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自动控制及计算机控制(LABVIEW)

自动控制及计算机控制(LABVIEW)
自动控制及计算机控制(LABVIEW)

自动控制概述 (2)

自动控制理论部分 (5)

实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究 (5)

实验二典型系统动态性能和稳定性分析 (13)

实验三典型环节(或系统)的频率特性测量 (17)

实验四线性系统串联校正 (23)

实验五典型非线性环节的静态特性 (27)

实验六非线性系统相平面法 (32)

实验七非线性系统描述函数法 (38)

实验八极点配置全状态反馈控制 (43)

实验九采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究 (49)

实验十采样控制系统串联校正的混合仿真研究 (53)

自动控制理论软件说明 (57)

第一章概述 (57)

第二章安装指南及系统要求 (61)

第三章功能使用说明 (62)

第四章使用实例 (70)

计算机控制技术部分 (71)

实验一 A/D与D/A 转换 (73)

实验二数字滤波 (77)

实验三 D(s)离散化方法的研究 (79)

实验四数字PID控制算法的研究 (82)

实验五串级控制算法的研究 (85)

实验六解耦控制算法的研究 (89)

实验七最少拍控制算法的研究 (93)

实验八具有纯滞后系统的大林控制 (98)

实验九线性离散系统的全状态反馈控制 (99)

计算机控制软件说明 (109)

第一章概述 (109)

第二章安装指南及系统要求 (114)

第三章 LabVIEW编程及功能介绍 (115)

一.实验系统功能特点

1.系统可以按教学需要组合,满足“自动控制原理”课程初级与高级实验的需要。只配备ACCT-I 实验箱,则实验时另需配备示波器,且只能完成部分基本实验。要完成与软件仿真、混合仿真有关的实验必须配备上位机(包含相应软件)及USB2.0通讯线。

2.ACCT-I实验箱内含有实验必要的电源、信号发生器以及非线性与高阶电模拟单元,可根据教学实验需要进行灵活组合,构成各种典型环节与系统。此外,ACCT-I实验箱内还可含有数据处理单元,用于数据采集、输出以及和上位机的通讯。

3.配备PC微机作操作台时,将高效率支持“自动控制原理”的教学实验。系统提供界面友好、功能丰富的上位机软件。PC微机在实验中,除了满足软件仿真需要外,又可成为测试所需的虚拟仪器、测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。

4.系统的硬件、软件设计,充分考虑了开放型、研究型实验的需要。除了指导书所提供的10个实验外,还可自行设计实验。

二.系统构成

实验系统由上位PC微机(含实验系统上位机软件)、ACCT-I实验箱、USB2.0通讯线等组成。ACCT-I 实验箱内装有以C8051F060芯片(含数据处理系统软件)为核心构成的数据处理卡,通过USB口与PC微机连接。

1.实验箱ACCT-I简介

ACCT-I控制理论实验箱主要由电源部分U1单元、与PC机进行通讯的数据处理U3单元、元器件单元U2、非线性单元U5~U7以及模拟电路单元U9~U16等共14个单元组成,详见附图。

(1)电源单元U1

包括电源开关、保险丝、+5V、-5V、+15V、-15V、0V以及1.3V~15V可调电压的输出,它们提供了实验箱所需的所有工作电源。

(2)信号、数据处理单元U3

内含以C8051F060为核心组成的数据处理卡(含软件),通过USB口与上位PC进行通讯。内部包含八路A/D采集输入通道和两路D/A输出通道。与上位机一起使用时,可同时使用其中两个输入和两个输出通道。可以产生频率与幅值可调的周期方波信号、周期斜坡信号、周期抛物线信号以及正弦信号,并提供与周期阶跃、斜坡、抛物线信号相配合的周期锁零信号。结合上位机软件,用以实现虚拟示波器、测试信号发生器以及数字控制器功能。

(3)元器件单元U2

单元提供了实验所需的电容、电阻与电位器,另提供插接电路供放置自己选定大小的元器件。

(4)非线性环节单元U5、U6和U7

单元U5可通过拨键S4选择具有死区特性或间隙特性的非线性环节模拟电路。

单元U6为具有继电特性的非线性环节模拟电路。

单元U7为具有饱和特性的非线性环节模拟电路。

(5)模拟电路单元U8~U16

U8~U16为由运算放大器与电阻,电容等器件组成的模拟电路单元。其中U8为倒相电路,实验时通常用作反号器。U9~U16的每个单元内,都有用场效应管组成的锁零电路(所有锁零G内部是互通的)和运放调零电位器(出厂已调好,无需调节)。

2.系统上位机软件的功能与使用方法,详见《ACCT-I自动控制理论实验上位机程序使用说明书》。

三.自动控制理论实验系统实验内容

1.典型环节的电路模拟与软件仿真研究;

2.典型系统动态性能和稳定性分析;

3.典型环节(或系统)的频率特性测量;

4.线性系统串联校正;

5.典型非线性环节的静态特性;

6.非线性系统相平面法;

7.非线性系统描述函数法;

8.极点配置线性系统全状态反馈控制;

9.采样控制系统动态性能和稳定性分析的混合仿真研究;

10.采样控制系统串联校正的混合仿真研究。

要完成上列全部实验,必须配备上位计算机。

四.实验注意事项

1.实验前U9~U16单元内的运放需要调零(出厂前已经调整过)。

2.运算放大器边上的锁零点G接线要正确。在需要锁零时(主要是典型环节的信号观察实验),可与输入信号同步的锁零信号相连。锁零G与U3单元的锁零信号G1相连(同步对应O1信号),G2与此类似(同步对应O2);一般情况下不需要锁零信号。不需要锁零时,请把G与-15V相连。

3.在设计和连接被控对象或系统的模拟电路时,要特别注意,实验箱上的运放都是反相输入的,因此对于整个系统以及反馈的正负引出点是否正确都需要仔细考虑,必要时接入反号器。

