yè)基礎課。實踐環(huán)節(jié)對于學生理解與掌握課程中抽象的理論概念起著至關重要的作用。目前，高校實驗室常用的自動控制原理實驗儀器有模擬實驗裝置、小功率隨動系統(tǒng)等。其中，以模擬實驗裝置的應用居多。模擬實驗裝置以運算放大器、電阻、電容及電位器等模擬器件為基礎，通過接線可以構成控制系統(tǒng)中的典型環(huán)節(jié)、二階及三階以上的高階系統(tǒng)，參數(shù)選擇范圍較大，可以靈活地對控制系統(tǒng)進行模擬。若用常規(guī)儀器構建自動控制原理實驗室，則需要大量的經費，并且儀器體積都較龐大，使實驗室顯得的笨重且設備的重復利用率不高。自動控制原理課程教學中開設實驗已有多年的歷史。遠的不論，從二十世紀八十年代起至今的二十幾年間已發(fā)生了許多變化。就實驗設備而言，在八十年代是電子模擬裝置+雙筆記錄儀或示波器；在九十年代是電子模擬裝置+PC機；到二十一世紀后開始直接用裝有MATLAB、LabVIEW等軟件的PC機做計算機仿真及更多的實驗。就實驗內容而言，在二十世紀八十年代受電子模擬裝置的限制，只能做典型環(huán)節(jié)動態(tài)特性實驗等少數(shù)幾項實驗；PC機的使用不但使原先的實驗結果可以隨意記錄和繪圖顯示，還使實驗項目增添了根軌跡圖和頻率特性圖分析等項目；MATLAB、LabVIEW軟件的使用更是把自動控制原理實驗內容變得豐富多彩，幾乎所有的控制原理分析技術都可用實驗的方式顯現(xiàn)。 基于LabVIEW的自動控制原理虛擬實驗系統(tǒng)的設計 RLC電路傳遞函數(shù)模型的建立如圖21a所示的RLC電路中，電容電壓與電源電壓之間的關系可用二階微分方程來描述：
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