“自动控制原理”虚拟实验系统开发
“自动控制原理”虚拟实验系统开发
“自动控制原理”虚拟实验系统开发王莉;陈虹【摘要】This paper unifies the LabVIEW virtual instrument development environment and the merit of Matlab software,which has a high-performance on technical computing,based on automatic control theory and experiments.The following functions have been achieved,which are time domain analysis of linear systems,frequency domain analysis of linear systems,root locus analysis of linear systems,analysis of linear discrete systems,PID lead（lag） correction,motion simulation of a car,and motion simulation of a plane.This method has a friendly man-machine interface and is easy to operate,it is useful to the teaching of ＂Automatic Control Theory＂ course,and also makes the interaction between teachers and students easily.%本文结合LabVIEW虚拟仪器开发平台和Matlab软件强大的数值分析功能的优点,立足于＂自动控制原理＂课程和实验,设计了一套自动控制原理实验仿真系统平台,能够实现线性系统的时域分析、线性系统的频域分析、线性系统根轨迹分析、线性离散系统分析、PID超前（滞后）校正、某汽车的运动仿真和某飞机的运动仿真等功能,该平台有助于＂自动控制原理＂课程与实验的教学,容易实现教师与学生的互动。
《自动控制原理》虚拟实验系统在教学中的应用
生活 中 ，有解决 问题 和符 合工 作 岗位要 求 的能力 。实验 课 是 培养学 生 实际 动手能 力 的重要 途径 ，教 师应 该在 实验 课 安 排 中 ，加 入 日常生活 和 电子工 作 中的相 关 内容 。学生 通 过 特 殊 内容 的 实验 课 可 以更早 地 接触 到 实 际 岗位 的情 况 ， 将所需 内容 尽早 发挥 和应 用 ， 加强 学 生的 经验 。与 此 同时 ， 学生在 实 际 问题 解决 过程 中 ， 提 高学 生存 在感 ， 让 学 生在解 决实 际 问题后 树立 信心 ， 提 高学 习效 果和 学 习兴趣 。 电工技 能与培 训作 为 中等职 业教 育 中机 电专业 的基 础 课程， 对 于学 生基本 能力 的培 养有 着重要 作 用 。其 中 ， 实 验 课 的开 展更 是加 强学 生实 际动 手能 力 的重要方 法 ，学 生通 过实验 课 的学 习更好 地认 识到 所需 技能 ，切 实地 提高 自 身 解决 问题 的能 力 。在教学 中 ，为 了保证 教学 质量 和教 学效 果 ，要加 强对 学生 学 习兴趣 的培养 和保 持 。教 师通 过合 理 安 排实 验课 内容 ， 把握 控 制教 学过程 ， 建立 良好 的考 核评 价 制度， 联 系现 实生活 和需 求等 一 系列工作 ， 提 高和保 持学 生 的学 习兴趣 ， 使 学生 在学 习过 程 中保持 动 力 ， 更好 地接 受专 业 知识 和专 业技 能 的培训 。电能类 产业 不 断发展 ，对 于 电 工类 人才 的需 求也 在不 断加大 ，同时对 于人 才 的实 际操 作 能 力 的要 求也 逐步 提高 。加强 教 育工作 是 提高 电工 专业 人 才 输送 的重要 途径 。教 育工作 的质量 保证 为我 国 电能类 产 业 输送 人才 提供 了保 障 ， 提高人 才标 准 和质 量 ， 为我 国经济 稳 定发 展做 出了贡献 。
