【導(dǎo)讀】識，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析、使用計算機解決實際問題的能力；認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、團結(jié)協(xié)作的團隊精神；業(yè)資料及對文獻(xiàn)的閱讀與翻譯能力；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；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。二階系統(tǒng)虛擬實驗設(shè)計；提交開題報告一份，提交時間3月10日左右，字?jǐn)?shù)在20xx～3000字之間，究手段和研究步驟以及參考書目等；計模版格式要求規(guī)范撰寫；翻譯一篇與本課題相關(guān)的英文專業(yè)資料，其對應(yīng)的中文翻譯在4000字左右；設(shè)計程序，圖表完整齊備；[1]胡壽松.自動控制原理[M].北京,科學(xué)出版社,20xx.[3]曹戈.MATLAB教程及實訓(xùn)[M].北京:機械工業(yè)出版社,20xx.[6]鄭對元等.精通LabVIEW虛擬儀器程序設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社，體和字號按照《武漢紡織大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）規(guī)范》執(zhí)行。出基于LabVIEW的虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計方案，包括設(shè)計步驟及效果演示。個廣闊的發(fā)展空間，具有較大的應(yīng)用價值。

　　

【正文】 屆畢業(yè)設(shè)計論文 22 圖 36 二階系統(tǒng)前面板（阻尼比為 1） 3． 3 根軌跡 虛擬實驗設(shè)計 3． 3． 1 功能描述 本系統(tǒng)為自動控制原理中求解 傳遞函數(shù) 根軌跡的虛擬實驗系統(tǒng)。當(dāng)在數(shù)組輸入框中輸入數(shù)據(jù)后 ，即可看到此傳遞函數(shù)的根 軌跡曲線及零極點分布情況。 傳遞函數(shù)輸入方式有兩種（多項式輸入、零極點輸入）， 兩種方式都是按照升冪輸入?？赏ㄟ^按鈕切換。 3． 3． 2 程序設(shè)計 （ 1） 啟動 LabVIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。 （ 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)。 （ 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武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 23 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)。 連接方式如圖 3 38所示 ： 圖 37 根軌跡程序框圖 圖 38 根軌跡程序框圖 3． 3． 3 顯示效果 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 24 程序運行時，前面板顯示效果如圖 39 所示。 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) 。 3． 4． 2 設(shè)計步驟 （ 1） 啟動 LabVIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。 （ 2） 切換到前面板： 添加 兩個數(shù)組輸入控件，用于確定傳遞函數(shù)表達(dá)式；（ 2）添加 兩個 XY 圖，分別用于顯示幅頻特性曲線和相頻特性曲線； 添加 一個 傳遞函數(shù) 顯示控件，用于顯示傳遞函數(shù)表達(dá)式 。 添加 一個簇顯示控件，用于顯示傳遞函數(shù)的裕度值。 （ 3） 切換到程序框圖 : 添加“ CD Construct Transter Function ” 函數(shù) ，構(gòu)建傳遞函數(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 Gain and Phase ” 函數(shù) ，顯示傳遞函數(shù)各種裕度與平率 ； 添加“ CD ” 函數(shù) ，顯示傳遞函數(shù) Bode 圖 。武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)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(shè)計 3． 5． 1 功能描述 本系統(tǒng)為自動控制原理中奈氏曲線繪制虛擬實驗系統(tǒng)，當(dāng)輸入分子多項式、分母多項式后即可顯示傳遞函數(shù)及奈氏曲線 ，還會顯示所寫傳遞函數(shù)的各種裕武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 26 度 。 3． 5． 2 程序設(shè)計 （ 1） 啟動 LabVIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。 （ 2） 切換到前面板： 添加 兩個數(shù)組輸入控件，用于確定傳遞函數(shù)表達(dá)式； 添加一個 XY 圖，用于顯示奈氏曲線； 添加 一個 傳遞函數(shù) 顯示控件，用于顯示傳遞函數(shù)表達(dá)式 。 添加 一個簇顯示控件，用于顯示傳遞函數(shù)的裕度值 及特征頻率 。 （ 3） 切換到程序框圖 : 添加“ CD Construct Transter Function ” 函數(shù) 、“ CD Draw Transfer Function ” 函數(shù) ，構(gòu)建傳遞函數(shù)模型并顯示傳遞函數(shù)表達(dá)式 ； 添加“ CD Gain and Phase ” 函數(shù) ，顯示傳遞函數(shù)的各種裕度及平頻率 ； 添加“ CD ” 函數(shù) ，用于繪制傳遞函數(shù)奈氏曲線 。 連接方式如圖 311所示 ： 圖 311 奈氏圖程序框圖 3． 5． 3 顯示效果 程序運行時，前 面板顯示效果如圖 312 所示 。 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 27 圖 312 奈氏圖前面板 3． 6 串聯(lián)校正 虛擬實驗設(shè)計 3． 6． 1 功能描述 本系統(tǒng)為自動控制原理中串聯(lián)校正虛擬實驗系統(tǒng) 。 按鍵 可以選擇校正方式。在分子多項式及分母多項式中輸入數(shù)據(jù)后，就可確定傳遞函數(shù)表達(dá)式， 此時會顯示未校正系統(tǒng)的各項指標(biāo)，根據(jù)需要 調(diào)整參數(shù) A,B,T1,T2 的值即可看到校正后傳遞函數(shù)的各項性能指標(biāo) ， 并會顯示調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。 3． 6． 2 設(shè)計步驟 （ 1） 啟動 LabVIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。 （ 2） 切換到前面板： 添加 一個布爾輸入控件，用于選擇校正方式； 添加 四個數(shù)值輸入控件，分別用于輸入?yún)?shù) A,B,T1,T2 的值； 添加 兩個數(shù)組輸入控件，用于確定未校正系統(tǒng)的傳遞函數(shù)； 添加 3個二維圖像顯示控件，分別用于顯示未校正系統(tǒng)、校正系統(tǒng)、調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)； 添加 兩個簇顯示控件，分別用于顯示系統(tǒng)矯正前后的 各項性能指標(biāo)。 （ 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)，一個武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 28 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)。連接方式如圖 31 31 315 所示 ： 313 條件結(jié)構(gòu)第一幀 314 條件結(jié)構(gòu)第二幀 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 29 315 條件結(jié)構(gòu)第三幀 3． 6． 3 顯示效果 顯示效果如圖 316。 圖 316 串聯(lián)校正前面板 3． 7 非線性 虛擬實驗設(shè)計 3． 7． 1 功能描述 本系統(tǒng)為自動控制原理中非線性系統(tǒng)的虛擬實驗 系統(tǒng)，鍵入 p1,p2,p3,M,k武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 30 的值即可確定一個非線性系統(tǒng)， 此時系統(tǒng)會 顯示其 傳遞函數(shù)表達(dá)式，并繪制 奈氏曲線和負(fù)導(dǎo)函數(shù)曲線。 3． 7． 2 設(shè)計步驟 （ 1） 啟動 LabVIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。 （ 2） 切換到前面板： 添加 五個數(shù)值輸入控件，分別用于輸入?yún)?shù) p1,p2,p3,M,k的值；其中 p1,p2,p3 用于確定線性部分的傳遞函數(shù)， M,k 用于確定非線性部分的特性； 添加 兩個 XY 圖，分別用于顯示非線性系統(tǒng)的奈氏曲線和負(fù)倒函數(shù)曲線；添加 兩個數(shù)值輸出控件，用于顯示非線性系統(tǒng)化的自然頻率和自振幅度。 （ 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(shù)組維數(shù)函數(shù) 添加 兩個創(chuàng)建 XY 圖函數(shù)。 連接方式如圖 317所示 。 圖 317 非線性程序框圖 3． 7． 3 顯示效果 程序運行效果如圖 318 所示 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 31 318 非線性前面板 3． 8 登錄系統(tǒng) 實驗設(shè)計 3． 8． 1 功能描述 考慮到涉及的程序較多不好管理，因此，添加了登陸系統(tǒng)和主程序。