自动控制原理虚拟实验系统方案

《自动控制原理》虚拟实验系统开发The development of virtual lab system for automatic control theory

摘要

根据《自动控制原理》课程实验教学在高校实验实践中遇到的困难和实验教学改革的需要，本文提出了建立基于LabVIEW的自动控制虚拟实验系统方案。运用虚拟仪器代替传统仪器，既节约实验室建设成本，又可以得到良好的实验效果。另外，该系统可以调动学生积极性，培养创新精神，加强实践动手能力的培养本文首先分析了虚拟仪器的构成、分类与应用，选择图形化软件LabVIEW作为开发环境；其次，提出基于LabVIEW的自动控制原理实验系统的方案，包括系统结构、功能和性能特性以及设计流程和方法，并逐一实现各子实验系统。最后，利用Matlab语言编程进行对比分析，进行正确性验证。

关键词：自动控制系统，虚拟仪器，MATLAB

ABSTRACT

On the basis of problems encountered in actual experiment teaching of Automatic Control Theory in universities and need of experiment teaching revolution,a new kind of automatic control theory virtual experiment system based on LabVIEW is ing the virtual instrument to instead of the traditional instruments, namely, saving the laboratory construction costs, but also can be a good experiment. In particular, the practical ability to engage students and cultivate a spirit of innovation can be strengthen.

Firstly, the Virtual Instrument is briefly introduced in the paper, including the form, classification and the application. Then the graphics mode software LabVIEW is selected as development environment. Secondly, the project of experiment system of automatic control theory based on the LabVIEW is given; including system structure, function and performance characteristics as well as the design process and methods, then the experimental sub system is designed one by one. Finally,MATLAB programming is used for comparison and accuracy certification Keywords: automatic control system,virtual instrument,MATLAB

目录

摘要 ........................................................................ I ABSTRACT.................................................................... II 1 绪论. (1)

1.1 课题研究的背景 (1)

1.2 课题研究的目的与意义 (1)

2 系统总体方案论证 (2)

2.1 本课题的设计任务 (2)

2.2 方案论证 (2)

3 设计原理 (4)

3.1 一阶系统惯性环节虚拟实验系统设计原理 (4)

3.1.1一阶惯性环节数学模型的建立 (4)

3.1.2MATLAB仿真 (4)

3.2 二阶系统的时域特性研究 (5)

3.2.1二阶系统数学模型的建立 (5)

3.2.2MATLAB仿真 (6)

3.4 系统校正 (6)

3.4.1串联超前校正 (7)

3.4.2串联滞后校正 (8)

3.4.3串联滞后-超前校正 (8)

3.5 PID控制系统 (10)

3.5.1 PID控制原理 (10)

3.5.2 水箱模型分析 (11)

4 程序方案设计 (12)

4.1 总体设计 (12)

4.2 基于LABVIEW的虚拟实验系统设计 (12)

4.3 用户管理程序设计 (13)

5 《自动控制原理》虚拟实验系统开发 (15)

5.1 一阶系统惯性环节虚拟实验系统 (15)

5.1.1功能描述 (15)

5.1.2设计步骤 (15)

5.2 二阶系统的时域特性研究 (16)

5.1.1功能描述 (17)

5.1.2设计步骤 (17)

5.3 二阶系统稳定性判定 (19)

5.3.1功能描述 (19)

5.3.2设计步骤 (19)

5.3.3MATLAB仿真 (21)

5.4 奈氏曲线的绘制及稳定性判断 (21)

5.4.1功能描述 (21)

5.4.2设计步骤 (21)

5.5 系统根轨迹图绘制 (23)

5.5.1功能描述 (23)

5.5.2设计步骤 (23)

5.6 增益裕量与相位裕量分析 (25)

5.6.1 功能描述 (25)

5.6.2 设计步骤 (25)

5.7 超前校正与滞后校正 (26)

5.7.1功能描述 (26)

5.7.2设计步骤 (27)

5.8采样系统校正虚拟实验系统 (29)

5.8.1功能描述 (29)

5.8.2设计步骤 (29)

5.8.3MATLAB仿真 (31)

5.9 基于PID算法的水位控制系统 (32)

5.9.1功能描述 (32)

5.9.2设计步骤 (32)

5.10 综合性实验 (33)

5.10.1功能描述 (33)

5.10.2设计步骤 (33)

6 登录系统设计 (36)

6.1 功能描述 (36)

6.2 设计步骤 (36)

结论 (37)

参考文献 (39)

致 (38)