虚拟仪器实验报告

专业班级：自动化1204 姓名：张磊 学号：12051412

实验一 熟悉LabVIEW开发环境

一、实验目的

(1) 熟悉LabVIEW的初步操作。 (2) 掌握LabVIEW的编程方法。 二、实验原理

(1) LabVIEW的操作模板

在LabVIEW的用户界面上，工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和函数（Functions）模板集中反映了该软件的功能与特征。

（2）关于连线

图1-1 工具模板 图1-2 控件选板 图1-3 函数选板

流程图上的每一个对象都带有自己的连线端子，连线将构成对象之间的数据通道。并非任意两个端子间都可连线，连线类似于普通程序中的变量。数据单向流动，从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。

(3) 程序调试技术 1．找出语法错误 2．设置执行程序高亮 3．断点与单步执行

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使用断点工具可以在程序的某一地点中止程序执行，用探针或者单步方式查看数据。

4．探针

可用探针工具来查看当流程图程序流经某一根连接线时的数据值。 三、实验内容

1、建立虚拟温度计的VI。

2、将所设计的虚拟温度计VI设计成子VI，供其他程序调用。

图 实验１的前面板图

图 实验１的程序框图

四、实验总结

在本次实验中，主要学习简单了解了Labview的各个模块及编程搭建方法，通过学习，我们掌握了Labview编程的基础使用，为以后的学习打下了扎实的基础。

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实验二 LabVIEW基本程序设计

一、实验目的

(1) 熟悉LabVIEW 8.5开发环境；

(2) 掌握LabVIEW编程语言的程序结构和图形控件的使用方法； (3) 掌握LabVIEW编程环境的程序调试方法；

二、实验原理与内容

已知一阶系统状态空间表达式

???0.2x?2ux

y?x编程时可采用4阶龙格-库塔算法求解上述方程: K1 = -0.2*X(k)+2*u(k);

K2 = -0.2*(X(k)+0.5*T*K1)+2*u(k); K3 = -0.2*(X(k)+0.5*T*K2)+2*u(k); K4 = -0.2*(X(k)+T*K3)+2*u(k); X(k+1) = X(k)+(K1+2*K2+2*K3+K4)*T/6; Y = X(k+1);

控制算法可采用增量式PID控制算法:

du = Kp*(e(k)-e(k-1))+T/Ti*e(k)+Td/T*(e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)); u(k) = u(k-1)+du;

本实验要求基于LabVIEW编程环境，针对上述一阶系统进行控制仿真。通过控制系统仿真，分析一阶系统的特点和各个PID参数对控制系统性能的影响。

三、实验过程

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图2-1 实验二的前面板

图2-2 实验二的程序框图

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四、实验总结

1.一阶系统特点：

（1）单位阶跃响应： 时间常数 T 反映系统的惯性， T 越大表示系统的惯性越大， 响应速度越慢，系统跟踪单位阶跃信号越慢，单位阶跃响应曲线上升越平缓。

（2）单位斜坡响应：一阶系统在跟踪单位斜坡信号时，总是存在位置误差，并且位置误差的大小随时间而增大， 最后趋于常值 T。

（3）单位加速度响应：一阶系统在跟踪单位加速度信号时，总是存在位置误差，而且位置误 差的大小随时间而增大，最后趋于无穷大。因此，一阶系统不能实现对单位加速度信号的跟踪。 2.各PID 参数对控制系统性能的影响

（1）比例系数Ｋp：当Ｋp 加大时，系统动作灵敏，速度加快，在系统稳定的前提下，系统的稳态误差将减小，却不能完全消除系统的稳态误差。Kp 偏大 时，系统的震荡次数增多，调节时间增长。

（2）积分系数 Ki：积分作用能够消除稳态误差，提高控制精度，系统积分作用的引入通常使系统的稳定性下降。

（3）微分系数 Kd：引入微分控制可以改善系统的动态特性，当 Kd偏小时，超调量较大，调节时间也较长；当 Kd合适时可以提高系统响应速度，提高系统稳定性。

3.PID 参数整定的方法

首先采用纯比例控制,将比例系数 KP 由小到大变化,观察系统的响应,直至速度快,且有一定范围 的超调为止。如果系统静差在规定范围之内,且响应曲线已满足设计要求,那么只需用纯比例调节器即可。如果比例控制系统的静差达不到设计要求,这时可以加入积分作用。在整定时将积分系数 Ki由小逐渐增加,积分作用就逐渐增强,观察输出会发现,系统的静差会逐渐减少直至消除。反复试验几次,直到消除静差的速度满意为止。注意这时的超调量会比原来加大,应适当的降低一点比例系数 Kp。 若使用比例积分(PI)控制器经反复调整仍达不到设计要求,或不稳定,这时应加入微分作用,整定时先将微分系数 Kd从零逐渐增加,观察超调量和稳定性,同时相应地微调比例系数 KP、积分系数 KI,逐步使凑,直到满足条件。

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