昆明理工大学虚拟仪器在控制系统设计中的应用模块实验报告.doc

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昆明理工大学机电工程学院

虚拟仪器在控制系统设计中的应用
模块综合实验报告

专业：机械工程及自动化

年级：2011级

学期：2014-2015学年上学期

模块名称：机电系统设计

指导教师：吴涛

学号：201110301154

姓名：蒋旭

实验起止时间：2015年1月4日至1月15日

目录

TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc408850681"一.实验指导书 PAGEREF_Toc408850681\h1
HYPERLINK\l"_Toc408850682"二、验证型实验 PAGEREF_Toc408850682\h22
HYPERLINK\l"_Toc408850683"三、设计型实验 PAGEREF_Toc408850683\h34
HYPERLINK\l"_Toc408850684"四、实验总结 PAGEREF_Toc408850684\h44
“虚拟仪器在控制系统设计中的应用模块”综合实验报告
第PAGE\*MERGEFORMAT44页

一.实验指导书
虚拟仪器在控制系统设计中的应用模块
综合实验指导书
第一部分控制系统设计基础验证性实验

实验一数学模型的创建
一、实验目的
1、掌握LabVIEW软件使用的基本方法；
2、熟悉LabVIEW软件的编程界面；
3、掌握使用LabVIEW软件创建系统的数学模型并实现数学模型之间的转换。
二、实验仪器与软件
1、PC机1台
2、LabVIEW8.5及以上环境
三、实验原理
1、控制系统的数学模型及其意义建立控制系统的数学模型是系统分析和设计的基础。用来描述系统因果关系的数学表达式称为系统的数学模型。控制系统的数学模型有多种表达形式：时域中常用的有微分方程、差分方程；复域中常用的有传递函数、结构图；频域中常用的有频率特性。
2、建立控制系统数学模型的不同方法建立控制系统数学模型的方法有分析法和实验法。实验法又称为系统辨识。
3、控制系统的不同模型表示及其转换实际工程中，要解决自动控制问题所需用的数学模型与该问题所给定的已知数学模型往往不一致；或者要解决问题最简单而又最方便的方法所用到的数学模型与该问题所给定的已知数学模型不同，此时，就要对控制系统的数学模型进行转换。
四、实验内容
1、LabVIEW软件的控制设计与仿真工具包
在讨论数学模型的创建之前，我们先了解一下LabVIEW软件的控制设计与仿真工具包。控制设计与仿真工具包可以在结构框图的AllFunctions选板中找到，如图1.1所示。

图1.1控制设计工具包
下面将简要介绍控制设计选板中每个单独工具的用法。我们将介绍在子选板中出现的函数。如需进一步的描述，可查看LabVIEW软件的帮助文档。当帮助菜单中的文字帮助窗口被打开时，你可以在相应的文字帮助窗口中看到关于每个函数的描述。模型创建选板如图1.2所示：

图1.2模型创建选板
图1.2中的函数用于创建各种类型的模型，例如传递函数模型、零点/极点/增益模型和状态空间模型等。下面将讨论创建传递函数模型函数和创建状态空间模型。
2、控制设计与仿真工具包中的创建传递函数模型

图1.3创建传递函数模型
端子如图1.3所示。重要的端子为分子和分母。一旦模型被创建，那么它既可以被显示在前面板中，也可以连接到其它函数上。
例：如果传递函数是，那么分子和分母需要按照以下方式进行输入。

图1.4创建传递函数模型(分子分母对应)
注意：在LabVIEW软件中，数组的第一个元素为s0的系数，第二个元素为s1的系数，第三个元素为s2的系数…。
3、控制设计与仿真工具包中的绘制传递函数方程这个函数用来创建传递函数方程，它可以通过创建指示器来在前面板中显示。

图1.5创建传递函数模型的前面板
如图1.5所示创建的传递函数模型通过方程指示器将结果显示在前面板上。如图1.6所示。

图1.6传递函数模型的前面板
请再一次注意分子和分母的系数，然后比较它们在结构图中输入的次序不同。
4、控制设计与仿真工具包中的创建状态空间模型

图1.7创建状态空间模型函数
函数的端子如图1.7所示。如果采样间隔端子没有连接，那么系统被默认为是连续采样。将一个值连到采样间隔端子上会使系统变为离散系统，它使用给定的时间作为采样间隔。状态空间模型的A、B、C、D矩阵都有对应的端子。一旦LabVIEW软件创建了状态空间模型（其输出端子可用），该模型就可以用于其它函数并且可以转化成其它的形式。
下面是创建状态空间模型的一个例子，如图1.8所示。它的输出端可以连接到控制设计工具包中很多其它函数上，作为它们的输入端。

图1.8创建状