4.作频率特性实验和采样控制实验时,必须注意只用到其中2路A/D输入和1路D/A输出,具体采用“I1~I8”中哪一个通道,决定于控制箱上的实际连线和软件的设置。

5.受数据处理单元U3的数据处理速率限制,作频率特性实验和采样控制实验时,在上位机界面上操作“实验参数设置”必须注意频率点和采样控制频率的选择。对于频率特性实验,应满足ω<200/sec,以免引起过大误差。类似地,对于采样控制实验,采样控制周期应不小于5 ms。

6.本采集设备的上位机软件,A/D和D/A输出部分,需要注意的一些事项。本数据采集系统有

同时输入。I1、I2为一组A/D输入,I3、I4为一组A/D输入,I5、I6为一组A/D输入,I7、I8为一组A/D输入。在这四组A/D输入中,I1、I3、I5、I7为每组A/D输入中的第一路,I2、I4、I6、I8为每组A/D输入中的第二路。在每个实验当中,我们可以随意选择任一组A/D输入,和任一路D/A 输出。这个在实验三中,做频率特性实验要求比较严格(频响信号接I1,原信号接I2)。

五、计算机控制实验软件操作注意事项

1、打开已经准备好的实验项目后,点击,使系统进入运行装态。

2、按下“启动暂停”按键程序开始运行,再次按下该按键程序暂停。按“退出”键使系统退出子VI 运行状态。

3、测试信号设置选项框中可以设置发出的波形的种类、幅值、频率、占空比、采样开关T、采样时

间。

4、按下“退出”按键或图标,程序退出运行。

5、按下“”图标,程序关闭。

实验一典型环节的电路模拟与软件仿真研究一.实验目的

1.通过实验熟悉并掌握实验装置和上位机软件的使用方法。

2.通过实验熟悉各种典型环节的传递函数及其特性,掌握电路模拟和软件仿真研究方法。

二.实验内容

1.设计各种典型环节的模拟电路。

2.完成各种典型环节模拟电路的阶跃特性测试,并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

3.在MATLAB软件上,填入各个环节的实际(非理想)传递函数参数,完成典型环节阶跃特性的软件仿真研究,并与电路模拟研究的结果作比较。

三.实验步骤

1.熟悉实验箱,利用实验箱上的模拟电路单元,设计并连接各种典型环节(包括比例、积分、比例积分、比例微分、比例积分微分以及惯性环节)的模拟电路。接线时要注意:先断电,再接线。接线时要注意不同环节、不同测试信号对运放锁零的要求。(U3单元的O1接被测对象的输入、G接G1、U3单元的I1接被测对象的输出)。

2.利用实验设备完成各典型环节模拟电路的阶跃特性测试,并研究参数变化对典型环节阶跃特性的影响。

首先必须在熟悉上位机界面的操作,充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。为了利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。接线完成,经检查无误,再给实验箱上电后,启动上位机程序,进入主界面。

软件界面上的操作步骤如下:

①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1(“测试信号1”)作为被测对象的信号发生端

口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。

②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验箱电源后,运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。

③进入实验模式后,先对显示模式进行设置:选择“X-t模式”;选择“T/DIV”为

1s/1HZ。

④完成上述实验设置,然后设置实验参数,在界面的右边可以设置系统测试信号参数,选择“测试信号”为“周期阶跃信号”,选择“占空比”为50%,选

择“T/DIV”为“1000ms”,选择“幅值”为“3V”,可以

根据实验需要调整幅值,以得到较好的实验曲线,将“偏

移”设为“0”。以上除必须选择“周期阶跃信号”外,其

余的选择都不是唯一的。要特别注意,除单个比例环节外,

对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数,如

仍选择“输入波形占空比”为50%,那么“T/DIV”至少是

环节或系统中最大时间常数的6~8倍。这样,实验中才

能观测到阶跃响应的整个过程。

⑤以上设置完成后,按LabVIEW上位机软件中的

“RUN”运行图标来运行实验程序,然后点击右边的“启动/停止”按钮来启动实验,动态波形得到显示,直至周期响应过程结束,如上述参数设置合理就可以在主界面图形显示控件中间得到环节的“阶跃响应”。

⑥利用LabVIEW软件中的图形显示控件中光标“Cursor”功能观测实验结果;改变实验箱上环节参数,重复⑤的操作;如发现实验参数设置不当,看不到“阶跃响应”全过程,可重复④、⑤的操作。

⑦按实验报告需要,将图形结果保存为位图文件。

3.分析实验结果,完成实验报告。

1.比例(P)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 比例环节的传递函数为:

K s U s U i O =)

()

( 其方块图、模拟电路和阶跃响应,分别如图1.1.1、图1.1.2和图1.1.3所示,于是0

1

R R K =。 实验参数取R 0=100k ,R 1=200k ,R=10k 。

实验接线如下图:

积分环节的传递函数为:

Ts

s U s U i O 1

)()(= 其方块图、模拟电路和阶跃响应,分别如图1.2.1、图1.2.2和图1.2.3所示,于是C R T 0=, 实验参数取R 0=100k ,C =1uF ,R=10k 。 实验接线如下图:

3.比例积分(PI)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 比例积分环节的传递函数为:

Ts

K U U i O 1

+=

其方块图、模拟电路和阶跃响应,分别如图1.3.1、图1.3.2和图1.3.3所示,于是

1

R R K =

,C R T 0=

4.比例微分(PD)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 比例微分环节的传递函数为:

)1(Ts K U U i

O

+= 其方块图和模拟电路分别如图1.4.1、图1.4.2所示。其模拟电路是近似的(即实际PD 环节),取321,R R R >>,则有C R R R

R T R R R K 2

121021,+=+=

,实验参数取R 0=10k ,R 1=10k ,R 2=10k ,R 3=1K ,C =10uF ,R=10k 。

对应理想的和实际的比例微分(PD)环节的阶跃响应分别如图1.4.3a 、图1.4.3b 所示。 实际PD 环节的传递函数为:

12

120

12312

233112030

()1()()(1)()()o i U s R R R R Cs

U s R R R R Cs R R R R R R Cs R R R R Cs R ??+=+??++??++++=+ (供软件仿真参考)

实验接线如下图:

惯性环节的传递函数为:1

+=Ts K

U U i O

实验接线如下图:

