【導(dǎo)讀】改革的需要，本文提出了建立基于Labview的自動控制虛擬實驗系統(tǒng)方案。最后，利用Matlab語言編程進行對比分析，進

　　

【正文】 2*T)25*T*exp(2*T)]。 sys=tf(num,den,T)。 t=0::3。 y=step(sys)。 b．執(zhí)行 Functions》 All Functions》 Array》 Reshape Array 操作，功能是將輸出變量 t 和 y 的維數(shù)統(tǒng)一。 c. 連線，完成后如圖 所示。 圖 采樣系統(tǒng)程序框圖 28 ，運行 運行結(jié)果如圖 所示。 圖 采樣 系統(tǒng)運行結(jié)果 實驗子系統(tǒng) Matlab 的仿真和正確性驗證 在設(shè)計虛擬實驗系統(tǒng)中，為了對設(shè)計好的實驗子系統(tǒng)進行驗證，采用 Matlab軟件進行仿真。仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 采樣系統(tǒng) Matlab 仿真 29 采樣系統(tǒng)校正虛擬實驗系統(tǒng) 功能描述 本系統(tǒng)為自動控制原理中采樣系統(tǒng)校正的虛擬實驗系統(tǒng)，當(dāng)給采樣周期 T一個輸入值時，可以分別確定校正前、后采樣系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，由傳遞函數(shù)可以分別畫出校正前、后采樣系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。校正后采樣系統(tǒng)的校正網(wǎng)絡(luò)是由要求的性能指標理論推導(dǎo)得 出。 設(shè)計步驟 1. 面板設(shè)計 啟動 Labview，進入儀器編輯環(huán)境，建立儀器的面板，如圖 所示，面板主要控件如下。 1 個 Numeric 控件，功能是輸入未校正采樣系統(tǒng)的采樣周期； 2 個 XY Graph 控件，功能是分別顯示校正前、后的單位階躍響應(yīng)曲線； 1 個 OK Button 控件，功能是可以退出該實驗。 圖 采樣系統(tǒng)校正儀器面板 2. 程序框圖設(shè)計 Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸入、輸出變量。 30 輸入變量 類型 T Real 輸出變量 類型 t1 2D Array of Real y1 2D Array of Real t2 2D Array of Real y2 2D Array of Real 然后，將下面的 MATLAB 文件寫入節(jié)點內(nèi)。 n1=30。 d1=conv([1 0],[ 1])。 s1=tf(n1*k1,d1)。 s = tf(39。s39。)。 s3 = (1+T*s(T^2)*(s^2))/s s4=s1*s3。 sys1=feedback(s4,1)。 t1=0::5。 y1=step(sys1)。 n2=[ 1]。 d2=[5 1]。 s2=tf(n2,d2)。 s5=s1*s2*s3*s3。 sys2=feedback(s5,1)。 t2=0::。 y2=step(sys2)。 b．執(zhí)行 Functions》 All Functions》 Array》 Reshape Array 操作，功能是將輸出變量 t 和 y 的維數(shù)統(tǒng)一。 c. 連線，完成后如圖 所示。 31 圖 采樣系統(tǒng)校正程序框圖 3. 保存，運行 運行結(jié)果如圖 所示。 圖 采樣系統(tǒng)矯正運行結(jié)果 實驗子系統(tǒng) Matlab 的仿真和正確性驗證 在設(shè)計虛擬實驗系統(tǒng)中，為了對設(shè)計好的實驗子系統(tǒng)進行驗證，采用 Matlab軟件進行仿真。仿真結(jié)果如圖 和 所 示。 圖 校正前采樣系統(tǒng)的 Matlab 仿真 32 圖 校正后采樣系統(tǒng)的 Matlab 仿真 頻率特性虛擬實驗系統(tǒng) 功能描述 本系統(tǒng)為自動控制原理中頻率特性的虛擬實驗系統(tǒng)，能夠針對不同的傳遞函數(shù)，進行幅值、相位和頻率的測量，并可以畫出幅頻特性和相頻特性曲線。 設(shè)計步驟 啟動 Labview，進入儀器編輯環(huán)境，建立儀器的面板，如圖 所示，面板主要控件如下。 圖 頻率特性儀器面板 33 5 個 Array 控件，功能是輸入傳遞函數(shù)分子和分母參數(shù)值，輸出幅值 、相位和頻率； 2 個 XY Graph 控件，功能是顯示幅頻特性曲線和相頻特性曲線； 1 個OK Button 控件，功能是可以退出該實驗。 2. 程序框圖設(shè)計 Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸入、輸出變量。 輸入變量 類型 num 2D Array of Real den 2D Array of Real 輸出變量 類型 mag 2D Array of Real pha 2D Array of Real w 2D Array of Real 然后，將下面的 MATLAB 文件寫入節(jié)點內(nèi)。 w=logspace(1,1,100)。 figure(1) [mag,pha,w1]=bode(num,den,w)。 subplot(211)。 hold on semilogx(w1,mag)。 subplot(212)。 hold on semilogx(w1,pha)。 end subplot(211)。 grid on title(39。Bode plot39。)。 xlabel(39。Frequency(rad/sec)39。)。 ylabel(39。Gain dB39。)。 subplot(212)。 grid on xlabel(39。Frequency(rad/sec)39。)。 ylabel(39。fhase deg39。)。 hold off 34 b．執(zhí)行 Functions》 All Functions》 Array》 Reshape Array 操作，功能是將輸出變量 t 和 y 的維數(shù)統(tǒng)一。 c. 連線，完成后如圖 所示。 圖 頻率特性程序框圖 ，運行 運行結(jié)果如圖 所示。 