自动控制原理虚拟实验平台的设计与开发
ａ ｄ ｄ ｓｇ ｅ ．Ｉ ｈ ｓ ｄ ｓｇ Ｍ ａ ｌ ｂ ｗｉ ｔ ｔ ｏ ｇ ｇ ａ ｈ ｃ ｌ ｕ ｅ ｎ ｅ ｆ ｃ ｓ ＧＵＩ ａ ｄ Ｓ ｍｕ ｉｋ ｔ ｏ ｂ ｘ ｎ ｅ ｉ ｎ ｄ ｎ ｔ ｉ ｅ ｉ ｎ， ｔａ ， ｔ ｉｓ ｓ ｒ ｎ ｒ ｐ ｉａ ｓ ｒ ｉ ｔ ｒ ａ ｅ （ ｈ ） ｎ ｉ ｌ ｏ ｌｏ ， ｎ
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关 键 词 ：ＭＡＴ ＡＢ语 言 ； Ｌ ＧＵＩ ；自动 控 制 原 理 ； 拟 实 验平 台 虚 中 图分 类 号 ： Ｐ ３ Ｔ １ 文献标志码 ： Ｂ 文 章 编 号 ： ０ ３８ ３ （０ Ｏ ０ — １ ７Ｏ １ ０ — ９０ ２ １ ）４ ０ ５ ４
Ｄｅ ｉ ｎｉ ｎｄ Ｄｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｆＶｉ ｔ ａ ｂ ｒ ｔ ｒ ａ ｆ ｒ ｆ ｒ ｓ ｇ ｎｇ ａ ｖ ｌ ｐ ｎｔｏ ｒ ｕ ｌＬａ ｏ ａ ｏ ｙ Ｐｌ ｔ ｏ ｍ ｏ
《 自动控制 原 理 》 电类 专 业 重 要 的学 科 基 础 是
课， 因此 除学好 本 课 程 的 理 论 部 分外 ， 般 还 应 设 一 置相应 的实验 内容 。 目前很 多 高校 该课 程的 实验 教 学还 处于传 统 模拟 实验 阶段 ， 用集 成封 闭 的实验 利 箱 ， 相应 的有 源 网 络 模 块 连 接 成 典 型 环 节 或 系 将 统 ， 施加 典 型信 号 ， 过示 波器 观 察实 验结 果 。 再 通 这 种实 验方 法有 一定 的局 限性 ， 现在 以下几 方面 ： 表 （ ） 验设 备高 度集 成 ， 生 在 实验 中只 是 盲 １ 实 学 目地 接线 和调 节元 件参 数 值 ， 于所 调 节 的参数 与 对 系统 性能 的关 系难 以理 解 ， 很容 易 造成 硬件 电路 的 损坏 ， 也不 利 于课 堂 内容 的消化 ＿ ； １
( VR虚拟现实)基于的自动控制原理虚拟实验
（VR虚拟现实）基于的自动控制原理虚拟实验基于LabVIEW的自动控制原理虚拟实验系统设计院系专业班级学号姓名指导教师负责教师摘要根据“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。
文中分析了目前常见的虚拟实验系统，相应的应用Labview编程语言实现了包含“自动控制原理”课程常见实验的虚拟实验系统。
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：虚拟仪器；Labview；自动控制实验；MatlabAbstractOnthebasisofproblemsencounteredinactualexperimentteachingofAutoma ticControlTheoryinuniversitiesandneedofexperimentteachingrevolution,ane wkindofautomaticcontroltheoryvirtualexperimentsystembasedonLabviewisa dvanced.Strong- pointandweadnessofcommonvirtualexperimentsystemsatpresentareanalyze dandavirtualexperimentsystemincludingcommonexperimentsinAutomaticC ontrolTheoryiscompleletedsuccessfullyusingLabviewequivalently.Inaddition, proposalforhardwareexperimentexpansionisputforwand.Atlast,Matlabprogr