实验一（1）LabView 基础程序设计
1．实验目的：
熟悉LabVIEW软件的基本编程环境。掌握前面板窗口和程序窗口的应用方法，了解图形化程序设计环境下条件、选择、顺序结构的表示和常用数据类型的操作。
2．实验内容：
建立自己的虚拟仪器项目文档（.lvproj文件），在其中建立两个VI文档，分别实现任务（1）、（2）、（3）的要求。
任务（1）：设计简易计算器，实现“＋－×÷”的计算。
在“数值A”、“数值B”框中输入实数，点击“运算”按钮同时完成两数的“＋－×÷”运算，并显示结果。点击“退出”按钮结
束程序运行。
图 1.1.1 前面板
图 1.1.2程序面板
程序流程图
问题及解决
如何处理除数B 为0时？ 解决：将B 的值作为循环的一个条件，B 不为0时，正常进行运算；B 为0时，不进行运算， 并提醒用户重新输入。
任务（2）：数组操作
开始
是否按停止按钮？ 输入A 和B B 不为零
结束 点击确定按钮
提示用户重新输入
计算并显示结果 是
是 否 否
图1.2.1 前面板
图1.2.2程序面板
程序流程图
问题及解决
软件中的随机数为0-1，如何输出10-100？
解决：将输出随机数乘以90，再加上10，可以得到10-100的随机数。
开始
结束 否
输入数组
是否按停止按钮？
数组操作并显示
是
任务（3）：周期信号的产生和显示
图1.3.1前面板
图1.3.2程序面板
程序流程图
问题及解决
1 如何得到累加的值、递减的值，如何保持？
解决：用幅度上线除以累加点的个数，可以得到累加的值。 累加值为0时，即为保持状态。 递减值与累加值一致。
2 如何保存上一次的累加结果？ 解决：使用寄存器。
开始 结束
通过累加得到部分三角
波，持续100ms
是否按停止
按钮？ 保持原波形100ms 保持原波形100ms 通过递减得到另部分三
角波，持续100ms
是 否
实验二一阶惯性环节的仿真
实验目的：
了解利用对象数学模型在LabView环境设计仿真程序的方法。
实验要求：
创建一个VI程序，此VI要设计一个一阶惯性环节的仿真对象，并在阶跃输入情况下显示其的输出响应的波形和实时数据。要求阶跃信号幅度、仿真对象的参数可设置。
图2.1 前面板
图2.2 程序面板
实验三信号采集和处理
实验目的：
了解NI公司DAQ硬件和LabView软件配合进行数据采集（DAQ）操作的基本方法。实验要求：
利用NI-6009数据采集卡和LabView软件配合实现交流信号的采集和处理，要求测量交流信号的周期、频率、幅值，显示采集的信号波形和数据，并将数据保存到电子表格中。实验设备和实验系统结构：
NI USB-6009多功能数据采集卡，传感器实验台，PC机
采样VI运行时前面板的屏幕截图：
包含数据存盘功能的子VI程序窗口：
图3.2 程序面板
数据保存的实现：
采用方法一，利用函数选版中的“文件IO”功能的相关图标，保存处理采样数据获得的数组。将采样完成生成的波形数据利用“写入电子表格”模块，令“输出多行数据”为“1”，
输出为exile电子表格，在前面板添加路径按钮，表格保存到指定路径。
实验四过程控制仿真实验
实验目的：
熟练掌握过程控制系统调节器参数整定的一般方法。
实验设备：
计算机，仿真软件
实验要求：
根据给定的对象传递函数设置仿真模型参数，完成单回路、串级、前馈控制系统的调节器参数整定，使控制系统调节过程的衰减率约为0.75（衰减比4：1）。
单容系统：ZK: G(s)=0.5e^-s G o(s)=1.6/(10s+1)e^(-2s)
图 4.1.1 对象特性测定曲线
根据参数，PID估算表得：P =110% I=1.95s D=1.95s得到的过渡过程曲线为：
图 4.1.2 数据曲线窗口
图 4.1.3 调整后的曲线
实际使用的PID参数：P=107% I=2.5s D=2.5s
双容系统：ZK: G(s)=1 副对象：G o1(s)=1.2/(3s+1)e^(-s) 主对象G o2(s)=1.2/(12s+1)e^(-2s)
图 4.2.1 对象特性测定曲线
特性参数如图所示。根据参数，得：P=195.84% I=3.8597s D=3.8597s
得到的过渡过程曲线为：
图 4.2.2 数据曲线窗口
图 4.2.3 调整后的曲线
实际使用的PID参数：P=185% I=4.4s D=4.4s
串级系统：ZK: G(s)=1 副对象：G o1(s)=1.2/(3s+1)e^(-s) 主对象G o2(s)=1.2/(12s+1)e^(-2s)
