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1、.毕业论文虚拟仪器在自动控制原理题 目:实验中的应用LabVIEW在自动控制原理实验中的应用摘 要根据“自动控制原理课程实验教学在高校实验实践中遇到的困难和实验教学改革的需要，本文提出了建立基于Labview的自动控制虚拟实验系统方案。文中分析了目前常见的虚拟实验系统，相应的应用Labview编程语言实现了包含“自动控制原理课程常见实验的虚拟实验系统。最后，利用Matlab语言编程进展比照分析，进展正确性验证。关键词：虚拟仪器，Labview，自动控制实验，MatlabIn Automatic Control Principle E*periment LabVIEW ApplicationAb
2、stractOn the basis of problems encountered in actual e*periment teaching of Automatic Control Theory in universities and need of e*periment teaching revolution，a new kind of automatic control theory virtual e*periment system based on Labview is advanced.Strong-point and weadness of mon virtual e*per
3、iment systems at present are analyzed and a virtual e*periment system including mon e*periments in Automatic Control Theory is plemented successfully using Labview equivalently.In addition，proposal for hardware e*periment e*pansion is put for wand.At last，Matlab programming is used for parison and a
4、ccuracy certification.Key words：virtual instrument，Labview，automatic control e*periment，MATLAB目 录1 绪 论12 LABVIEW以及虚拟实验室简介22.1 LabVIEW的简介22.2 LabVIEW的虚拟实验室简介33 虚拟实验室的建立53.1硬件平台构建53.2虚拟仪器软件设计53.2.1 使用Visual Basic开发虚拟仪器53.2.2使用LABVIEW开发的虚拟仪器54 LABVIEW在自动控制原理实验中的应用举例64.1 基于LabVIEW的自控原理虚拟实验系统的设计方法64.1.1自
5、动控制原理虚拟实验系统的根本构成64.1.2虚拟实验系统的扩展84.2 基于LabVIEW 的实验在教学中的应用104.2.1 构建虚拟实验系统目的与意义104.2.2 虚拟仪器引入实验教学的优势115 结 论12参考文献12致 13. .1 绪 论自动控制原理是电气工程专业一门重要的专业根底课, 要求学生掌握自动控制系统的分析及设计方法。自动控制课程中, 实验是一种重要的教学手段。学生通过做实验,可以加深对所学知识的理解, 提高动手能力, 锻炼发现问题、分析问题和解决问题的能力。但是目前自动控制实验教学存在一系列问题,例如实验设备和实验场地数量有限、实验设备老化严重以及严重缺乏实验指导教师等
6、, 因此各种虚拟实验方法相继提出。*些文献中提出基于Matlab 的虚拟实验系统, 用软件模拟了实际硬件的全部功能，解决了目前自动控制实验中的一些问题,并在一定程度上提高了自动控制原理的教学效果。但是,由于Matlab 的局限性,这些虚拟实验系统仅限于软件模拟,这样不能锻炼学生的动手能力和硬件调试能力, 并且软件模拟实验给学生的印象并不如硬件实验那样深刻。另外,由于Matlab 软件模拟往往需要学生对其有一定的熟悉和了解, 这对于低年级的学生来说比较困难。所以,实验效果并不很理想。随着虚拟仪器技术的出现和计算机技术的开展, 采用NI公司的LabVIEW编程语言,开发出基于LabVIEW所设计开
7、发出的虚拟仪器，不仅具有强大的数据运算和处理功能，而且仪器界面非常友好和美观，能够采集信号发生、波形显示、数据处理和结果输出等多功能与一身，替代了实验室中电压表、电流表和示波器多种传统的仪器设备，使实验过程得到相当程度的化，结合第三方公司提供的数据采集卡, 虚拟实验系统稍加改动就能够实现既可以在课堂上进展模拟实验,又能结合学校原有的硬件电路设备进展硬件实验的综合实验系统,可以显著提高教学效果和实验效果。虚拟仪器在经济上节约了传统仪器的大局部本钱，而且在实用性上不比传统仪器逊色。因此，现在虚拟仪器已经广泛的应用于学校、科研机构等诸多领域，在降低了原有本钱的根底上，同时它的应用比较方便，而且初学者
8、较容易学习、运用。在不久的将来，由于科学技术的不断开展和人们创新意识的不断深入，虚拟仪器的未来将是非常光明的，而且会被更多的人所认可和承受，这样就会有更好，更先进的虚拟仪器被开发出来，以满足不同人的需求。因此，根据“自动控制原理课程实验教学在高校实验实践中遇到的困难和实验教学改革的需要，本文提出了建立基于LabVIEW的自动控制虚拟实验系统方案。文中分析了目前常见的虚拟实验系统，相应的应用LabVIEW编程语言实现了包含“自动控制原理课程常见实验的虚拟实验系统。最后，利用Matlab语言编程进展比照分析，进展正确性验证。2 LabVIEW以及虚拟实验室简介2.1 LabVIEW的简介LabVI