ammingisusedforcomparisonandaccuracycertification.Keywords:virtualinstrument;Labview;automaticcontrolexperiment;Matlab目录第1章绪论11.1背景11.2课题的目的与意义21.3 Labview的介绍2第2章设计原理42.1一阶系统典型环节虚拟实验系统设计原理42.1.1数学模型的建立42.1.2单位阶跃响应42.2二阶系统瞬态响应虚拟实验系统设计原理52.2.1数学模型的建立52.2.2单位阶跃响应52.2.3动态性能指标计算72.3系统校正虚拟实验系统设计原理72.3.1未校正系统的性能指标计算72.3.2校正系统的确定82.4采样系统虚拟实验系统设计原理82.4.1“采样—保持器”组件82.4.2数学模型的建立92.5采样系统校正虚拟实验系统设计原理9 2.6频率特性虚拟实验系统设计原理102.7系统稳定性分析虚拟实验系统设计原理112.7.1用特征方程的根判定系统稳定性112.7.2绘制系统的单位阶跃响应曲线验证系统的稳定性11 2.8非线性系统虚拟实验系统设计原理122.8.1继电型非线性三阶系统原理方框图122.8.2振幅与角频率的计算12第3章程序方案设计133.1总体设计133.2基于Labview的虚拟实验系统设计133.3用户管理程序设计14第4章基于Labview的虚拟实验系统设计164.1一阶系统典型环节虚拟实验系统164.1.1功能描述164.1.2设计步骤164.1.3 实验子系统Matlab的仿真和正确性验证184.2二阶系统瞬态响应虚拟实验系统184.2.1功能描述184.2.2设计步骤184.2.3实验子系统Matlab的仿真和正确性验证214.3系统校正虚拟实验系统234.3.1功能描述234.3.2设计步骤234.3.3实验子系统Matlab的仿真和正确性验证254.4采样系统虚拟实验系统264.4.1功能描述264.4.2设计步骤264.4.3实验子系统Matlab的仿真和正确性验证284.5采样系统校正虚拟实验系统294.5.1功能描述294.5.2设计步骤294.5.3实验子系统Matlab的仿真和正确性验证314.6频率特性虚拟实验系统324.6.1功能描述324.6.2设计步骤324.6.3实验子系统Matlab的仿真和正确性验证344.7系统稳定性分析虚拟实验系统354.7.1功能描述354.7.2设计步骤354.7.3实验子系统Matlab的仿真和正确性验证374.8非线性系统虚拟实验系统374.8.1功能描述374.8.2设计步骤384.8.3在Matlab中绘制系统的-1/N与G（jw）轨迹40第5章用户管理程序的设计415.1 登陆系统的设计415.2 主程序的设计425.3 输出报表的设计43结论45社会经济效益分析46参考文献47致谢48附录Ⅰ系统前面板图49附录Ⅱ系统程序框图59第1章绪论随着教育规模的不断增长和高等教育课程教学内容的更新，许多院校实验室的仪器设备由于数量不够、功能落后，无法满足开放性和设计性实验教学的需要，作为未来仪器发展的一个重要方向，虚拟仪器技术克服了传统仪器功能单一、无法灵活配置的缺点。
自动控制原理虚拟实验平台的设计开发
自动控制原理虚拟实验平台的设计开发自动控制原理课程具有理论难度较大，教学内容相对抽象的特点，高职学生对于掌握本门课程具有一定的难度。
因此开发自动控制原理虚拟实验平台对于课程的实践性教学环节的开展，对课程学习效果的提升都具有重要的作用。
提出了自动控制原理虚拟实验平台建立的基本方案、分析了实验平台的使用以及在教学过程中的实践。
标签：自动控制；虚拟实验平台；课程；Labview；Matlab引言“自动控制原理”是自动化类专业重要的专业基础课程，主要分析了控制系统的基本概念、控制系统物理对象建立数学模型的方案、控制系统时域、变换域求解的基本方案、系统的稳定性等方案。
