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毕业设计(论文)基于LabVIEW的控制系统仿真.doc
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毕业设计(论文)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 NIs 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
目 录
1 绪论 1
11 课题背景 1
12 控制系统仿真的意义 1
13 控制系统仿真的研究现状 2
14 本课题研究内容 2
2 LabVIEW 概述 4
21 虚拟仪器技术 4
22 控制设计工具包 5
3 系统方案的选定 7
31 系统概述 7
32 系统方案的比较与选定 7
33 系统子模块的规划 9
4 系统设计 10
41 信号发生器 10
com 确定方案 10
com VI 设计 10
42 典型环节 13
com 建模及理论分析 13
com VI 设计 14
43 质点-弹簧-阻尼器系统 18
com 建模与模型转换及其 VI 设计 18
com 模型分析及其 VI 设计 21
com PID 设计及其 VI 设计 25
44 一级倒立摆系统 29
com 建模与分析及其 VI 设计 30
com LQR 设计及其 VI 设计 36
com 实时仿真及其 VI 设计 41
45 动态调用 VI 的设计 44
com VI 的动态调用 44
com VI 设计 45
5 发布应用程序 47
51 生成独立可执行应用程序 47
52 生成安装程序 49
6 总结和展望 52
61 总结 52
62 展望 52
参考文献 53
附 录 55
致 谢 70
1 绪论
11 课题背景
控制理论是众多工科专业普遍开设的一门专业基础课由于控制理论较抽象
课堂教学手段单一学生接受起来较为困难而随着高等教育规模的不断扩大原有
教学仪器设备资源相对短缺也无法满足实验教学的需要旧的实验教学模式越来
越不适应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
在控制理论教学中实验能够使学生加深对所学知识的理解提高将理论应用
于实践的能力是教学活动中不可缺少的环节对于培养学生的综合素质和实践技
能都至关重要采用虚拟实验的方式一方面能够给学生提供更充分的时间和更多
的机会来接触和研究所做的实验打破了传统的实验模式给学生更多思考和分析
时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样可以激发学生的兴趣来自己设计和改进虚拟实
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
本课题是基于虚拟仪器技术开发一种交互式实验教学模块实现常见的典型
控制系统的仿真输入相关参数即可得出仿真结果将抽象的静态的理论知识转化
为具体的动态的演示模型根据教学需要将控制理论中常见的典型的实例利用相
关软件工具如 LabVIEWMATLAB 等实现建模分析设计过程的仿真一方面有利于理
论教学工作的开展另一方面对于实验教学会起到一定的指导作用此外控制系统
的综合设计也将有利于学生综合掌握控制理论而不是将控制理论看作章节割裂
的理论以上几点对于教学实际具有非常现实的意义
12 控制系统仿真的意义
随着计算机仿真理论与技术的发展目前各个科学与工程领域均已开展了仿
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oligaga
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