其方块图、模拟电路和阶跃响应,分别如图 1.5.1、图 1.5.2和图 1.5.3所示,其中

C R T R R K 10

1

,==

,实验参数取R 0=200k ,R 1=200k ,C =1uF ,R=10k 。 6.比例积分微分(PID)环节的传递函数、方块图、模拟电路和阶跃响应 比例积分微分环节的传递函数为:

s T s

T K s U s U d i P i O ++=1

)()( 其方块图和模拟电路分别如图1.6.1、图示。其模拟电路是近似的(即实际PID 321R R R >>>>,将近似上述理想PID 环20

211001,,C R R

R T C R T R R K d i P ===,实验参数取R 0=R 1=100k ,R 2=10k ,R 3=1k ,C 1=1uF ,C 2=10uF ,对应理想的和实际的比例积分微分(PID)跃响应分别如图1.6.3 a 、图1.6.3 b 所示。

实际PID 环节的传递函数为:

122211

0010132()(1)

o i U s R R C s R C R C s =+++(供软件仿真参考)

实验接线如下图:

一.实验目的

1.学习和掌握动态性能指标的测试方法。

2.研究典型系统参数对系统动态性能和稳定性的影响。

二.实验内容

1.观测二阶系统的阶跃响应,测出其超调量和调节时间,并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。

2.观测三阶系统的阶跃响应,测出其超调量和调节时间,并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。

三.实验步骤

1.熟悉实验箱,利用实验箱上的模拟电路单元,参考本实验附录中的图2.1.1和图2.1.2,设计并连接由一个积分环节和一个惯性环节组成的二阶闭环系统的模拟电路(如用U9、U15、U11和U8连成)。注意实验接线前必须对运放仔细调零(出厂已调好,无需调节)。信号输出采用U3单元的O1、信号检测采用U3单元的I1、锁零接U3单元的G1。

2.利用实验设备观测该二阶系统模拟电路的阶跃特性,并测出其超调量和调节时间。

3.改变该二阶系统模拟电路的参数,观测参数对系统动态性能的影响。

4.利用实验箱上的模拟电路单元,参考本实验附录中的图2.2.1和图2.2.2,设计并连接由一个积分环节和两个惯性环节组成的三阶闭环系统的模拟电路(如用U9、U15、U11、U10和U8连成)。

5.利用实验设备观测该三阶系统模拟电路的阶跃特性,并测出其超调量和调节时间。

6.改变该三阶系统模拟电路的参数,观测参数对系统稳定性与动态指标的影响。

7.分析实验结果,完成实验报告。

软件界面上的操作步骤如下:

①按通道接线情况:通过上位机界面中“通道选择”选择I1、I2路A/D通道作为被测环节的检测端口,选择D/A通道的O1(“测试信号1”)作为被测对象的信号发生端

口.不同的通道,图形显示控件中波形的颜色将不同。

②硬件接线完毕后,检查USB口通讯连线和实验箱电源后,运行上位机软件程序,如果有问题请求指导教师帮助。

③进入实验模式后,先对显示模式进行设置:选择“X-t模式”;选择“T/DIV”为

1s/1HZ 。

④完成上述实验设置,然后设置实验参数,在界面的右边可以设置系统测试信号参数,选择“测试信号”为“周期阶跃信号”,选择“占空比”为50%,选择“T/DIV ”为“1000ms ”, 选择“幅值”为“3V ”,可以根据实验需要调整幅值,以得到较好的实验曲线,将“偏移”设为“0”。以上除必须选择“周期阶跃信号”外,其余的选择都不是唯一的。要特别注意,除单个比例环节外,对其它环节和系统都必须考虑环节或系统的时间常数,如仍选择“输入波形占空比”为50%,那么“T/DIV ”至少是环节或系统中最大时间常数的6~8倍。这样,实验中才能观测到阶跃响应的整个过程。

⑤以上设置完成后,按LabVIEW 上位机软件中的 “RUN ”运行图标来运行实验程序,然后点击右边的

“启动/停止”按钮来启动实验,

动态波形得到显示,直至周期响应过程结束,如上述参数设置合理就可以在主界面图形显示控件中间得到环节的“阶跃响应”。

⑥利用LabVIEW 软件中的图形显示控件中光标“Cursor ”功能观测实验结果;改变实验箱上环节参数,重复⑤的操作;如发现实验参数设置不当,看不到“阶跃响应”全过程,可重复④、⑤的操作。

⑦按实验报告需要,将图形结果保存为位图文件。 3.分析实验结果,完成实验报告。

该系统开环传递函数为Rx

K

s

s

s

K

s

H

s

G/

500

,

)1

5.0

)(1

1.0(

)(

)(=

+

+

=,,Rx的单位为KΩ。系统特征方程为32

1220200

s s s K

+++=,根据劳斯判据得到:

一.实验目的

1.学习和掌握测量典型环节(或系统)频率特性曲线的方法和技能。

2.学习根据实验所得频率特性曲线求取传递函数的方法。

二.实验内容

1.用实验方法完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。

2.用实验方法完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。

3.根据测得的频率特性曲线求取各自的传递函数。

4.用软件仿真方法求取一阶惯性环节频率特性和典型二阶系统开环频率特性,并与实验所得结果比较。

三.实验步骤

1.熟悉频率测试软件的使用方法,了解实验的线路的连接。利用实验箱上的模拟电路单元,参考本实验附录设计并连接“一阶惯性环节”模拟电路或“两个一阶惯性环节串联”的二阶系统模拟电路。

2.利用实验设备完成一阶惯性环节的频率特性曲线测试。

(1)无上位机时,利用用户自配的信号源输出的正弦波信号作为环节输入,即连接信号源的“正弦波”与环节的输入端(例如对一阶惯性环节即图1.5.2的Ui)。然后用示波器观测该环节的输入与输出(例如对一阶惯性环节即测试图1.5.2的Ui和Uo)。注意调节正弦波信号的“频率”电位器RP与“幅值”电位器RP,测取不同频率时环节输出的增益和相移(测相移可用“李沙育”图形),从而画出环节的频率特性。

