基于Labview的控制系统设计与仿真

设计与仿真 摘要电子测量和计算机测试的先进技在控制理论教学和实验过程中,存在着诸多的问题,如设备短缺,单调的地解决这些问题．本文介绍了基发工具，实现了控制系统的建模、分析与设计,这一系列过程可在计算机中仿设计仿真模块，实现常见的典型控系统的每一个子模块和虚拟仪器程序编ABSTRACT 2.2虚拟仪器(VI) 7虚拟仪器的概念 7 3.2.1传递函数模型的阶跃响应和脉冲响应 18 第1章绪论1.1课题背景开设的一门专业基础课，由于控制理论较生接受起来较为困难．而随着高等教育规模的时代发展的要求，教学和实验的体制和模式的改革势在必行[1]．使学生加深对所学知识的理解，提高将理活动中不可缺少的环节，对于培养学生的综合采用虚拟实验的方式，一方面能够给学生提供接触和研究所做的实验，打破了传统的实验模间，培养学生理论联系实际的思维方式；另一方面由于虚拟实验可以为硬件(实验设备)和软件(数据分析)的结合，这设计和改进虚拟实验的程序，给他们更多的自主性，调动创新意识，培养创新能力[2]．见的典型控制系统的仿真．输入相象的、静态的理论知识转化为具体的、动控制理论中常见的、典型的实例利用相关软件工具(如Labview、MATLAB等)实现建模、分析、设计过程的仿真，；另一方面对于实验教学会起到一定的指也将有利于学生综合掌握控制理论，而不论．以上几点对于教学实际具有非常现实的1.2控制系统仿真的意义是通过对系统模型的实验，研究一个存在或设经被公认为是一种新的实验手段，在科学与工程领域发挥着越来越重要的作用[2]．容易地计算出来．但随着控制理等简单的运算工具难以达到预期的效然地出现了控制系统的计辅助设计技术的发展目前已达到了相侧力集中在控制系统理论和方法上，而不是花费、器设计的效率和可靠性[4]．1.3控制系统仿真的研究现状仿真理论与技术的发展是密不可分的，国对象的程序环境阶段．其中影响较大、具有代L美国学者CleveMoler等人推出的交互式MATLAB语言辅助设计成果有：中科院系统科CADCSC院沈阳自动化研究所马纪虎研究员主持仅满w实时监控等不足之处，在一定程度上可以替代1.4本课题研究内容析、设计过程的仿真．主要研究内容有见的、典型的实例，完成其理论方面的建(3)控制模型相应的仿真VI设计1.5本章小结系统仿真的意义、控制系统仿真的课题是基于虚拟仪器技术，实现常见的典，即可得出仿真结果；将抽象的、静态的第2章Labview软件介绍程语言是他的最大的特点．常见的编程语言(如C、Java、VB等)都是文本方法虽然各不相同，但都有一个共同特点：都表示数据存储的地址或对数据的各种操作；再完整的对某个数据的赋值、计算等操作．文本顺序来判断哪些程序先执行，哪些后执行；但是数据流编程方式是Labview采用的方式，程序的执行顺序由程序框图中节线来表示[6]．Labview平台提供了很多的控件，这与传统仪器(如万用表、示波器)外使用连线和图表，用户界面上对象通过编程的序框图中每一个对象相对应，控件会根据自己示出数据当有数据进来的时候，例如图形，数中的仪器，例如示波器与万用表显示、分析和数据采集等．这些工具都，参数的设置和仪器的连接就但是我们不需要去花时间来记住这些函数，这些函数被集成在到需要的函数，再把它拖到程序框图中就完成了．没有图形化的工业界、研究实验室和学术界广泛地使用Labview这个软件，把它当作2.2虚拟仪器(VI)虚拟仪器的概念卡插在一台计算机上，再配上一段Labview程序，就成了一台可以完成一定能而依托通用的计算机硬件和操作．虚拟仪器可以用来完成仿真、控制、测NI公司提出了虚拟仪器理念的核心思想即“软件即是仪器”概念．被这部件可以是传感器、数据采集板(DAQ)、模块化仪器或独立仪器．NI提供图像采集产品和软件产品(如Labview)等．来具有四个优势[11]：在PC技术的基础上发展起来的虚拟仪器技术包含了现代PC技术的优技术得益于计算机网络的不断发展，其优势正少量硬件上面的投入和极少甚至不需要术集成到现有的测量设备中，这将最终的系统．随着产品功能的不不同设备把多个测量单化[12]．在学术界和工业界中普遍使用Labview作为仪器分析软件、控制软件和工程应用和科学研究领域使用是很理想丰富的函数库可以便捷快速地搭建功能复杂的测控系统．数据流驱动和图形化编程是Labview编程语言最主要的两个等)都是文本编程语言，它们使用的领域和方法虽然各不相同，但都有一个单词，用单词指定数据存储的地址或对数据的，用语句表示完整的对某个数据的赋值、计算的．文字就可以表达丰富的含义；它，标就可以调整和选择应用程序的界面，直接看到程序运行时的结这样的编程语言仍不能被称为图形的编程语言，他们在设计界面面设计时采用了与其他高级语言类似的图形化方式，更重要的是Labview各样的小图形块而文本．这种全新的编程方式由于图形比文字更为直观，因而view在Labview软件启动时，将出现一个未命名的前面板窗口．该窗口是VIiew框图，其中包含了各种以图形方式(诸如图标、连线等)表示的程序代码．图形对象组成了前面板和程序框图．