对学生掌握自动控制系统的分析与设计方法，为工程应用方面的自动控制系统的设计调试奠定了重要的基础。
为了适应高职教学理实一体化的教学要求，增强学生对于抽象知识的理解，在课程讲授过程中，实验具有不可替代的重要作用。
通过一定的实验学生能够加深对于理论知识的理解，提升实践技能以及分析解决问题的方案。
自动化控制系统的实验设备和实验场地收到了一定的限制，因此采用虚拟的实验平台进行课程实验的教学就显得尤为重要。
随着虚拟仪器技术的出现和计算机技术的发展，采用NI公司的Labview编程语言，开发出基于Labview虚拟实验系统，结合第三方公司提供的数据采集卡，对虚拟实验系统稍加改动就能够实现既可以在课堂上进行模拟实验，又能结合学校原有的硬件电路设备进行硬件实验的综合实验系统，可以显著提高教学效果和实验效果。
1 虚拟开发工具Labview简介虚拟仪器作为现代仪器仪表发展方向，已迅速成为一种新的产业，尤其在发达国家中发展更快，其设计、生产和使用已经十分普及，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。
Labview是一种基于图形的集成化程序开发环境的图形化编程软件，软件在数据采集、仪器仪表控制以及数值分析方面具有重要的应用价值，很好地实现了虚拟仪器的概念。
自动控制原理虚拟实验室设计
河南城建学院本科毕业设计(论文) 摘要摘要自动控制原理是学习自动控制技术的一门重要的专业基础课程，是控制理论的基础。
而实验课是自动控制原理整个教学过程中不可缺少的重要组成部分。
由于时间和专业知识的限制，直接利用MATLAB语言编程进行控制系统分析是不方便的，需要在MATLAB基础上为用户开发出适用于适用的接口界面。
论文介绍了在MATLAB软件环境下开发出的自动控制原理实验教学软件。
它利用MATLAB语言的图形用户界面设计功能(GUI)及其提供的控制系统工具箱对自动控制系统进行稳定性分析、根轨迹分析、频域分析，并说明了本软件的特点、功能和效果。
结果证明该软件系统可以取代传统模拟实验，它不仅能提高实验教学效率，改善实验效果，而且方便易行，具有推广应用价值。
同时利用该软件可以系统的让学生掌握控制系统设计思想的演化过程以及自动控制学科专业知识，从而提高学生分析和解决设计问题的能力。
关键词：自动控制原理，MATLAB，虚拟实验系统，GUI(图形用户界面)AbstractAutomatic Control Theory is an important professional course in learning Automatic Cont rol. And it’s a foundation of control theory. Experiment is an indispensable part in learning Automatic Control Theory. For a beginner of Automatic Control System, it is difficult to use the MATLAB programming language to analysis the control system, due to the limited time and poor professional knowledge. So we need to develop an interface which is easy to use based on MATLAB. This paper is about developing an experimental teaching software of Automatic Control Theory in MATLAB. We make model for automatic control system and analysis the stability, root locus and frequency domain by using the interface design