(2)有上位机时,必须在熟悉上位机界面操作的基础上,充分利用上位机提供的虚拟示波器与信号发生器功能。

一阶惯性环节接线方式如下:

接线完成,经检查无误,再给实验箱上电后,启动上位机程序,进入主界面。

软件界面上的操作步骤如下:

1、打开已经准备好的实验项目后,点击,使系统进入运行装态。

2、程序界面中的参数安照如下图所示设置(下图一般为默认设置无需修改参数):

3、测试信号为正弦波,请勿设置成其他波形,否则会造成程序运行的错误。

①选择D/A输出通道,如“O1”,将其作为环节输入,

接到环节输入Ui端, 将环节的输出端Uo接到A/D输入通

道I1,再将其作为原始测试信号接到A/D输入的I2(便于

②完成上面的硬件接线后,检查USB 连线和实验箱电源,然后打开LabVIEW 软件上位机界面程序。

③进入实验界面后,先对频率特性的测试信号进行设置:“幅值”为7V (可以根据实验结果波形来调整),“测试信号”为正弦波。

④完成实验设置,先点击LabVIEW 运行按钮

“开始”运行界面程序。测试程序将

会从低频率计算到高频,界面右下角有个测试进度条,它将显示测试的进度。最后测试出来频率特性的Bode Plot 、Nyquist Plot 将在相应的图形控件中显示出来,在同一界面中我们可以同时看到频率特性的两种显示模式:一种是波特图“Bode Plot ”,它包括幅频特性和相频特性;另一种模式就是乃奎斯特图“Nyquist Plot ”,又称极坐标图。

说明:程序运行状态下对资源的要求很多,请勿做任何操作,包括鼠标的移动(否则会造成程序停止响应的结果)。

⑤按实验报告需要,将图形结果保存为位图文件。

3.利用实验设备完成典型二阶系统开环频率特性曲线的测试。具体操作方法参阅一阶系统操作步骤。

4.参考附录的提示,根据测得的频率特性曲线(或数据)求取各自的传递函数。 6.分析实验结果,完成实验报告。

1对于取s =)(ωj G 2

k

k k tg r r T φωωξ211)()

0(2+

=

(3—3)

如已测得二阶环节的幅相频率特性,则(0)r 、k ω、k φ和()k r ω均可从实验曲线得到,于是可按式(3—1)、(3—2)和(3—3)计算K 、T 、ξ,并可根据计算所得T 、ξ 求取T 1和T 2

1(21-+=ξξT T 1(22--=ξξT T

实验用典型二阶系统开环传递函数为:

1

3.002.01

)11.0)(12.0(1)()(2++=++=

s s s s s H s G

其电路设计参阅图 3.2.2,软件操作如一阶电路所描述,请勿更改。程序运行状态下对资源的要求很多,请勿做任何操作,包括鼠标的移动(否则会造成程序停止响应的结果)。

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基于LabVIEW的控制系统仿真

基于LabVIEW的控制系统仿真 摘要 在控制理论教学和实验中,存在着设备短缺、教学手段单一等问题,采用虚拟控制系统实验方式可有效地解决这些问题。本文对控制系统仿真的意义与研究现状作了介绍,提出并确定了基于LabVIEW的控制系统仿真的实施方案。应用NI公司的LabVIEW 2009、控制设计工具包作为软件开发工具,实现了控制系统的建模、分析与设计这一系列过程的计算机仿真。经过编写程序和发布应用程序,最终开发出了一种交互式实验教学系统。该系统包含信号发生器、典型环节、质点-弹簧-阻尼器系统和一级倒立摆系统四个子模块,用户可进行控制系统建模、性能分析、PID设计、LQR设计等方面的研究。各个子模块运行良好,整个系统具有操作简单、界面友好和实时交互的特点;对于教学和实验的改革和创新具有一定的指导意义。 文中详细介绍了该实验教学系统的设计思路与设计过程。主体部分是对系统各个子模块的理论分析、相应的算法分析和虚拟仪器程序的编写,此外还涉及程序的动态调用和发布应用程序等内容。 关键词:控制系统;仿真;LabVIEW;倒立摆;实时交互

Simulation of Control System Based on LabVIEW Abstract In the teaching and experimental process of control theory, there exist problems such as equipment shortages, monotonous teaching methods and etc. We can use Virtual Instrument to solve these problems effectively. This paper introduces the significance and research status of the control system simulation, puts forward and determines the implement scheme of the Control System Simulation Based on LabVIEW. Use NI's products (LabVIEW 2009, Control Design Toolkit) as software development tools to realize computer simulation of the control system modeling, analysis and design process. After writing programs and publishing applications, we can achieve an interactive experimental and teaching system. The system consists of four sub-modules: signal generator, typical elements, the mass-spring-damper system and the single inverted pendulum system. Users can do research in control system modeling, performance analysis, PID design, LQR design and other aspects. Each sub-module of the system runs well, the whole system has the features as follows: simple, friendly interface and real-time interactive. It will provide the teaching and experiment field with reform and innovation. This paper describes the thinking and design process of the system in details. Theoretical analysis and algorithm analysis for the sub-module and Virtual Instrument programs writing are the main parts. It also discusses the dynamic program invocation and publishing applications and so on. Keywords:Control System; Simulation; LabVIEW; Inverted Pendulum; Real-Time Interaction

