基于LabVIEW的控制原理虚拟实验台开发

基于LabVIEW的虚拟仪器设计与控制技术LabVIEW是一种流行的虚拟仪器设计与控制技术，它是一种由美国国家仪器公司（NI）开发的视觉编程语言。

LabVIEW可以通过图形化的编程界面实现虚拟仪器的设计和控制，具有广泛的应用领域和强大的功能。

虚拟仪器是利用计算机软硬件模拟实际仪器的工作原理和功能，在实验教学、科学研究、工业自动化等领域得到了广泛的应用。

而LabVIEW正是为了方便虚拟仪器的设计与控制而开发的一种专门的工具。

首先，LabVIEW的图形化编程环境使得仪器的设计变得更加直观和易于理解。

传统的编程语言通常是通过文本代码来描述程序的逻辑，而LabVIEW则采用了图形化的编程方式，通过线连接不同的模块来实现程序的流程控制。

这种可视化的编程方式使得运行过程更加直观，能够让设计者更加清晰地了解仪器的整个工作流程。

其次，LabVIEW具有强大的数据处理和分析功能。

LabVIEW提供了丰富的数据处理工具和函数库，可以对实验数据进行处理、分析和可视化显示。

通过LabVIEW，用户可以快速地对数据进行滤波、平均、拟合、傅里叶变换等操作，从而得到所需的结果。

这种强大的数据处理功能使得LabVIEW成为执行复杂实验和科学研究的理想工具。

此外，LabVIEW还具备灵活的虚拟仪器控制能力。

LabVIEW不仅可以通过计算机与实际仪器进行通信，控制实际仪器的工作状态，还可以直接通过硬件信号和传感器进行实时数据采集和反馈控制。

借助于LabVIEW的硬件模块与外围设备的配合，用户能够方便地搭建出一个完整的虚拟仪器系统，实现仪器的自动化控制。

此外，LabVIEW还有及其广泛的应用领域。

LabVIEW可以应用于高校科研实验室、工业控制系统、医疗设备、无线通信、能源管理等各个领域。

在高校科研实验室中，LabVIEW可用于设计各种虚拟实验平台，为学生提供更加灵活、安全和便捷的实验教学环境。

在工业自动化领域，LabVIEW可以用于设计各种自动控制系统，提高生产效率和产品质量。

系统PID 校正虚拟实验系统 一、PID 校正原理1、 原理概述在串联校正中，比例控制可提高系统开环增益，减少系统误差，提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成系统闭环系统不稳定；积分控制可以系统的型别（无差度），有利于提高系统稳态性能，但积分控制增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90度的相位滞后，对系统的稳定不利，故不宜采用单一的积分控制器；微分控制规律能反映输入信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性，但微分控制增加了一个开环零点，使系统的相角裕度提高，因此有助于系统动态性能的改善。

PID 控制器增加了一个位于原点的开环极点和两个位于s 左半平面的开环零点，可提高系统的稳态性能，改善系统的动态性能。

2、原理框图PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差：对偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)计算后通过线性组合构成控制量，作用于被控对象，其控制规律为：3、 数学模型的建立PID 控制规律的传递函数为2(1)1()(1)p i di c p d i i K TT s T s G s K T s T s T s++=++=式中p i d K T T 、、分别为,比例系数、积分时间常数、微分时间常数比例环节成比例的反映控制系统的偏差信号，一旦产生偏差，控制器就产生控制作用，来减少偏差。

积分环节主要用于消除静态误差，提高系统的无差度。

积分作用的强弱取决于时间常数i T ，i T 越小，积分作用越强。

微分环节反映偏差信号的变化趋势，在系统中引入一个有效的提前修正信号，来加快系统的动作速度，缩短调节时间。

二、PID 校正虚拟实验系统设计PID 控制器设计的主要任务就是对于用户输入的被控对象，快速地确定比例系数p K 、积分系数i T 和微分系数d T ，使系统满足相应的指标。