function and automatic control toolbox. Additionally, we provide the note about the features, functions and effects of the software. Our results demonstrate that this software can replace traditional experiment. It could not only increase the teaching efficiency and improve the experiment teach effect, but also the software is very convenient. And also this software could make the students to master the evolvement process of design method of automatic control system and professional knowledge of automatic control. Obviously, it will improve the student’s ability of analysis and solving problems.Keywords :Automatic Control Theory ,MATLAB ,Virtual Experimental System ,GUI目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)2 虚拟实验系统的总体设计 (2)2.1背景知识介绍 (2)2.1.1MATLAB的优势和特点以及在控制系统中的运用 (2)2.2虚拟实验系统总体设计原理 (5)2.3虚拟实验系统总体设计框图 (5)3 系统的主界面设计 (7)3.1主界面模块框图 (7)3.2主界面的具体设计及设计成果 (7)4 线性系统的分析和校正 (10)4.1线性系统的时域分析 (10)4.2线性系统的根轨迹分析 (12)4.3线性系统的频域分析 (13)4.3.1 频域分析演示窗口的实现 (13)4.3.2频域实验窗口分析 (17)4.4线性系统的串联校正 (18)5 非线性部分仿真演示窗口 (26)6 总结和展望 (27)6.1本文工作总结 (27)6.2课题展望 (27)参考文献 (29)致谢 (30)附录:所用函数表 (31)1 绪论在目前有限的课堂教学和实验学时内，运用一定的仿真软件和计算机技术，使学生掌握专业的基本理论和控制系统的设计思想和方法，培养学生科研能力，是专业教学中值得研究和探讨的课题。
自动控制原理虚拟实验系统开发研究
自动控制原理虚拟实验系统开发研究作者：郑博闻来源：《硅谷》2015年第02期摘要自动控制原理是自动控制共同规律技术的研究，该理论在初期是以反馈理论为基础的自动调节原理，用于军事设备自动控制，后主要用于工业控制。
近些年来随着计算机技术、自动化技术、信息技术、通信技术的发展和应用，自动控制原理应用电子计数机技术后，跨入了一个新的现代自动控制原理时代，能够满足各种复杂控制任务。
但其理论概念比较抽象，很难掌握，想要熟练掌握自动控制原理，必须积累足够实践经验，加强理论和实际的结合，因此自动控制原理虚拟实验系统应运而生，正满足了自动控制实验需求，实现了更高效、快捷的进行自动控制原理实验。
本文将针对自动控制原理虚拟实验系统开发展开研究。
关键词自动控制原理；虚拟实验系统；系统开发中图分类号：TP15 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0261-01随着经济水平的不断提高，科技的进步。
在计算机技术高度普及背景下，自动控制原理虚拟实验系统被提出，自动控制原理虚拟系实验系统代替传统实验室已经成为新时代自动控制原理研究的必然趋势。