基于AVR单片机和LabVIEW的丝杆步进电机运动控制系统

基于A VR单片机和LabVIEW的丝杆步进电机运动控制系统 A VR单片机为核心的嵌入式系统,配备专用步进电机驱动器实现对丝杆步进电机运动的控制工作,LabVIEW软件构建虚拟仪器系统并创建友好交互界面。单片机和LabVIEW之间确定串口通信规则,使LabVIEW能够发送相应字符串到单片机从而实现对丝杆步进电机启停、运动方向、运动步数的直接控制,并能够读取电机相关运动状态。文章设计的丝杆电机运动控制系统具有工作稳定,易于操作和可移植性强的特点。 标签:单片机;LabVIEW;步进电机;串口通信 1 概述 丝杆步进电机,又称线性步进电机,由于其特殊的机械机构和工作机理,在日常实验研究及工业生产等相关领域发挥着越来越大的作用。随着技术的不断发展创新,对于丝杆步进电机运动的控制方法已经不仅仅只限于单种技术的使用,而是多技术混合,结合各自的独特优势来实现最优化的系统设计。本系统以A VR 单片机为核心搭建硬件工作电路,LabVIEW软件创建虚拟仪器系统,解决了步进电机工作噪声较大,控制操作不便等问题。 2 系统组成 系统主要由装有LabVIEW软件的计算机,A VR单片机、电机驱动器和丝杆步进电机组成,系统组成框图如图1所示。 其中本系统中选用美国国家仪器(NI)公司研制开发的2014版LabVIEW 软件,LabVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境,可以方便地建立自己的虚拟仪器,利用其编写的上位机程序控制下位机;下位机选用ATMEL公司中8位系列单片机的ATmega128系列单片机,该款单片机稳定性极高,功耗也很低,单片机与计算机之间通过USB线连接;电机驱动器选用TB6600型号的两相式步进电机驱动器,可实现正反转控制,通过3位拨码开关选择7档细分控制,3位拨码快关选择8档电流控制,能达到低振动、小噪声、高速度的效果;丝杆步进电机选用机身长度40mm,相电流1.7A,保持转矩43N·cm,导程8mm的42丝杆步进电机。 3 系统功能实现 本系统是一种丝杆步进电机运动控制系统,最终可通过LabVIEW直接发送控制丝杆步进电机启停、运动方向以及运动步数的命令,并能读取电机相关运动状态。要完成上述功能需要单片机硬件控制电机、单片机与LabVIEW串口通信和LabVIEW状态机三个基本功能的实现。 3.1 单片机硬件控制电机

基于LabVIEW的几种简单测量与控制系统.

基于LabVIEW的几种简单测量与控制系统 李鹏雄徐熙炜 指导老师:俞熹 (复旦大学物理系上海 200433) 摘要:本文介绍了虚拟仪器的概念,LabVIEW的概念、来源、特点以及应用,着重讨论了几种简化的实用测量与控制系统。对红绿灯系统提出改进,使其更接近于生活中的实际情况。最后有对本实验的理解。 关键词:虚拟仪器 LabVIEW 计算机实测与控制温度计光强红绿灯 一.引言 虚拟仪器(Virtual Instruments)指的是用计算机软件将计算机硬件与仪器硬件结合在一起,利用计算机强大的计算以及模拟能力和仪器设备实现控制和测量的目的的工具。区别于传统的仪器,虚拟仪器没有一套固定的设备、固定的外观和功能等,其很大一部分功能是依赖于计算机来实现的。所以虚拟仪器往往能缩小体积,减少硬件成本。 LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的简称,是美国国家仪器公司(NATIONAL INSTRUMENTS,简称NI)的创新软件产品。其功能是用编程的方法创建虚拟仪器,但是和传统的编程不同的是,它使用的是图形化的程序语言,称为“G”语言,编写的程序后缀为.VI。使用这种语言编程时,基本上不写程序代码,取而代之的是图标和流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念,因此,LabVIEW是一个面向最终用户的工具。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232 和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时,可以大大提高工作效率。它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。它也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。 二.LabVIEW下的几种简单测量与控制系统 使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序,简称为VI。VI包括三个部分:程序前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量,用于模拟真实仪表的前面板。而每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用LabVIEW图形编程语言编写,可以把它理解成传统程序的源代码。图标/连接器是子VI被其它VI调用的接口。 1.温度计 温度计程序是一个典型的测量用虚拟仪器。 图1就是温度计程序的前面板,可以看到上面有酒精温度计的图案,数字显示,还有两个显示电压和温度的框,以及一个停止按钮。

基于labview的电梯控制设计

成绩评定表

课程设计任务书

目录 1 目的及基本要求 (1) 2 基本原理 (1) 2.1程序原理 (1) 2.2设计步骤 (1) 3 电梯控制设计和仿真 (2) 3.1 总体程序设计 (2) 3.2 控件描述 (3) 3.3 子程序设计 (4) 4 结果及性能分析 (6) 4.1 运行结果 (6) 4.2 性能分析 (7) 参考文献 (7)

1 目的及基本要求 熟悉LabVIEW开发环境,掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧,运用专业课程中的基本理论和实践知识,采用LabVIEW开发工具,实现国际象棋设计和仿真。 基本要求: 本程序是参照日常电梯使用规则而设计的,实现的功能是:程序运行后,可以选择要去的层数一层或者多层,电梯会从低到高的依次在已选择的层数停下来,然后在继续到下一个被选中的层数停下,当都已选楼层停下后,按钮会灭掉,回到一层,等待下一次的楼层选择。本程序基于电梯的特点利用LabVIEW制作的一款简单的电梯控制程序。 2 基本原理 2.1程序原理 设计上可大致分为以下几个部分: 1)主面板部分即电梯主界面的设置 2)控件部分即按钮的设置 3)控制部分就是通过操作按键来控制电梯移动 4)逻辑部分进行判断电梯走动没有,是否运行,同时布尔灯的亮灭 5)显示部分就是将电梯所到层数显示出来 运行原理: 程序运行后,首先规定电梯停在大楼的一层,然后根据右边所点亮的布尔控件上显示的数字层数,电梯经过时间的判断开始运行,向上或者向下移动,到达所选的楼层后,电梯停止,布尔灯灭掉,继续向下一个所选的楼层移动,直到所有的所选楼层全部停完后,

基于LabVIEW软件的PID自动控制

苏州大学机电工程学院 Soochow University of Mechanical and Electrical Engineering 课程设计报告 Curriculum design 课题名称:基于LabVIEW软件的PID自动控制学院: ********院 专业:********* 姓名:*** 学号:****