在正確的登陸以后，進(jìn)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(jìn)行有選擇性的操作。 3． 8． 2 程序設(shè)計 （ 1） 啟動 LabVIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。 （ 2） 切換到前面板：只需在前面板放置一個選項卡控件 （ 3） 切換到程序框圖： 添加 一個提示用戶登錄控件 ， 放置兩個條件結(jié)構(gòu) ， 放置兩個相等函數(shù) ， 放置一個單按鈕對話框。連接方式如圖 319所示： 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 32 319 登錄程序框圖 3． 8． 3 顯示效果 登陸時，顯示效果如圖 320 所示。 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 33 圖 320 登陸界面 4 結(jié)論 虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)今的科學(xué)技術(shù)的重要領(lǐng)域之一，也是以后在各種工程、教學(xué)、研究等方面應(yīng)用非常廣泛的一項重要的技術(shù)。 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(chǔ)的人更能夠較快地領(lǐng)會掌握各種編程方法和技巧。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。 基于 LabVIEW 的虛擬實驗系統(tǒng)通過計算機實時改變控制參數(shù)并且將控制結(jié)果實時顯示達(dá)到了實驗?zāi)康?。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。 本文基于 LabVIEW 的自動控制原理虛擬實驗系統(tǒng)設(shè)計 ，解決了高校在自動控制原理 實驗教學(xué)中遇到的一些困難。 （ 1）設(shè)計分析了《自動控制原理》中常見的一些實驗。 （ 2）應(yīng)用 LabVIEW 軟件實現(xiàn)了包含《自動控制原理》課程常見實驗的虛擬實驗系統(tǒng)。基于虛擬儀器技術(shù)的實驗教學(xué)系統(tǒng)減少了實驗所需的硬件設(shè)備。 （ 3）利用 Matlab 語言編程進(jìn)行對比分析，進(jìn)行正確性驗證，實驗結(jié)果顯示一致。 本實驗系統(tǒng)是基于 LabVIEW 而設(shè)計的，充分利用了其開放、靈活、用軟件代替硬件儀器功能的特點，人機界面友好，學(xué)生容易學(xué)會，使用又很方便，而且還具有很好的可擴展性，不但可以方便的進(jìn)行軟件模 擬硬件實驗，并且還能夠很好的和硬件實驗系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)行相應(yīng)的硬件實驗。 將基于 LabVIEW 的自動控制原理虛擬實驗系統(tǒng)應(yīng)用到《自動控制原理》的教學(xué)中，可以使學(xué)生直觀地理解和領(lǐng)會自動控制原理這門課的理論重點、問題分析方法以及結(jié)果處理方法，對于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及提高學(xué)生的實驗效果和實驗興趣都有 比較大的作用，為實驗課程的教學(xué)提供了一個廣闊的發(fā)展空間具有推廣應(yīng)用價值。 參考文獻(xiàn)： 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計論文 34 1 高國燊 自動控制原理 華南理工大學(xué)出版社 2 鄭對元 精通 LabVIEW 虛擬儀器程序設(shè)計 清華大學(xué)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 . LabVIEW 入門與提高范例教程 . 北京 : 中國鐵道出版社 , 20xx 5 楊樂平 , 李海濤 , 楊磊 . LabVIEW 程序設(shè)計與應(yīng)用 (第二版 ). 北京 : 電子工業(yè)出版社 , 6 張銳 , 陳勵軍 . 自動控制原理與應(yīng)用 . 北京 : 國防工業(yè)出版社 , 20xx 7 李剛 , 林凌等 . LabVIEW— 易學(xué)易用的計算機圖形化編程語言 . 北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社 8 溫紅艷 , 高靜濤 . 基于虛擬儀器的實驗研究 [J]. 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報 , 20xx 9 劉君華 . 基于 LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計 . 北京 : 電子工業(yè)出版社 , 20xx 周泌 , 汪樂宇 , 陳祥獻(xiàn)等 . 虛擬儀器系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 . 計算機測量與控制 10 吳志鋒 . 基于 Web 的虛擬儀器技術(shù) [J]. 西安 : 西安電子科技大學(xué)出版社 11 楊樂平 , 里海濤 , 趙勇 . LabVIE