第4章 基于Labview的虚拟实验系统设计
4.1一阶系统典型环节虚拟实验 4.1.1功能阐述
本系统为自动控制原理中一阶系统惯性环节的虚拟实验系统，当给一阶系统惯性环节的两个特征参数K和T分别输入不同值时，可以确定不同的传递函数，据此可以画出一阶系统惯性环节的单位阶跃响应曲线。自动控制原理中一阶系统的比例环节、积分环节、比例积分环节、比例微分环节和比例积分微分环节的单位阶跃响应画法与该系统一样。
4.1.2设计过程
1. 面板设计
启动Labview，进入仪器编辑环境，建立仪器的面板，如图4.1所示，面板主要控件如下。
2个Numeric 控件，分别输入时间常数T和放大倍数K的值；一个XY Graph 控件，是为了显示一阶系统惯性环节的单位阶跃响应曲线；一个OK Button 控件，功能是为了实现功能退出到主程序界面。
图4.1 一阶系统惯性环节仪器面板
2. 程序框图设计
a. 执行Functions》All Functions》Analyze》Mathematics》Formula》MATLAB Script操作，添加如下的输入、输出变量。
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输入变量 类型 T Real K Real 输出变量 类型
T 2-D Array of Real Y 2-D Array of Real 将下面的MATLAB文件写入节点内。 num=[K]; den=[T 1]; sys=tf(num,den); t=0:0.01:1.2; y=step(sys,t);
b．执行Functions》All Functions》Array》Reshape Array操作，功能是将输出变量t和 y 的维数统一。
c. 连线，完成见附录图一。
3. 保存，运行
运行结果如图4.2所示。
图4.2 一阶系统惯性环节运行结果
4.1.3 实验子系统Matlab的仿真
在设计虚拟实验系统中，为了对设计好的实验子系统进行验证，采用Matlab软件进行仿真。仿真结果如图4.3所示。
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图4.3 一阶系统惯性环节Matlab仿真
分别设置时间常数T=0.2和放大倍数K=1的值，所得结果和labview仿真的结果相同。
4.2二阶系统瞬态响应虚拟实验 4.2.1功能阐述
本系统为自动控制原理中二阶系统瞬态响应的虚拟实验系统，当给二阶系统的两个结构参数?和?分别输入不同值时，可以求出该二阶系统的动态性能指标：超调量Mp、峰值时间tp和调节时间ts，并且可以输出该二阶系统的单位阶跃响应曲线。
4.2.2设计过程
1. 面板设计
启动Labview，进入仪器编辑环境，建立仪器的面板，如图4.4所示，面板主要控件如下。
5个Numeric 控件，功能是输入二阶系统结构参数?和?的值，输出性能指标超调量、峰值时间和调节时间的值；1个XY Graph 控件6，功能是显示二阶系统的单位阶跃响应曲线；2个OK Button 控件，功能是使程序退出到主程序界面。
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图4.4 二阶系统仪器面板
2. 程序框图设计
a.执行Functions》All Functions》Analyze》Mathematics》Formula》MATLAB Script操作，然后添加如下的输入、输出变量。
输入变量 类型 zeta Real omegan Real 输出变量 类型 Sigma Real Tp Real Ts Real T Real Y Real
然后，将下面的MATLAB文件写入节点内。 sigma=exp(-zeta*pi/(1-zeta^2)^(1/2)); tp=pi/(omegan*sqrt(1-zeta^2)); ts=4/(zeta*omegan); num=[omegan^2];
den=[1 2*zeta*omegan omegan^2]; sys=tf(num,den); t=0:0.01:5; y1=step(sys,t);
b．执行Functions》All Functions》Array》Reshape Array操作，功能是将输出变量t和 y 的维数统一。
c. 连线，完成后见附录II图2。
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3. 保存，运行
欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况下的运行结果分别如图4.5、4.6和4.7所示。
图4.5 欠阻尼情况下运行结果
图4.6临界阻尼情况下运行结果
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