自动控制原理虚拟实验系统实现了用软件虚拟硬件功能完成实验，虚拟实验系统相比传统实验室来说更加节约实验成本，对自动控制原理模拟度更高、更准确，并且实验操作过程更加方便直观，内容更加丰富，实验效率更高，能够有效帮助用户加深对自动控制原理实验的理解。
1 自动控制原理虚拟实验系统特点1.1 软件模拟自动控制原理虚拟实验系统不同于传统实验室，整个实验过程都是通过计算机软件模拟来完成。
在实验过程中，并不需要自动控制实验仪器和实验材料，只需要运用普通的计算机就可以完成实验，达到自动控制原理实验目的。
不仅大大提高了实验效率，减少了实验流程和实验时间，节约了传统实验中使用的配套设备使用，更解决了传统实验中实验材料浪费问题。
1.2 可视化界面利用计算机来模拟的自动控制原理虚拟实验系统，实验操作界面均为中文，并为图文并茂可视化界面。
自动控制原理计算机辅助教学与仿真实验软件的开发与实践
自动控制原理计算机辅助教学与仿真实验软件的开发与实践0 引言自动控制原理是高等院校电子、电气、信息类专业学生很重要的一门必修课，是一门实践性很强的技术基础课，它不仅要求学生掌握一定的理论知识，而且要求学生能够熟悉常用模拟控制器的功能，具有解决工程实际问题的能力。
但是对于这门课程的学习学生通常都会感到非常枯燥的。
实验演示或者学生动手实验，可以帮助学生理解学习内容，但是，不得不看到目前高校的实验课的开设，受到经费、学时的限制，许多通过实验演示更容易使学生理解的课程内容，由于缺乏实验支撑，影响了教学效果。
同时在实验操作时，由于任何一个实际系统都是多参数的系统，其输出受到多种条件的影响。
课程实验通常是观察在少数（常设定为一个）参数条件变化时，系统的输出结果，这样，就会出现由于实验条件的控制和调试出现偏差，得不到应得的结果，引起学生的误会，达不到应有的教学效果。
本文介绍的用matlab语言和在simulink仿真环境开发的自动控制原理计算机辅助教学与仿真实验软件，可以有效地解决这种问题。
1 软件的设计及功能本软件通过matlab语言的图形用户界面工具gui，以交互方式设计并实现自动控制原理的大部分教学内容和仿真实验内容。
以交互方式设计本软件，使得用户可以在线任意输入系统的数学模型，测试系统的特性，具有非常大的灵活性。
软件分为辅助教学和仿真实验两部分，由一个主界面如图1所示和九个子界面组成，子界面包括数学模型、时域分析、频域分析、稳定性分析、关于lti viewer 、siso设计工具、模型连接、非线性系统、仿真实验等，还可以点击“进入课件”按钮浏览课程相关章节学习。
子界面采用交互式方式设计，用户可以任意输入系统传递函数，测试相应特性。
并且为方便用户的使用，界面上还设置了帮助系统，用来介绍整个界面的功能及说明如何在线正确输入。
在数学模型、时域分析、频域分析这些界面上，将系统分为线性连续和线性离散两部分。
“数学模型”界面介绍了自动控制原理中的常用数学模型之间的转换，以交互方式设计，基本可以实现任意模型之间的转换。
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础课 程 ， 需要学 生 掌握 系统 参 数 变 化 对 系 统 性 能 的
影 响 ， 到分析 系 统 、 计 系统 的 目的Ｉ 。课程 除 了 达 设 １ ］
理论 教 学外 ， 验 教 学 也 是 其 中不 可 缺 少 的环 节 。 实
为 了克 服 自动 控制 实 验 教 学 存 在 的 问题 ， 们 开 发 我 了虚 拟实 验 台实 现 计 算 机 的 模 拟 演 示 来 作 为 硬 件 实验 前 的 补 充 ｌ 。