1、 Labview 程序设计1） 面板设计启动Labview ，进入仪器编辑环境，建立仪器的面板。

实现实验设计过程。

图1实验平台基本框架用支路电流法可以验证基尔霍夫电流定律,基尔霍夫电流定律的对于任一集总电路中的任一节点,在任一时刻该节点的所有支路电流的代数和为零。

所以可以根据基尔霍夫电流定律的基本内容来设计支路电流法实验。

利用在前面板上放置8个数值型输入控件电压,且数值均可以调整。

然后在前面板放置用来显示5条支路上的电流。

通过修饰控件建立电路图,如图2所示。

图2支路电流法前面板在程序框图界面可以对放置的输入控件进行数值运算。

应用基尔霍夫电流定律,列出方程组如下:I1+I2-I3=0I4+I5-I3=0R1*I1-R2*I2=Us1-Us2R5*I5-R4*I4=-Us3R2*I2+R3*I3+R4*I4=Us2使用MathCript节点生成线性方程组的系数和已知向量[3],。

利用选项卡控件可以添加实验目的和实验步骤,通过程序的调试和几次实验验证,实验结果可靠准确,支路电流法实验设计完毕将设计的5个实验添加到一个容器中,LabVIEW里面的函数就可以调用VI(虚拟仪器)。

生成的菜单如图3所示。

图3虚拟实验平台主界面结语随着虚拟仪器技术的发展,传统仪器设备寿命周期短以及不利于资源共享的缺点愈来愈凸显。

结合我校实际,本文设计了我校电子电路虚拟实验平台,经过不断的调试已成功用于实际实验中,且实验效果较好。

后续我们将继续完善该虚拟实验平台并在适当范围内进行推以期获得更好的教学改革效果。

【参考文献】吴俊.基于LabVIEW的虚拟实验室研究[D].南昌:南昌大学,2012.李静.LabVIEW2013完全自学手册[M].北京:化学工业出版社,2015.司慧玲.基于LabVIEW的虚拟电工与电子实验的设计[D].南京:南京理工大,2012.[责任编辑:朱丽娜吉首大学2016年实验教学改革研究项目(2016SYJG004)。

廖柏林(1981—),男,湖南衡阳人,博士,副教授篇。

基于LabVIEW的控制原理虚拟实验台开发-----⼆阶系统⼆阶系统时域分析虚拟实验系统⼀、⼆阶系统时域分析原理能⽤⼆阶微分⽅程描述的系统为⼆阶系统。

它在控制⼯程中的应⽤⼗分⼴泛，此外，许多⾼阶系统在⼀定的条件下，常常近似地作为⼆阶系统来研究。

1、数学模型⼆阶系统的运动⽅程⼀般具有以下⼀般形式22()()2()()d c t dc t T T c t r t dt dtζ++=式中，ζ为⼆阶系统阻尼⽐，⽆量纲；T 为⼆阶系统时间常数，单位为秒。

对上式进⾏拉⽒变换的⼆阶系统的传递函数为 22()1()()21C s s R s T s Ts ζΦ==++ 引⼊参数1Tω=，称作⼆阶系统的⽆阻尼⾃然振荡⾓频率，单位为rad/s 。

传递函数变为 222()()()2n n n C s s R s s s ωζωωΦ==++ ⼆阶系统的结构框图如下所⽰2、单位阶跃响应对于单位阶跃输⼊()1()r t t =，1()R s s=，于是 2222221()(2)2n n n n n n s C s s s s s s s ωζωζωωζωω+==-++++212()()n s s s s s ω=-- 求其拉⽒反变换可得到⼆阶系统的单位阶跃响应。

当ζ为不同值时，⼆阶系统的特征根在s 平⾯上的位置不同，所对应的响应就具有不同的形式。

a ζ=0 (零阻尼)222221()()n n n sC s s s s s ωωω==-++ 时域响应为 ()1cos n c t t ω=- (0)t ≥ b ζ>1 (过阻尼)2221()2n n ns C s s s s ζωζωω+=-++ 此时，1,2(n n s ζωωζω=-±=- 可见系统具有两个不相等的负实数极点。

于是，系统单位阶跃响应为12//2121()1/1/1t T t T e e c t T T T T --=++--式中，1T =；2T =c ζ=1（临界阻尼）222211()(2)()n n n n n n C s s s s s s s ωωζωωωω==--++++ 因此， ()1n n tt n c t ete ωωω--=-- (0)t ≥，此时闭环系统的两个极点是1,2n s ω=-。

