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《基于虛擬儀器的自控仿真實驗系統(tǒng)的設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、基于虛擬儀器的自控仿真實驗系統(tǒng)的設(shè)計曾文琪高滿茹（北京聯(lián)合大學師范學院）摘要:本文以LabVIEW為開發(fā)平臺，利用其PID控制工具包，開發(fā)了自控原理仿真實驗系統(tǒng)，并以“二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)“為例詳細敘述了仿真實驗系統(tǒng)的設(shè)計過程。關(guān)鍵詞:虛擬儀器；LabVIEW；PID；自動控制；傳遞函數(shù)中圖法分類號:TP311文獻標識碼:ADesignofSimulationExperimentSystemonAuto-ControlTheoryBasedonVirtualInstrumentZengWenqiGaoManru(Teachers′CollegeofBeijingUnionUniversi
2、ty,Beijing,100011,China)Abstract:BasedonLabVIEWandPIDControlToolkits,themethodofdevelopingasimulationexperimentsystemonauto-controltheoryispresentedinthispaper.Andthedesignprocessofsimulatedexperimentsisdescribedbyanexampleof“ResponseofSecond-orderSystemsforStepInput”.Keywords:virtualinstrument;
3、LabVIEW;PID;automaticcontrol;transferfunction1LabVIEW與PID控制工具包1.1LabVIEWLabVIEW編程語言是美國最大的虛擬儀器制造商NI公司推出的一種基于G語言（GraphicsLanguage，圖形化編程語言）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，編程時使用圖標代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序。LabVIEW程序被稱為VI（VirtualInstrument），即虛擬儀器。實際上，VIs類似于傳統(tǒng)編程語言的函數(shù)或子程序，若干VIs可以組成一個主VI。一個VI由前面板（FrontPanel）、框圖程序（Diagram）和接口板組成，前面板接受來自框圖
4、程序的指令。用戶最終看見的是和實際硬件儀器相似的操作面板即VI程序的前面板。LabVIEW是一個通用編程系統(tǒng)，不但能夠完成一般的數(shù)學運算與邏輯運算和輸入輸出功能，它還帶有專門的用于數(shù)據(jù)采集和儀器控制的庫函數(shù)和開發(fā)工具，尤其還附帶專業(yè)的各類工具包，基本上可以滿足復(fù)雜的工程設(shè)計、計算和分析要求。PID控制工具包正是其中之一。1.2PID控制工具包NI公司推出的PID控制工具包包括了PID、模糊邏輯控制和高級控制等幾類函數(shù)。這些函數(shù)能與I/O函數(shù)例如數(shù)據(jù)采集等函數(shù)配合使用，從而實現(xiàn)過程控制。本系統(tǒng)中使用的是高級控制函數(shù)，它提供了構(gòu)造好的方塊圖，可以創(chuàng)建高級控制函數(shù)。其中，Continuous
5、Linear函數(shù)模擬了真實的連續(xù)信號，可以用于控制或仿真系統(tǒng)。該函數(shù)包含六個子函數(shù)：積分器Integrator.vi，有限積分器LimitedIntegrator.vi，微分器Derivative.vi，傳遞函數(shù)TransferFunction.vi，零極點Zero-Pole.vi，狀態(tài)空間Atate-Space.vi。本系統(tǒng)選用的是傳遞函數(shù)TransferFunction.vi，它根據(jù)已知的傳遞函數(shù)和輸入信號計1算輸出信號。一般來說，一個傳遞函數(shù)可以如式1所示：YS()GS()=（式1）X()S傳遞函數(shù)包含分子多項式和分母多項式兩部分。在LabVIEW的PID控制工具包中，傳遞函數(shù)的
6、多項式是用數(shù)組來表示的，而且是按照升冪的次序排列的。比如，假設(shè)分子的多項式2為1+2S+3S，用數(shù)組表示則可以寫成[1，2，3]。分母多項式的表示方法與分子多項式相同。2仿真實驗系統(tǒng)主界面的設(shè)計仿真實驗系統(tǒng)主界面主要是各實驗項目導航條，在此選擇要做的實驗，然后進入單個實驗界面，如圖1所示。圖1系統(tǒng)主界面系統(tǒng)界面主要包括各實驗的導航條以及登錄按鈕。用戶進入系統(tǒng)后，要求先進行登錄，成功后程序才可以繼續(xù)進行。導航條按鈕對應(yīng)的框圖是調(diào)用各實驗的子VI，實現(xiàn)起來較為簡單，具體程序框圖略。此外，實現(xiàn)登錄的相關(guān)程序涉及LabVIEW對數(shù)據(jù)庫的調(diào)用，在此不作具體敘述。3二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)的仿真實驗設(shè)計
7、下面以“二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)”為例介紹時域響應(yīng)類仿真實驗設(shè)計思路。該實驗?zāi)康氖菍W習典型二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的實驗測試方法，研究二階系統(tǒng)的兩個重要參數(shù)ζ、ωn對階躍瞬態(tài)響應(yīng)指標的影響。3.1典型二階系統(tǒng)的基本原理典型二階系統(tǒng)的方塊圖如圖2所示。圖2典型二階系統(tǒng)方塊圖其中，ωn為無阻尼自然頻率，ξ為阻尼比。其閉環(huán)傳遞函數(shù)如式2所示：2Ys()ωnGs()==（式2）Xs()ss22++2ζωωnn2當01<<ξ時，稱作欠阻尼，階躍響應(yīng)曲線呈正弦振蕩衰
