【正文】 主程序的設(shè)計(jì) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及到的程序比較多，在對這些程。因此，程序中為用戶名和校驗(yàn)密碼兩個前面板控件創(chuàng)建了局部變量，并在程序運(yùn)行結(jié)束時給它們一個空字符串賦值。其作用是待輸入信息后，清除前面板上的 信息。 圖 登陸系統(tǒng)的儀器面板 其程序框圖設(shè)計(jì)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(jì) 登陸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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。 G=tf(n,d)。) hold on end n=[0 0 0 10]。 plot(x,y,39。 for X=::10 x=pi*X/4。 圖 非線性系統(tǒng)的運(yùn)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(jì)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(jìn)行圖形的繪制。 ，完成后如圖 所示。 X=eval(X)。,X)。 X=solve(39。 G=10/(j*w1*(j*w1+1)*(j*w1+2))。 w1=w(1)。)。 w=solve(39。 輸出變量 類型 X1 Real W2 Real 然后，將下面的 MATLAB 文件寫入節(jié)點(diǎn)內(nèi)。 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(shí)驗(yàn)。 圖 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的 Matlab 仿真 非線性系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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。 圖 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析的運(yùn)行結(jié)果 實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng) Matlab 的仿真和正確性驗(yàn)證 在設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，為了對設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng) 進(jìn)行驗(yàn)證，采用 Matlab軟件進(jìn)行仿真。 c. 連線，完成后如圖 所示。 y=step(syss,t)。 syss=tf(num,den)。 num=[0 0 25]。 P={1}。 s1=tf(n1,d1)。 n1=[25 1]。 圖 穩(wěn)定性分析的儀器面板 36 2. 程序框圖設(shè)計(jì) Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸出變量。 設(shè)計(jì)步驟 1. 面板 設(shè)計(jì) 啟動 Labview，進(jìn)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 。仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 頻率特性程序框圖 ，運(yùn)行 運(yùn)行結(jié)果如圖 所示。 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。fhase deg39。)。 grid on xlabel(39。)。 ylabel(39。Frequency(rad/sec)39。)。 grid on title(39。 hold on semilogx(w1,pha)。 hold on semilogx(w1,mag)。 figure(1) [mag,pha,w1]=bode(num,den,w)。 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(diǎn)內(nèi)。 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(shí)驗(yàn)。 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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能夠針對不同的傳遞函數(shù)，進(jìn)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。 圖 采樣系統(tǒng)矯正運(yùn)行結(jié)果 實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng) Matlab 的仿真和正確性驗(yàn)證 在設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，為了對設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，采用 Matlab軟件進(jìn)行仿真。 c. 連線，完成后如圖 所示。 y2=step(sys2)。 sys2=feedback(s5,1)。 s2=tf(n2,d2)。 n2=[ 1]。 t1=0::5。 s3 = (1+T*s(T^2)*(s^2))/s s4=s1*s3。s39。 s1=tf(n1*k1,d1)。 n1=30。 圖 采樣系統(tǒng)校正儀器面板 2. 程序框圖設(shè)計(jì) Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸入、輸出變量。 設(shè)計(jì)步驟 1. 面板設(shè)計(jì) 啟動 Labview，進(jìn)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 采樣系統(tǒng) Matlab 仿真 29 采樣系統(tǒng)校正虛擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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。 圖 采樣 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng) Matlab 的仿真和正確性驗(yàn)證 在設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，為了對設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，采用 Matlab軟件進(jìn)行仿真。 c. 連線，完成后如圖 所示。 y=step(sys)。 