LabVIEW中的虚拟仪器设计和开发LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款由国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程平台，用于虚拟仪器设计和开发。

本文将介绍LabVIEW中的虚拟仪器设计和开发的基本原理、应用场景以及开发流程。

一、LabVIEW虚拟仪器设计的基本原理在LabVIEW中，虚拟仪器是由各种测量和控制模块组成的图形化程序，它们模拟了真实世界中的各种仪器和设备。

LabVIEW通过将这些模块连接起来形成数据流图（Dataflow Diagram），实现了虚拟仪器的设计和开发。

虚拟仪器的设计和开发过程中，首先需要选择和配置合适的模块，例如传感器、数据采集卡、执行器等。

然后利用LabVIEW提供的各种模块库，通过简单的拖拽、连接和配置，实现虚拟仪器中各个模块之间的功能关联。

LabVIEW的编程语言是一种图形化语言，称为G语言（G-language）。

用户可以使用G语言来编写虚拟仪器的程序，利用各个模块的输入和输出来实现数据采集、信号处理、控制执行等功能。

G语言的编程方法与传统的文本编程语言有所不同，它更加直观、易于理解，即使是对于没有编程经验的用户也能够很快上手。

二、LabVIEW虚拟仪器设计的应用场景LabVIEW的虚拟仪器设计和开发广泛应用于各个领域的科学研究、工程实验和生产制造等环节。

以下是几个典型的应用场景：1. 科学实验室：LabVIEW可以用于设计和开发各种科学实验的虚拟仪器，例如物理实验、化学实验、生物实验等。

通过LabVIEW可以实现实时数据采集、信号处理、曲线绘制、数据分析等功能，帮助科学家和研究人员更好地进行实验和研究工作。

2. 工程测试：LabVIEW可以作为工程测试的核心工具，用于开发各种测试仪器的虚拟化解决方案。

它支持多种通信协议和接口，可以与各种传感器、仪器和设备进行数据交互。

基于LabView的控制工程虚拟实验平台设计作者：王萌来源：《科技与创新》2017年第12期摘要：《控制工程基础》在理工科高校中扮演着重要角色，然而由于其复杂的数学计算模型和较强的理论性，学生学习起来尤为困难。

为了培养学生分析系统、设计系统的能力，课题设计了一套基于LabView软件的控制工程虚拟实验平台。

该平台集成了控制理论中的典型模型，且将其巧妙集成为目录形式再生成可执行文件，允许用户在不安装LabView开发系统的情况下运行该VI。

此平台操作灵活，易于扩展，具有一定的实验教学价值。

关键词：控制工程；LabView；系统仿真；实验教学中图分类号：TP15 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.12.025《控制工程基础》是高等理工科院校一门重要的专业基础课程，理论性强，数学计算和分析的要求比较高，需要学生掌握系统参数变化对系统性能的影响，从而达到分析系统、设计系统的目的。

为了培养学生这方面的能力，除了理论教学外，实验教学也是其中不可缺少的环节。

在硬件实验台上，同学们可以实际搭建电路，一方面，锻炼自己的动手能力，另一方面，通过搭建电路能加深对实验原理的理解。

由于实验设备本身老化或其他问题，会让实验结果存在很大误差，所以，有必要开发虚拟实验台实现计算机模拟演示，以此作为对硬件实验的补充。

本课题设计了一套基于LabView软件的控制工程虚拟实验平台，该平台集成了控制理论中的典型模型，可以连续任意地改变参数观测实验现象，更有利于学生对知识点的理解，且将其巧妙地集成为目录形式再生成可执行文件，允许用户在不安装LabView开发系统的情况下运行该VI。

1 系统方案介绍利用LabView软件专业版的控制系统与仿真工具包中的部分模块开发控制工程各个实验模块，并形成目录。

其涵盖了《控制工程基础》课程的内容包括典型环节，一、二阶系统，高阶系统数学模型的建立，时域分析，频域稳定性研究，系统的校正，非线性系统和线性离散系统的分析以及典型特例仿真。