目录 一、PID控制原理 (1) 1、PID控制介绍 (1) 2、PID控制规律 (1) 3、PID 控制的性能指标 (3) 4、PID 控制器参数整定的分类 (3) 5、PID相关控制 (5) 6、数字PID (7) 二、LabVIEW8.5软件 (9) 1、简介 (9) 2、特点 (10) 3、虚拟仪器 (11) 4、应用领域 (12) 三、前期练习题目与内容 (14) 四、设计内容与要求 (17) 1、设计内容 (17) 2、设计要求 (17) 五、设计方案 (18) 1、设计思路 (18) 2、程序框图设计 (20) 3、控制面板设计 (21) 六、最终设计结果及运行情况 (22) 1、程序框图 (22) 2、控制面板 (22)

七、课程设计心得 (25)

基于LabVIEW软件的PID自动控制 一、PID控制原理 1、PID 控制介绍 PID 控制是过程控制中广泛应用的一种控制,简单的说就是按偏差的比例(proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)进行的控制。当今,尽管各种高级控制在不断的完善,但目前在实际生产过程中应用最多的仍是常规PID 控制,其原因是: 1) 各种高级控制在应用上还不完善; 2) 大多数控制对象使用常规PID 控制即可以满足实际的需要; 3) 高级控制难以被企业技术人员掌握。 PID 控制器具有结构简单,参数易于调整等优点。在长期的工程实践中,人们对PID控制己经积累了丰富的经验。特别是在那些实际过程控制中,控制对象的精确数学模型难以建立,系统参数又经常发生变化,常采用PID 控制器,并根据经验进行在线整定。 以下将从PID 控制规律、PID 控制的性能指标及PID 控制参数整定三个方面对PID 控制做进一步的介绍。 2、PID 控制规律 PID(Proportional,Integral and Differential)控制器是一种基于“过去”,“现在”和“未来”信息估计的简单算法。

基于LabVIEW的控制系统仿真毕业设计

基于LabVIEW的控制系统仿真毕业设计 目录 1 绪论......................................................................................................................................... I 1.1 课题背景 ....................................................................................................................................... - 1 - 1.2 控制系统仿真的意义.................................................................................................................... - 1 - 1.3 控制系统仿真的研究现状............................................................................................................ - 2 - 1.4 本课题研究内容 ........................................................................................................................... - 2 - 2 LabVIEW概述 .................................................................................................................. - 4 - 2.1 虚拟仪器技术 ............................................................................................................................... - 4 - 2.2 控制设计工具包 ........................................................................................................................... - 5 - 3 系统方案的选定............................................................................................................... - 7 - 3.1 系统概述 ....................................................................................................................................... - 7 - 3.2 系统方案的比较与选定................................................................................................................ - 7 - 3.3 系统子模块的规划........................................................................................................................ - 9 - 4 系统设计......................................................................................................................... - 10 - 4.1 信号发生器 ................................................................................................................................. - 10 - 4.1.1 确定方案 ............................................................................................................................. - 10 - 4.1.2 VI设计................................................................................................................................. - 10 - 4.2 典型环节 ..................................................................................................................................... - 13 - 4.2.1 建模及理论分析 ................................................................................................................. - 13 - 4.2.2 VI设计................................................................................................................................. - 14 - 4.3 质点-弹簧-阻尼器系统.......................................................................................................... - 18 - 4.3.1 建模与模型转换及其VI设计........................................................................................... - 18 - 4.3.2 模型分析及其VI设计....................................................................................................... - 21 - 4.3.3 PID设计及其VI设计......................................................................................................... - 25 - 4.4 一级倒立摆系统 ......................................................................................................................... - 29 - 4.4.1 建模与分析及其VI设计................................................................................................... - 30 - 4.4.2 LQR设计及其VI设计....................................................................................................... - 36 - 4.4.3 实时仿真及其VI设计....................................................................................................... - 41 - 4.5 动态调用VI的设计 ................................................................................................................... - 44 - 4.5.1 VI的动态调用..................................................................................................................... - 44 - 4.5.2 VI设计................................................................................................................................. - 45 -

基于labview的交通灯控制

Labview虚拟仪器课程设计 The Design of Temperature Measurement System Based on Virtual Instrument Technology 题目 : LAB VIEW 在交通灯中的应用 指导老师 : 刘宏 专业班级 : 电子091班 姓名 : 杨晓燕 学号 : 15 实习时间 : 2012.9.24-2012.9.28

Labview在交通灯中的运用 一、概论 实现路口信号灯控制系统的方法很多,可以用可编程控制器PLC、单片机、标准逻辑器件等实现。但其功能修改及调试都需要硬件电路的支持,在一定程度上增加了设计难度。提出基于labview的智能交通灯控制系统,可实现3种颜色灯的交替点亮、各种信息提示、实时监测交通灯工作状态等功能。不仅编程简单、灵活、可靠性高,而且成本低、具有良好的经济效益。为实现交通系统智能控制提供了一条新途径。 近年来,在快速城市化进程和经济发展的影响下,城市交通迅速增长,交通问题成为困扰许多大城市发展的通病,已成为日趋严峻的国际性问题。其中,十字路口则是造成交通堵塞的主要”瓶颈”。世界发达国家都在积极探索如何最大限度地发挥道路通行能力,尽量减少交通堵塞造成的各种损失。实现十字路口信号灯控制系统的方法有很多,可以通过可编程控制器PLC、单片机、标准逻辑器件等方案实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持,在一定程度上增加了设计难度,提高了设计成本。随着计算机技术的迅猛发展,虚拟仪器技术在数据采集、自动测试和仪器控制领域得到广泛应用,促进并推动测试系统和测量控制的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。”软件就是仪器”已经成为测试与测量技术发展的重要标志。 我设计了基于labview的智能交通灯控制系统,该系统可实现3种颜色灯的交替点亮,通过信息提示指挥车辆和行人安全通行,并能实时监测交通灯工作状