9、EW是一种基于图形的集成化程序开发环境，由美国国家仪器NI公司研制开发的，实现了虚拟仪器的概念，它是一套专为数据采集与仪器控制、数据分析和数据表达而设计的图形化编程软件，强调了用户在标准的计算机上配以高效经济的硬件设备来构建自己的仪器系统的能力。他与传统仪器有许多不同，它们的比较如下：虚 拟 仪 器传 统 仪 器开放性、灵活，可与计算机技术保持同步开展封闭性、仪器间相互配合较差关键是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序既可。关键是硬件，升级本钱较高，且升级必须上门效劳。价格低廉，仪器间资源可重复利用率高价格昂贵，仪器间一般无法相互利用用户可定义仪器功能只有厂家能定义仪器功能可以与网络及
10、周边设备方便连接功能单一，只能连接有限的独立设备开发与维护费用降至最低开发与维护开销高技术更新周期短1-2年技术更新周期长5-10年虚拟仪器具有传统独立仪器无法比较的优势，但它并不否认传统仪器的作用，它们相互穿插又相互补充，相得益彰。在高速度、高带宽和专业测试领域，独立仪器具有无可替代的优势。在中低档测试领域，虚拟仪器可取代一局部独立仪器的工作，但完成复杂环境下的自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏，是传统的独立仪器难以胜任的，甚至不可思议的工作。专家们指出，在这个计算机和网络时代，利用计算机和网络技术对传统的产业进展改造，已是大势所趋，而虚拟仪器系统正是计算机和网络技术与传统的仪器技术进展融合的产
11、物，因此，在21世纪，虚拟仪器将大行其道，日渐受宠，将会引发传统的仪器产业一场新的革命。LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它们能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了根底条件。LabVIEW采用图形化编程语言-G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间掌握并应用到实践中去。特别是对于熟悉仪器构造和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、现场工
12、程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时间就能够学会并应用LabVIEW。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。LabVIEW这么容易学习和使用，是不是LabVIEW的功能十分有限呢？不。像C或C+等其它计算机高级语言一样，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。而且L
13、abVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言G语言。LabVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器，它的程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进展分析研究、传输等场合。总之，由于LabVIEW能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便，深受用户青睐。与传统的编程语言比较，LabVI
14、EW图形编程方式能够节省85以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，表达出了极高的效率。使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。例如，用户可以将原有的带有RS232接口的仪器、V*I总线仪器以及GPIB仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进展统一管理和操作。可以预见，由于LabVIEW这些其他语言无法比较的优势，已经成为该领域的一朵奇葩！最终将引发传统的仪器产业一场新的革命。2.2 LabVIEW的虚拟实验室简介传统实验室由不同功能仪器组成，以满足不同实验课题的要求。虚拟实验室的组成与传统实验室很相似，提供不同功能的仪器完成实验，不同之处
15、在于，前者基于真实的物理仪器，而后者是基于虚拟仪器。LabVIEW虚拟仪器实验室是有NI公司建立的。LabVIEW7.1的虚拟仪器技术提供信号发生、滤波处理、频谱分析、数据存储等传统实验室所提供的常见功能。通过使用此系统，用户可以方便、直观、系统地了解和掌握信号分析、处理的常规方法，进一步验证理论知识的正确性。其主要局部主要有以下功能：(1)信号发生 用于演示常规信号发生器功能，可产生正弦波、方波、三角波、锯齿波以及脉冲、冲激、噪声等信号。信号的类型确定后，用户要设置信号的各种参数如正弦波的幅值、频率、相位，脉冲信号的幅值、延时、脉宽等，系统根据用户所选择的信息，自动产生相应的数字显示到面板中，而且会实时根据信号信息的改变而改变信号的输出。在此过程中，如果用户想保存产生的信号，点击“保存数据按钮，将信号保存到数据文件中。 (2)滤波处理 用于演示滤波器功能，用户选好待处理的信号，并设置好幅值、频率等信号参数，系统将此信号叠加一个500HZ以上的高频干扰信号用于滤波分析，接着用户要设置滤波器的各种参数包括滤波器的类型、截止频率，阶数等，确定滤波器的功能，最后系统将从“原始信号、“滤波后的原始信号、“原始信号的FFT、“滤波后的FFT四个方面显示滤波效
