【正文】 同時(shí)張老師又在我完成設(shè)計(jì)的過程中起到了很好的督促作用，讓我能盡快順利地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。我很慶幸這些年來(lái)遇到了許許多多的良師益友，無(wú)論在生活上、學(xué)習(xí)上還是工作上都給予了我無(wú)私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長(zhǎng)。（3）利用Matlab語(yǔ)言編程進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)行正確性驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示一致。本文基于LabVIEW的自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決了高校在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遇到的一些困難。LabVIEW軟件可以編寫出功能強(qiáng)大、界面美觀的程序，它具有生動(dòng)、形象的編程語(yǔ)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(huì)掌握各種編程方法和技巧。3．8．2程序設(shè)計(jì)（1）啟動(dòng)LabVIEW，進(jìn)入儀器編輯環(huán)境。（3） 切換到程序框圖：添加一個(gè)“MATLAB Script”，用于MATLAB編程；添加四個(gè)重拍數(shù)組維數(shù)函數(shù)添加兩個(gè)創(chuàng)建XY圖函數(shù)。連接方式如圖3131315所示： 313 條件結(jié)構(gòu)第一幀 314條件結(jié)構(gòu)第二幀315 條件結(jié)構(gòu)第三幀3．6．3顯示效果顯示效果如圖316。在分子多項(xiàng)式及分母多項(xiàng)式中輸入數(shù)據(jù)后，就可確定傳遞函數(shù)表達(dá)式，此時(shí)會(huì)顯示未校正系統(tǒng)的各項(xiàng)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(xiàng)性能指標(biāo)，并會(huì)顯示調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。（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39所示 圖39伯德圖程序框圖3．4．3顯示效果程序運(yùn)行時(shí)，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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 3．5．1功能描述本系統(tǒng)為自動(dòng)控制原理中奈氏曲線繪制虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，當(dāng)輸入分子多項(xiàng)式、分母多項(xiàng)式后即可顯示傳遞函數(shù)及奈氏曲線，還會(huì)顯示所寫傳遞函數(shù)的各種裕度。3．4．2設(shè)計(jì)步驟（1） 啟動(dòng)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(lái)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(lái)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(lái)切換傳遞函數(shù)的輸入方式；添加兩個(gè)XY圖，一個(gè)用來(lái)顯示傳遞函數(shù)的根軌跡，另一個(gè)用來(lái)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)。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(diǎn)分布情況。（2）切換到前面板：添加兩個(gè)數(shù)值輸入控件，將控件標(biāo)簽分別改為角頻率和阻尼比,作為本二階系統(tǒng)的兩個(gè)輸入?yún)?shù)；添加傳遞函數(shù)顯示控件，用于顯示二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)；添加XY圖顯示控件，顯示二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線；添加簇顯示控件，顯示二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)參數(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)顯示該傳遞函數(shù)模型的表達(dá)式；添加“CD Step ”函數(shù)，用于繪制一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線；添加“CD Parametric Time ”函數(shù)顯示一階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)各項(xiàng)性能指標(biāo)；添加創(chuàng)建數(shù)組函數(shù)及所需常量。滯后超前校正裝置同樣可用無(wú)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(lái)實(shí)現(xiàn)，分別稱為無(wú)源滯后超前網(wǎng)絡(luò)、有源滯后超前網(wǎng)絡(luò)。前者稱為無(wú)源超前網(wǎng)絡(luò)，后者稱為有源超前網(wǎng)絡(luò)。串聯(lián)校正裝置的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。假如被測(cè)系統(tǒng)的原理方框圖如圖所示。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。網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為： （）若電路的輸入為正弦電壓，即 （）則由式（）可得 （）對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯反變換，可得電容兩端的輸出電壓為 （） 上式中第一項(xiàng)是輸出電壓的瞬態(tài)分量，第二項(xiàng)是穩(wěn)態(tài)分量。系統(tǒng)根軌跡與虛軸有交點(diǎn)，交點(diǎn)處的K值和ω值可以用勞思判據(jù)確定；也可以令閉環(huán)特征方程中的s=jω,然后分別令虛部和實(shí)部為零即可。法則5 根軌跡的分離點(diǎn)。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。根據(jù)根軌跡方程討論根軌跡與開環(huán)系統(tǒng)零、極點(diǎn)的關(guān)系，討論根軌跡的特征點(diǎn)、漸進(jìn)線和其他某些性質(zhì)，從而歸納出繪制根軌跡的十條基本法則。利用根軌跡則可以對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)應(yīng)有的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，也可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和綜合。 () ()2．3 線性系統(tǒng)根軌跡實(shí)驗(yàn)原理 2．3．