普通运动控制卡在LabVIEW平台上的应用

摘要: 介绍了一种在LabVIEW平台上使用普通运动控制卡实现快速开发多轴运动控制程序的方法。该方法首先应用运动普通控制卡提供的函数库编译成通用动态链接库文件,然后使用LabVIEW与外部代码进行连接的动态连接库机制调用这个文件,实现实时的运动控制。 实践证明,该方法不仅可以很好地发挥运动控制卡的性能,而且可以借助LabVIEW强大的界面编辑功能,缩短程序开发周期,美化人机界面。 关键词:LabVIEW;运动控制卡;动态链接库 一、引言 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美国国家仪器公司(National Instruments)推出一种基于图形语言的开发环境,编程非常方便,人机交互界面直观友好,用户可以创建独立的可执行文件,能够脱离开发环境而单独运行,是目前最流行的虚拟仪器编程平台,广泛应用于测试测量、过程控制、实验室研究与自动化等方面。 在运动控制方面,LabVIEW有专门的运动控制模块,并且NI 公司为其所有的运动控制卡配备相应的驱动程序,可以方便实现即插即用功能。如果用户所使用的板卡不是NI公司的产品,又没有提供与LabVIEW兼容的驱动程序,就不能为LabVIEW所用。但是LabVIEW能够通过调用Windows32动态连接库

(Dynamic Link Library,简称DLL)来编写与LabVIEW兼容的驱动程序,实现该运动控制卡在LabVIEW环境下二次开发,不仅可以大大降低成本、缩短开发周期,而且可以使界面美观。 二、应用背景 笔者在参与某二自由度运动平台运动仿真项目的研制过程中,选用深圳众为兴数控技术有限公司生产的ADT850型四轴运动控制卡,该型号的卡提供多种版本Windows下的驱动程序和在 BorlandC++3.1、VB和VC等多种环境下开发所需的函数库。虽然在这些编程环境中很容易实现所需的运动控制,但是,如果要开发出一个美观的人机交互界面,将会有很大一部分时间花在程序主界面的编写上。为此,我们利用LabVIEW强大的界面编辑功能以及它能够调用Windows32动态连接库的特点,首先在VC编译环境中编译出运动控制所需要的动态链接库文件,然后在LabVIEW环境中编写程序主界面,最后在LabVIEW框图程序中调用动态链接库文件来编写所需的运动控制程序。其主要过程如图1所示。 图1 DLL生成与LabVIEW调用 三、程序设计 LabVIEW具有强大的外部接口能力,可用的外部接口包括:DDE、CIN、DLL、MATLAB Script以及HiQ Script等,其中DLL 是其常用的外部接口。 3.1 动态链接库(DLL)的编写

运动控制卡在LabVIEW的应用

运动控制卡在LabVIEW的应用 摘要:介绍了一种在LabVIEW平台上使用普通运动控制卡实现快速开发多轴运动控制程序的方法。该方法首先应用运动普通控制卡提供的函数库编译成通用动态链接库文件,然后使用LabVIEW与外部代码进行连接的动态连接库机制调用这个文件,实现实时的运动控制。实践证明,该方法不仅可以很好地发挥运动控制卡的性能,而且可以借助LabVIEW强大的界面编辑功能,缩短程序开发周期,美化人机界面。 关键词:LabVIEW;运动控制卡;动态链接库 一、引言 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美国国家仪器公司(National Instruments)推出一种基于图形语言的开发环境,编程非常方便,人机交互界面直观友好,用户可以创建独立的可执行文件,能够脱离开发环境而单独运行,是目前最流行的虚拟仪器编程平台,广泛应用于测试测量、过程控制、实验室研究与自动化等方面。 在运动控制方面,LabVIEW有专门的运动控制模块,并且NI公司为其所有的运动控制卡配备相应的驱动程序,可以方便实现即插即用功能。如果用户所使用的板卡不是NI 公司的产品,又没有提供与LabVIEW兼容的驱动程序,就不能为LabVIEW所用。但是LabVIEW能够通过调用Windows32动态连接库(Dynamic Link Library,简称DL L)来编写与LabVIEW兼容的驱动程序,实现该运动控制卡在LabVIEW环境下二次开发,不仅可以大大降低成本、缩短开发周期,而且可以使界面美观。 二、应用背景 笔者在参与某二自由度运动平台运动仿真项目的研制过程中,选用深圳众为兴数控技术有限公司生产的ADT850型四轴运动控制卡,该型号的卡提供多种版本Windows下的驱动程序和在BorlandC++3.1、VB和VC等多种环境下开发所需的函数库。虽然在这些编程环境中很容易实现所需的运动控制,但是,如果要开发出一个美观的人机交互界面,将会有很大一部分时间花在程序主界面的编写上。为此,我们利用LabVIEW强大的界面编辑功能以及它能够调用Windows32动态连接库的特点,首先在VC编译环境中编译出运动控制所需要的动态链接库文件,然后在LabVIEW环境中编写程序主界面,最后在LabVIEW框图程序中调用动态链接库文件来编写所需的运动控制程序。其主要过程如图1所示。