圖 頻率特性運行結(jié)果 實驗子系統(tǒng) Matlab 的仿真和正確性驗證 在設(shè)計虛擬實驗系統(tǒng)中，為了對設(shè)計好的實驗子系統(tǒng)進行驗證，采用 Matlab軟件進行仿真。仿真結(jié)果如圖 所示。 35 圖 頻率特性 Matlab 仿真 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析虛擬實驗系統(tǒng) 功能描述 本系統(tǒng)為自動控制原理中系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的虛擬實驗系統(tǒng)，可以求出系統(tǒng)的閉環(huán)特征根，根據(jù)此根判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且輸出單位階躍響應(yīng)曲線進行系統(tǒng)穩(wěn)定性的驗證。 設(shè)計步驟 1. 面板 設(shè)計 啟動 Labview，進入儀器編輯環(huán)境，建立儀器的面板，如圖 所示，面板主要控件如下 。 1 個 Array 控件，功能是顯示輸出閉環(huán)特征根的值； 1 個 XY Graph 控件，功能是顯示單位階躍響應(yīng)曲線； 1 個 OK Button 控件，功能是可以退出該實驗。 圖 穩(wěn)定性分析的儀器面板 36 2. 程序框圖設(shè)計 Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸出變量。 輸出變量 類型 t 2D Array of Real y 2D Array of Real p 2D Array of Real 然后，將下面的 MATLAB 文件寫入節(jié)點內(nèi)。 n1=[25 1]。 d1=[ 1 0]。 s1=tf(n1,d1)。 sys=feedback(s1,1)。 P={1}。 p=roots(P)。 num=[0 0 25]。 den=[1 4 25]。 syss=tf(num,den)。 t=0::3。 y=step(syss,t)。 b．執(zhí)行 Functions》 All Functions》 Array》 Reshape Array 操作，功能是將輸出變量 t 和 y 的維數(shù)統(tǒng)一。 c. 連線，完成后如圖 所示。 圖 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的程序框圖 37 ，運行 運行結(jié)果如圖 所示 。 圖 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的運行結(jié)果 實驗子系統(tǒng) Matlab 的仿真和正確性驗證 在設(shè)計虛擬實驗系統(tǒng)中，為了對設(shè)計好的實驗子系統(tǒng) 進行驗證，采用 Matlab軟件進行仿真。仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的 Matlab 仿真 非線性系統(tǒng)虛擬實驗系統(tǒng) 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)，可以求出該非線性系統(tǒng)自振的振幅 X 和角頻率 w。 38 設(shè)計步驟 1. 面板設(shè)計 啟動 Labview，進入儀器編輯環(huán)境，建立儀器的面板，如圖 所示，面板主要控件如下。 2 個 Numeric 控件，功能是輸出非線性系統(tǒng)的角頻率和振幅； 1 個 OK Button 控件，功能是可以退出該實驗。 圖 非線性系統(tǒng)的儀器面板 2. 程序框圖設(shè)計 Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸出變量。 輸出變量 類型 X1 Real W2 Real 然后，將下面的 MATLAB 文件寫入節(jié)點內(nèi)。 syms w X。 w=solve(39。2w^2=039。)。 w=vpa(w,4)。 w1=w(1)。 w2=double(w1)。 G=10/(j*w1*(j*w1+1)*(j*w1+2))。 39 A=real(G)。 X=solve(39。pi*X/4=A39。,X)。 X=eval(X)。 X=eval(X)。 X1=double(X)。 ，完成后如圖 所示。 圖 非線性系統(tǒng)的程序框圖 ，運行 運行結(jié)果如圖 所示。 圖 非線性系統(tǒng)的運行結(jié)果 40 在 Matlab 中繪制系統(tǒng)的 1/N 與 G（ jw）軌跡 在振幅與角頻率的計算過程中，用到了系統(tǒng)的非線性元件 1/N 軌跡及線性部分的 G（ jw）軌跡，因此在 Matlab 中做了如下的編程，進行圖形的繪制。 M=1。 for X=::10 x=pi*X/4。 y=0。 plot(x,y,39。k*39。) hold on end n=[0 0 0 10]。 d=conv(conv([1 0],[1 1]),[1 2])。 G=tf(n,d)。 for w=::6 nyquist(G,[w,w+]) hold on end 仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 非線性部分 1/N 與線性部分的 G（ jw）軌跡 41 第 5 章 用戶管理程序的設(shè)計 登陸系統(tǒng)的設(shè)計 一個系統(tǒng)需要有操作人員的訪問權(quán)限的限制，免除非操作人員的誤操作。用戶在界面的前面板輸入用戶名和其相應(yīng)的密碼，如果用戶信息正確才可進入，其前面板設(shè)計如圖 所示。 圖 登陸系統(tǒng)的儀器面板 其程序框圖設(shè)計如圖 所示 。 圖 登陸系統(tǒng)的流程圖 初始化程序由一個 empty string constant（空字符串）、兩個局部變量和一個順序結(jié)構(gòu)組成。其作用是待輸入信息后，清除前面板上的 信息。如果不對前面板的信息初始化，那么若有一位用戶登錄后，下一位用戶再登錄時，前面板上還保 42 留著上一位用戶的登錄信息。因此，程序中為用戶名和校驗密碼兩個前面板控件創(chuàng)建了局部變量，并在程序運行結(jié)束時給它們一個空字符串賦值。覆蓋以前的用戶登錄信息。 主程序的設(shè)計 本畢業(yè)設(shè)計涉及到的程序比較多，在對這些