基于LabVIEW的虚拟仪器控制系统设计LabVIEW是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程语言和集成开发环境，广泛应用于虚拟仪器控制系统的设计与开发。

虚拟仪器是指通过软件模拟实际仪器的功能，实现数据采集、信号处理、控制等操作，具有灵活性高、成本低、易于扩展等优点。

本文将介绍基于LabVIEW的虚拟仪器控制系统设计的相关内容。

1. LabVIEW简介LabVIEW是一种基于图形化编程的开发环境，主要用于测试、测量和控制应用程序的开发。

用户可以通过拖拽和连接图形化元件来编写程序，而不需要深入了解底层的编程语言。

LabVIEW提供了丰富的函数库和工具包，可以方便地进行数据采集、信号处理、控制算法设计等操作。

2. 虚拟仪器控制系统设计流程2.1 系统需求分析在设计虚拟仪器控制系统之前，首先需要进行系统需求分析。

这包括确定系统的功能模块、硬件接口要求、性能指标等方面的需求。

通过与用户充分沟通，明确系统设计的目标和范围，为后续的设计工作奠定基础。

2.2 系统架构设计在系统架构设计阶段，需要考虑系统整体结构、模块划分、数据流向等问题。

合理的系统架构可以提高系统的可维护性和扩展性，降低系统开发和维护成本。

在LabVIEW中，可以利用虚拟仪器控制面板和图形化编程环境来实现系统架构设计。

2.3 软件模块设计根据系统需求，将整个虚拟仪器控制系统划分为若干个功能模块，并设计每个模块的具体实现方案。

在LabVIEW中，可以通过建立子VI （Virtual Instrument）来实现不同功能模块之间的交互和通信。

每个子VI对应一个特定的功能，通过调用和组合不同的子VI可以完成整个系统的功能。

2.4 界面设计与优化虚拟仪器控制系统的用户界面设计至关重要。

一个直观友好的界面可以提高用户体验，减少操作误差。

在LabVIEW中，可以通过自定义控件、布局调整、颜色搭配等方式来设计界面，并利用LabVIEW提供的图形化工具进行界面优化。

使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和开发虚拟仪器是一种通过软件模拟实际仪器的工具，它能够进行各种信号的采集、处理和控制。

而LabVIEW作为一种专业的虚拟仪器设计和开发工具，赋予用户以强大的功能和灵活性。

本文将介绍如何使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和开发。

一、LabVIEW介绍LabVIEW是National Instruments公司开发的一款虚拟仪器软件，它提供了丰富的图形编程工具和模块化的设计界面。

用户可以通过拖拽和连接各种功能模块，灵活地搭建自己的虚拟仪器。

LabVIEW支持多种编程语言和硬件设备，使得虚拟仪器的开发更加简便和高效。

二、LabVIEW的特点1. 图形化编程：LabVIEW采用图形化的编程方式，用户只需将各个功能模块拖拽到主程序中并连接，无需编写复杂的代码。

这种直观的编程方式使得虚拟仪器的设计更加容易上手。

2. 多种数据处理工具：LabVIEW内置了多种数据处理工具，如滤波、FFT变换、曲线拟合等。

用户可以根据实际需求选择合适的工具进行信号处理，提高数据分析的准确性和效率。

3. 硬件支持广泛：LabVIEW支持多种硬件设备，包括数据采集卡、信号发生器、示波器等。

用户可以通过LabVIEW与硬件设备进行无缝连接，实现虚拟仪器的控制和数据采集。

4. 可视化界面：LabVIEW提供了强大的界面设计工具，用户可以自定义虚拟仪器的外观和交互方式。

这使得虚拟仪器更加友好和易于操作，提高用户的使用体验。

三、LabVIEW的应用1. 测试与测量：LabVIEW可以用于各种测试与测量场景，如电子设备的测试、传感器的校准等。

用户可以通过LabVIEW设计测试程序，并实时监测和记录测试数据，提高测试的效率和准确性。

2. 控制系统：LabVIEW可以用于各种控制系统的设计与开发，如机器人控制、工业自动化等。

用户可以通过LabVIEW编写控制算法，并与硬件设备进行实时通信，实现系统的自动化控制。