基于LabVIEW的电机控制系统

收稿日期:2018年1月15日,修回日期:2018年2月9日 作者简介:张瑶瑶,女,硕士,助理工程师,研究方向:电机测试。徐宝,男,硕士,工程师,研究方向:电子通信。 ? 1引言 随着虚拟仪器技术的发展,LabVIEW 被广泛 应用于各种数据采集及实时控制系统[1]。Lab ?VIEW 用户可以根据实际需要灵活定义仪器的功能,通过不同功能模块的组合实现各种功能,使用过程中不必受限于仪器厂商提供的特定功能,从而可以自主开发新功能。同时,LabVIEW 软件硬件的局限性小,易与其他仪器设备实现互联。为了实现电机试验台运行过程的数字化监控,开发了电机控制系统,该系统采用CAN 通讯方式与变频器交换数据,抗干扰能力强,性能稳定。 2 系统构成 2.1 系统硬件接口 系统硬件由ABB ACS850变频器、西门子电 机、编码器、研华工控机等组成,如图1所示。 图1控制系统结构 系统采用ABB ACS850变频器控制22kw 西门子电机,实际转速通过E6B2-CWZ6C 编码器采集,接线图如图2所示,其中A 、B 两相分别需要接2k 欧姆的上拉电阻,采集信号送入变频器FEN-31模块、变频器接收到A 、B 两相脉冲量处理成转速信号,再通过CAN 通讯送给工控机;NI8512CAN 卡直接插在工控机接口上,工控机通过NI 8512CAN 卡给变频器发送控制字、转速等,接收变频器状态字、实际转速等。 基于LabVIEW 的电机控制系统 ? 张瑶瑶1 徐 宝2, 3 (1.中国空空导弹研究院凯迈机电 洛阳 471003)(2.山东大学信息科学与工程学院 济南250100) (3.中央军委后勤保障部工程兵科研三所 洛阳 471023) 摘 要 为了提高电机控制试验台的灵活性和适应性,开发了基于LabVIEW 语言的由ACS850变频器、电机、工控机组成的控制系统。借助于变频器闭环控制转速,并实时显示当前转速。当超过软件中所设报警值时,系统会紧急停机保护。 关键词LabVIEW ;ACS850变频器;控制系统;转速 中图分类号 TP2 DOI :10.3969/j.issn.1672-9722.2018.07.042 Motor Control System Based on LabVIEW ZHANG Yaoyao 1 XU Bao 2, 3 (1.CAMA Electromechanic ,China Airborne Missile Academy ,Luoyang 471003)(2.School of Information Science and Engineering ,Shandong University ,Jinan 250100) (3.The Third Engineer Scientific Research Institute of logistic Support Department ,CMC ,Luoyang 471023) Abstract In order to enhance the flexibility and adaptability of the motor control testing ,a control system based on LabVIEW language is developed ,which is composed of ACS850inverter ,motor and industrial control computer.With the help of the inverter closed-loop control speed ,and parameters such as speed are showed in real time.When the alarm value is exceeded in the soft ?ware ,the system will be shut down. Key Words LabVIEW ,ACS850inverter ,control system ,speed Class Number TP2

基于LABVIEW串口通讯的LED控制

基于串口通讯的LED控制前言:LABVIEW的宣言”Software is instrument!”如果我们使用LABVIEW只停留在软件设计上,那就不能完全符合这个宣言的含义!其实NI为LABVIEW提供了一个强大的标准接口驱动应用——NI-VISA。 (https://www.doczj.com/doc/6114144442.html,/nisearch/app/main/p/bot/no/ap/tech/lang/zhs/pg/1/sn/catnav:du,n8:3.25 .123.1640,ssnav:sup/) 只要你在LABVIEW的基础上再安装这个驱动,那你就可以设计一些连接硬件的实用型VI了! 1.功能说明: 前面板上有8个圆形指示灯与8个LED按键一一对应同时与单片机模块上的8个LED 灯也是一一对应的关系。 A.VISA资源名称通过下拉箭头选择LABVIEW需要连接的接口,本设计选择COM1即串口1。 B.当按下其中一个LED按键,对应的圆形指示灯亮三秒自动熄灭,同时单片机模块上对应的LED灯也是亮三秒自动熄灭。 C.当按下“流水灯”确定按钮,单片机上的8个LED灯按流水灯形式亮一次。 D.当按下“全灯闪烁”确定按钮,单片机上8个LED灯一齐闪烁三次。

E.当按下停止按钮,程序退出。 2.硬件连接 本设计通过“PL2303的USB转串口线”把“STC89C52RC单片机小系统模块”(附带8个LED灯)的串口与笔记本电脑的“USB口”相连! 3.软件设计 A.C51程序部分设计 使用KEIL软件编写下位机程序,即写入到单片机的程序。 程序代码如下: #include typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint; //****************************************IO端口定义*************************************** sbit L ED1=P2^0; sbit L ED2=P2^1; sbit L ED3=P2^2; sbit L ED4=P2^3; sbit L ED5=P2^4; sbit L ED6=P2^5; sbit L ED7=P2^6; sbit L ED8=P2^7; uchar RX_Byte=0; //************************************串口初始化********************************************************* void StartUART( void ) { //波特率4800 SCON = 0x50; TMOD = 0x20; TH1 = 0xFA; TL1 = 0xFA; PCON = 0x00; TR1 = 1; } //************************************通过串口将数据发送给PC端**************************************

基于LabVIEW控制的多路传感信号采集系统 - 副本

河北工业大学毕业设计说明书

河北工业大学2013届本科毕业设计说明书 毕业设计(论文)中文摘要

毕业设计(论文)外文摘要

1 引言 应用广泛的测控技术在民生、国防许多领域都占有一席之地,它的现代化被认为是科学技术与国防现代化的重要的条件与明显标志。信息获取、通信与计算机技术被当作当今社会信息技术的三大支柱技术。这三个技术中,信息获取技术是必要的前提和基础,信息获取就是通过数据采集实现的。在以前的现场工作中实验的数据全部使用通过人报数并记录的方式,大量的实验数据的采集与分析完全不可能实现。而随着现代PC机和微电子(Microelectronics)一系列技术的飞速发展,再加上使用高精度、高性能的数据采集仪器,多路数据采集实现了智能化,并且由于大量数据采集和分析都由计算机自动完成,很大程度上提高了测量精度以及速度。伴随着测控技术的发展,智能仪器、VXI仪器、PC仪器以及虚拟仪器等自动测控系统也相继产生,而软件系统也逐渐成为了计算机系统的核心,LabVIEW就是一种计算机处理分析系统软件。其简单易懂的图形化编程方式也使它成为普及率仅次于C的编程语言。 1.1 研究背景 1.1.1 测控技术的现状 早期使用的测控系统都是利用大型的仪表来监视每个设备的状态,然后再通过操作盘进行集中操控;计算机系统则是在以计算机为主体基础上,配合检测装置、执行机构和被控对象组成一个整体,系统中的计算机用于实现生产过程的各种监控。然而,由于通信协议不开放,这种测控系统只是一个自封闭的系统,只能完成单一的测量与控制功能,却不能实现通用。 随着科学技术的不断发展,在国防、通信、航空、制造等科技领域应用中,要求测量和处理的信息数据量越来越大、而速度要求也越来越快;并且由于测试的对象的空间位置的日益分散,测试系统的日益庞大,测控现场化、远程化也成为了未来测控技术发展的方向。 测控技术最早起源于国外,它是在PC技术、通信技术等技术飞速发展,以及对大容量分布的测控终端的强烈需求的背景下发展起来,可以分为四个阶段,见表 1.1所示:

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