sys=tf(num,den,T)。 num=[*(2*T1+exp(2*T)) *(1exp(2*T)2*T*exp(2*T))]。 2. 程序框圖設(shè)計(jì) Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸入、輸出變量。 設(shè)計(jì)步驟 啟動 Labview，進(jìn)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。仿真結(jié)果分別如圖 和 所示。 3. 保存，運(yùn)行 運(yùn)行結(jié)果如圖 所示。 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。 t2=0::。 sope=s1*s2。 d2=[ 1]。 ts=4/(zeta*omegan)。 y1=step(sys1,t1)。 sys1=feedback(s1,1)。 d1=conv([1 0],[ 1])。 k0=20。 圖 校正系統(tǒng)儀器面板 2. 程序框圖設(shè)計(jì) Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸入、輸出變量。 設(shè)計(jì)步驟 1. 面板設(shè)計(jì) 啟動 Labview，進(jìn)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。仿真結(jié)果分別如圖 、 和 所示。 圖 二階系統(tǒng)程序框圖 3. 保存，運(yùn)行 欠阻尼、臨界阻尼和過阻尼三種情況下的運(yùn)行結(jié)果分別如圖 、 和 所示。 20 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。 t=0::5。 den=[1 2*zeta*omegan omegan^2]。 ts=4/(zeta*omegan)。 sigma=exp(zeta*pi/(1zeta^2)^(1/2))。 19 圖 二階系統(tǒng)儀器面板 2. 程序框圖設(shè)計(jì) Functions》 All Functions》 Analyze》 Mathematics》 Formula》 MATLAB Script 操作，然后添加如下的輸入、輸出變量。 設(shè)計(jì)步驟 1. 面板設(shè)計(jì) 啟動 Labview，進(jìn)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。仿真結(jié)果如圖 所示。 圖 一階系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)程序框圖 3. 保存，運(yùn)行 運(yùn)行 結(jié)果如圖 所示 。 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。 t=0::。 den=[T 1]。 17 輸入變量 類型 T Real K Real 輸出變量 類型 T 2D Array of Real Y 2D Array of Real 然后，將下面的 MATLAB 文件寫入節(jié)點(diǎn)內(nèi)。 2 個 Numeric 控件，功能是分別輸入一階系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù) T 和放大倍數(shù) K 的值；一個 XY Graph 控件，功能是顯示一階系 統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)曲線；一個 OK Button 控件，功能是可以退出該實(shí)驗(yàn)。自動控制原理中一階系統(tǒng)的 比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、比例積分環(huán)節(jié)、比例微分環(huán)節(jié)和比例積分微分環(huán)節(jié)的單位階躍響應(yīng)畫法與該系統(tǒng)一樣。 輸出報表的程序流程圖如圖 所示。 主程序是一個包含所有虛擬實(shí)驗(yàn)的程序，其程序框圖如圖 所示。 圖 總體設(shè)計(jì)流程圖 基于 Labview 的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) “自動控制原理”中常見的虛擬實(shí)驗(yàn)子系統(tǒng)如下： 實(shí)驗(yàn)一：基于 Labview 的一階系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)二：基于 Labview 的二階系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 結(jié)束 主程序 登陸系統(tǒng) 開始 輸出報表 各子實(shí)驗(yàn) 14 實(shí)驗(yàn)三：基于 Labview 的系統(tǒng)校正虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)四：基于 Labview 的采樣系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)五：基于 Labview 的采樣系統(tǒng)校正虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)六：基于 Labview 的頻率特性虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)七：基于 Labview 的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn) 八：基于 Labview 的非線性系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 這些實(shí)驗(yàn)有著不同的實(shí)驗(yàn)原理，但是，有著相同的設(shè)計(jì)步驟，其設(shè)計(jì)的流程圖如圖 所示。為了方便觀察實(shí)驗(yàn)的輸入輸出數(shù)據(jù)，最后添加了輸出報表部分。 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。 12 非線性系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 原理 繼電型非線性三階系統(tǒng)原理方框圖 方框圖如圖 所示。 若系統(tǒng)閉環(huán)特征方程所有根的實(shí)部都小于零，則系統(tǒng)閉環(huán)是穩(wěn)定的，只要有一個根的實(shí)部不小于零，則系統(tǒng)閉環(huán)就是不穩(wěn)定的；只要有一個根的實(shí)部為零，則控制系統(tǒng)臨界穩(wěn)定，工程上實(shí)際將臨界穩(wěn)定當(dāng)作是不穩(wěn)定的。由此可知，求解控制系統(tǒng)閉環(huán)特征方程的根并進(jìn)而判斷所有根的實(shí)部是否小于零就可以判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，