图 4.3.1 对象特性测定曲线
特性参数如图所示。根据参数，PID估算表得：主对象：P=195.84% I=3.8597s D=3.8597s 副对象：P=165.6% I=0.6484s D=0 得到的过渡过程曲线为：
图4.3.2 过渡过程曲线
图 4.3.3 调节后的曲线调节后的主副对象参数为：
副对象：P=160% I=1.2s D=无
主对象：P=168% I=4.2s D=4.2s
实验七被控对象特性测试和单回路控制系统整定
一、实验目的
1.掌握对象特性的阶跃响应的工程测试方法，记录相应液位的阶跃响应曲线和数据。
2.根据实验得到的液位阶跃响应曲线，学会用两点法和图解法估算对象的参数，确定
被测对象的传递函数。
3.了解单闭环液位控制系统的结构与组成。
4.掌握单闭环液位控制系统调节器参数的整定。
5.研究调节器相关参数的变化对系统动态性能的影响。
二、实验设备
THJ-2型高级过程控制系统实验装置，计算机及相关软件。
对象特性测定的过渡过程的曲线和数据
1、两点法的计算分析过程：
T=2(t0.63-t0.39) τ=2t0.39-t0.63 K=dh
智能调节仪参数40变化至43
起始点平衡点
时间20:36:29 21:22:49
液位检测值 1.1 12.3
t0.39=355(s)
t0.63=780（s）
Kp=25.4
τ=2 t0.39 - t0.63=355*2-780=-70<0 为负！
原因分析：
下水箱为大水箱，时间常数过大，难以找到平衡的时间点。导致τ值为负的原因就是没有找到正确的平衡点。
处理方法：
用经验试凑，令τ=20，PID估算表中比值选择最小比值X=0.1
P=139*Kp=35.3
I=10
D=10
2、执行闭环调节控制时的过渡过程的曲线、数据和对应的调节器参数:
最终PID参数：
P=40
I=20
D=20
闭环控制曲线（设定值为10）：
4.控制效果分析
衰减比为6.4：1.6=4:1 满足要求最大偏差量6.4 余差：0
思考题
1．做本实验时，为什么不能任意改变出水口阀开度的大小？
答：改变出水口阀开度的大小便会改变对象的属性和变化机理导致物位方程改变。
测定的参数就不会正确。
2．用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？
精度与采样时间、t s的估计等。
实验八液位的前馈-反馈控制系统
一、实验目的
1、通过实验进一步了解前馈－反馈控制系统的原理和结构。
2、掌握前馈补偿器的设计方法。
3、掌握前馈－反馈控制系统参数的整定与投运。
二、实验设备
1、THJ-2高级过程控制系统实验装置
2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根。画出液位前馈-反馈控制系统的方框图:
根据实验，确定前馈补偿器的系数K B。
特性曲线：
两点法计算PID参数：
起始点平衡点
时间09:05:22 09:13:42
液位检测值 1.2 10.4
t0.39=95(s)
t0.63=165（s）
Kp=46
τ=2 t0.39 - t0.63=25
T=2（t0.63 - t0.39）=140
τ/T=25/140=0.18
取X=0.2 根据PID估算表得：
P=63.94
I=16.995
最终参数：
P=64
I=17
D=17
反馈不加扰动PID调节
衰减比约为4:1 满足要求
3、画出不加前馈补偿器时，系统在扰动作用下被控制量的响应曲线。反馈加扰动–去除扰动
Kp 控制量旋转360°
5、根据所得的实验结果进行分析。
加上前馈补偿器后，系统在同样扰动作用下，被控制量的超调量变小。衰减比不变。
实验九温度串级控制系统
一．实验目的
利用PC机和通道模块构成的DDC的硬件系统，通过组态软件的操作，设计温度对象的
控制方案，并对串级控制方案进行实际运行，对其控制品质及特点进行分析和比较，从而加深对过程控制理论的理解和认识。
二．实验设备
1、三温度实验装置。
2、计算机、三温度实验系统组态软件。
实验控制系统的系统结构图和系统框图：
图9.1 三温度系统结构图
分别写出实验步骤，包括系统组态、参数求取、参数计算和参数整定过程
实验步骤:
(1)启动DDC软件，完成三温度串级控制系统的组态
图9.2 控制系统的组态
(2)组态完成后，单击流程图上的“开始”命令按钮, 开始采样, 同时开始记录温度曲
线。开启“加热器”电源开关K1(控制柜内)，运行系统。