前面板提供了了很多指示器和控件(即输出和输入)．前面板上的指示器和控件对应于程序框图中包含的端子，程序框图中还提供连线、结构、子VI、函数以及常量．程序的控制元素(比如While循环和For循环)是结构．VI实例的前面板，前面板表示条、仪器上的输入设备类型，如开关和旋钮，并通送到程序框图．指示器包括字符串指示器、数系统的前面板前面板是VI的交互式用户界面，外观和功能都类似于传统仪器面板，用项板等，如框图中所示的各部分，由框图组成的图形对象共同构的程序代码．而此处并不是一般的文本程序代码，而是图形化编程的图标语言．所以Labview的框图(表面上类似于计算机程序流程图)与言中的文本行相对应．事实上，框图是实际的可执行代码，编程编译，当出现错误时则立即反馈，例如不兼容的数据类型连线错通过将完成特定功能的对象连接在一起构建出来的．框图的组件系统程序框图图标是VI图形的符号，连接器则用来定义输入和输出的，每一个VI都数的过程是编程一般步骤，与烦琐枯燥2-5所示的是一个子VI的图标和图2-5虚拟仪器(VI)的图标和连接器器的操作和显示面板就相关数据的显示和参数的设置，程序框图就像是参数进行运算而得到结果并输出，而图标和连件．这些东西组合在一起，使仪器能够提供用2数据流驱动对其进行处理，再把结果传给输出端连线．为了符合数据流的概念，多数情况下Labview函数(或子VI)使用的传递参数方数据在连线上流动，遇到一个节点，便一股脑都如数据线分叉的时候，数据便生成一个副本，这连线上按照设定的方向移动，图中液罐的体积运算过后再把结果发送到下一个节点，这就是驱动方式试测量领域获得了广泛的支持．至今，使用Labview可以非常便捷地控制这驱动程序．用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的Labview所需的所有功能，用户在这些工具包的基础之上再开发程序就容时甚至只需要简单地调用工具包中的函数，就可以组成一个完整这功能类似的大型应用软件，熟练的果项目开发实践紧张，应该优先考虑使用虚拟仪器，以缩短开发个硬件设备之上运行，也可以优先考2.5控制设计工具包图2-7控制设计工具包的VI库域分析方法，以及经典和现代控制理论，使得该工具包完全可以成为控制设计种操作；可将烦琐的计算和绘图过程NILabview工程人员提供了更加完整的工具组件．可计算现其设计过程的验证．可用于实现复杂、实时，适用于汽车、航空、复杂机械控制及硬件在MATLAB制系统工具箱的比较em分析和设计的高效率工具．在二者基础上都可以进行二次开发，开发出实验教学系统或是CAI课件．目前研究比较多的是利用MATLAB(GUI)设计技术．与之相比，利用Labview控制设计工具包进行二次开发的优户界面设计比较方便，开发者可以把精力集中于程序的编写2.6本章小结本章详细介绍了NI公司的Labview软件，以及它的编程语言和应用领域．其中最关键的是Labview软件中的工具模块．本课题主要用到的是控制介绍了控制设计工具包第3章控制系统设计与仿真图的控制设计与仿真选板中找到如图计模块递函数模型输出传递函数前面板中，也可以连接到其它函数系数的系数，……拟仪器包括控制设计阶跃响应和控制设计传递函数模型的阶跃响应和脉冲响应模型的阶跃响应和脉冲响应的后面板模型的阶跃响应和脉冲响应的前面板不同们所表征的系统性能是一致的．通常以单在一个统一的基础上对各种控制系统的性1波特图曲线的波特图曲线，其输入是一个开环模响应进入转折点，幅值最大，而相位为0°．2奈奎斯特曲线3.4动态特性选板如根轨迹、直流增益、时间响应参1根轨迹曲线根轨迹是指当系统开环传递函数中的某个参数(通常为开环根轨迹增益)穷时，闭环系统的特征方程的根在[s]上的运动轨迹．通常可利图可以比较简单、直观地分析参数的变动态性能等．而且还可利用开环零、极标要求的系统．此外根据确定的闭环极值，这个多项式形式的函数接受任何模虚拟仪器的指示器的创建方法与CDNYQuist相同，同时坐标的类型只能在3.5锅炉液位控制系统的校正与比较蒸汽的设备，为了保持生产的正常运值．锅炉液位过低，易烧干锅而引发严重证锅炉正常安全的运行．常见的锅炉液位控然变大或减小，液位就会下降或上升；或测量值扰动正常给定液位发生偏差，调节器均应测量值扰动扰动是指给水压力变化或蒸汽负荷变化等压变送器，用来测量锅炉的液位，并转变是锅炉液位控制系统中的控制器，在调节较，得出偏差值，然后根据偏差情况按一动调节阀动作；调节阀在控制系统中起执+偏差值水+偏差值水值对上述系统进行了简化，可以假设锅炉控制系统的传递函数错误!未找到K且动所以我对此系统进行了串联校正，使得系E(s)G(s)cK3.6本章小结本章详细介绍了Labview软件的控制设计工具包，并且根据工具包的功．主要有传递函数模型的阶跃响应和脉统的增益和相位余量和根轨迹．对锅炉通过校正使得锅炉液位控制系统能更好第4章结论与展望软件集成开发环境，是真正面向科学家和工程师的编程语言．虚子、电气、计算机、机械、生物等工程领域的测试、测量及自动仪器是当今测控技术发展的必然道路．另一方面，随着网络技术将来崭露头