1 線性系統(tǒng)根軌跡的概念閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及其他性能主要由閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)（即特征方程的根）的分布所確定，因此，要分析系統(tǒng)就必須求解特征方程的根。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。時(shí)間響應(yīng)為： （）式中，；。下面分別加以討論：(1)欠阻尼響應(yīng)：阻尼比時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)稱為欠阻尼響應(yīng)。則 ()二階系統(tǒng)的方框圖如圖22所示：R（S）+E（S）C（S） 圖22 二階系統(tǒng)方框圖2．2．2 單位階躍響應(yīng)單位階躍函數(shù)作用下，二階系統(tǒng)的響應(yīng)稱其為單位階躍響應(yīng)。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)。函數(shù)選板是程序框圖中一些VI小程序和函數(shù)的集合，可以通過程序框圖中的“查看”菜單打開，也可以右擊鼠標(biāo)得到即時(shí)函數(shù)面板。 圖12 VI前面板 圖13控件選板2 程序框圖（block diagram）在前面板后臺(tái)還有一個(gè)與之配套的程序框圖，程序框圖就是對(duì)軟件進(jìn)行后臺(tái)編程設(shè)置的地方，在那里可以調(diào)用各類函數(shù)和節(jié)點(diǎn)。控件選板是前面板中一些空間和指示器的集合，通過在前面板中選擇“查看”菜單可以將其打開。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。當(dāng)需要改變這個(gè)虛擬儀器的時(shí)候，只需幾分鐘的時(shí)間通過LabVIEW修改就可以了。相對(duì)于傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器來(lái)說，LabVIEW由于是基于軟件的，所以提供了更大的靈活性。通過這種語(yǔ)言，可以極大的提高工作效率。Labview是一種結(jié)構(gòu)化解釋型開發(fā)平臺(tái)。例如，HP公司、PC儀器公司、Racal公司等先后研發(fā)了一些儀器，但NI公司任然處于領(lǐng)先地位。在Windows ，LabVIEW完全運(yùn)行在Macintosh平臺(tái)上。20世紀(jì)70年代，杰姆特魯查德和杰夫柯德斯凱倆人為美國(guó)海軍研制一種聲納測(cè)試儀，它是基于計(jì)算機(jī)的測(cè)試儀，能為用戶提供多種數(shù)據(jù)、多層次的交互式接口，并在計(jì)算機(jī)的控制下完成指定的測(cè)試任務(wù)，它還可以對(duì)系統(tǒng)中的可編程控制器進(jìn)行編程，配置不同的測(cè)試系統(tǒng)，這就是第一次開發(fā)出的虛擬儀器，成本相當(dāng)高而且開發(fā)的周期很長(zhǎng)，用戶在操作過程中要學(xué)習(xí)很多的指令，難以在短時(shí)間內(nèi)掌握。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器組成的對(duì)比圖如圖11。有些虛擬儀器前倆部分是由插入計(jì)算機(jī)插槽的數(shù)據(jù)采集板(即所謂的 DAQ 卡)實(shí)現(xiàn)的。虛擬儀器軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的靈活操作，同時(shí)提供強(qiáng)大的功能，讓用戶能輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布和維護(hù)一個(gè)系統(tǒng)；（6）兼容性，虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器會(huì)并存一段時(shí)間，有一些場(chǎng)合必然要將兩者配合使用，他們之間的兼容性問題已成為關(guān)注的焦點(diǎn)。它具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、計(jì)算，圖形顯示等功能。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。虛擬儀器的產(chǎn)生，徹底改變了多年來(lái)傳統(tǒng)儀器的觀念，開辟了測(cè)量及控制領(lǐng)域的新紀(jì)元。其各個(gè)功能和面板可以由編程用戶根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展和自定義。虛擬儀器是在傳統(tǒng)儀器的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，完全繼承了傳統(tǒng)儀器的所有特點(diǎn)，并超越了傳統(tǒng)儀器。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。虛擬儀器具有仿真的用戶面板，學(xué)生通過虛擬面板控件就可以了解儀器原理、功能和操作?；贚abVIEW虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有交互式人機(jī)接口和界面友好的特點(diǎn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活的設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)。在自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)中引入MATLAB仿真解決了目前自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些問題，并在一定程度上提高了《自動(dòng)控制原理》課程的教學(xué)效果。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。principle of experiments in the course of ``Automatic Control Theory``. Finally. the project of experiment system of ``Automatic Control Theory`` based on the LabVIEW is given, including system structure, function and performance characteristics as well as the design process and methods,Keywords：Virtual Instrument , Automatic Control Theory, LabVIEW 目 錄1． 前言…………………………………………………………………….….………………11．1 背景………………………………………………………………………..………………11．2 虛擬儀器技術(shù)的介紹…………………………………………….…………………21．2．1虛擬儀器的簡(jiǎn)介……………………..…………………………………….…21．2．2虛擬儀器的特征…………..……………..…………..……….………………31．2．3虛擬儀器的組成…………………………………….………….………………41．2．4 虛擬儀器的發(fā)展過程…………………………………………….………..…51．3 虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW……………………………………….………...…51．3．1