过 去 的 实 验 教 学 大 多 都 是 基 于 ２ ］ Ｍａｌｂ和 虚拟 仪器 开发平 台 Ｌ ｂ Ｅ ＿ 的共 同开 ｔ ａ ａ ＶＩ ｗｌ ５ ］ 发， 可以 弥补 两 者 之 间缺 点 ， 们 利 用 它 和 Ｍａｌｂ 我 ｔ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｕ ｆｅ ｔ ｅ Ｌａ ｓ ｒ ｃ ： ｉ ａ ｅ ｎｉｉ ｓ ｈ ｂＶＩ ＥＷ ｉｔ ｌｉ ｔ ｕｍｅ ｔ ｄｅ ｌ ｍ ｅ ｎ ｉｏｎ ｅ ｎ ｈｅ ｍｅ ｉ ｆ ｖ ｒ ｕａ ｎｓ ｒ ｎ ｖｅｏｐ ｎｔ ｅ ｖ ｒ ｍ ｎｔ ａ ｄ ｔ ｒｔ ｏ Ｍ ａ ｌ ｂ ｓ ｆｗａ ｅ，ｗｈｉｈ ｈ ｓ ａ ｈ ｇｈ ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｅ ｈｎｉａ ｏｍｐｕ ｉ ｇ，ｂａ ｅ ｎ ａ ｔ ｍ ａ ｉ ｏ ｒ ｌｔ ｏ ｙ ｔａ ｏ ｔ ｒ ｃ ａ ｉ — ｒ ｏ ｍ ｎ ｅｏｎ ｔ ｃ ｃ ｌｃ ｔｎ ｓ ｄ ｏ ｕ ｏ ｔｃｃ ｎｔ ｏ ｈｅ ｒ ａ ｄ ｅ ｅ ｉ ｎｔ ． Ｔｈ ｏ ｌ ｎ ｘｐ ｒｍｅ ｓ ｅ ｆ ｌｏｗｉ ｇ ｆ ｎｃ ｉ ｎｓ ｈａ ｅ ｎ ａ ｈｉｖｅ ｎ ｕ ｔｏ ｖｅ ｂ ｅ ｃ ｅ ｄ，ｗｈｉｈ ａ ｅ ｔｍｅ ｄｏ ｉ ａ ｌ ｓ ｓ ｏｆ ｉ ｅ ｒ ｃ ｒ ｉ ｍａ ｎ ｎａ ｙ ｉ ｌｎ ａ ｓ ｔ ｍｓ，ｆ ｅ ｕｅ ｙ ｄ ｍ ａｎ ａ ａ ｙｓｓｏｆｌｎｅ ｒｓ ｓ ｅ ｓ ｏｏ ｏ ｕ ｎａ ｙ ｉ ｆｌ ａ ｙ ｔ ｍ ｓ ｎ ｌ ｉ ｆｌｎ ｙｓ ｅ ｒ ｑ ｎｃ ｏ ｉ ｎ ｌ ｉ ｉ ａ ｙ ｔ ｍ ，ｒ ｔｌ ｃ ｓ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｉ ｒ ｓ ｓ ｅ ，ａ ａ ｙｓｓｏ ｉ — ｎｅ ｅ ｒｄｉｃ ｅ ｅ ｓ ｔ ｍ ｓ ａ ｓ ｒ ｔ ｙｓ ｅ ，ＰＩ ｌ ａ （ ａ Ｄ ｅ ｄ １ ｇ） ｃ ｒ ｅ ｔｏｎ，ｍｏ ｉ ｎ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｏｒｃｉ ｔｏ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ａ ｃ ｒ，ａ ｄ ｍｏ ｉ ｎ ｓｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｔｏ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ａ ｐｌ ｎ ． Ｔｈｉ ｔ ｏｄ ｈａ ｒｅ ａｅ ｓ ｍｅ ｈ ｓａ ｆ ｉｎｄｌ ａ ｍ ａ ｈｉ ｎｔ ｒ ａ ｅ ａ ｓｅ ｓ ｏ ｏ ｒ ｔ ｙ ｍ ｎ— ｃ ｎｅｉ ｅ ｆ ｃ ｎｄ ｉ ａ ｙ ｔ ｐｅ ａ ｅ，ｉ ｓｕｓ ｆ ｏ ｔ ｅ ｃ ｎ ｔｉ ｅ ｕｌｔ ｈｅ ｔ ａ ｈｉ ｇ ｏ ｔ ｍ ａ ｉ ｆ’ Ａｕ ｏ ｔｃ Ｃｏｎ ｒ ｌＴｈｅ ｒ ｔｏ ｏ ｙ”ｃ ｒ ｅ。ａ ｌｏ ｍａ ｓｔ ｎｔ ｒ ｃ ｉ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ａ ｈｅ ｓａ ｄ ｓ ｕｄ ｎ ｓ ｅ ｓ一 ｏｕ ｓ ｎｄ ａ ｓ ｋｅ ｈｅ ｉ ｅ ａ ｔｏｎ ｂ ｔ ｅ ｅ ｃ ｒ ｎ ｔ ｅ ｔ ａ ｉ
摘 要 ： 文 结 合 Ｌ ｂ Ｅ 虚 拟 仪 器 开 发 平 台 和 Ｍａｌｂ软 件强 大 的数 值 分 析 功 能 的优 点 ， 足 于 “ 本 ａ ＶＩ Ｗ ｔ ａ 立 自动 控 制 原 理 ” 程 和 实 验 ， 计 了～ 套 课 设
自动 控 制 原 理 实 验仿 真 系统 平 台 ， 能够 实 现线 性 系统 的 时域 分 析 、 性 系 统 的 频 域 分 析 、 性 系 统 根 轨 迹 分 析 、 性 离 散 系统 分 析 、 Ｉ 超 前 线 线 线 ＰＤ （ 后 ） 正 、 汽 车 的运 动 仿真 和某 飞机 的运 动 仿真 等 功 能 ， 平 台有 助 于“ 滞 校 某 该 自动 控 制原 理 ” 程 与 实 验 的 教 学 ， 易 实 现教 师 与学 生 的互 动 。 课 容
斜 坡 信 号 和 加 速 度 信 号 。 通 过 对 时 间 、 值 上 限 进 幅
行调 整 ， 以清楚 看 出信 号 响应 的变 化规 律 。系 统 可
的 响应 参 数 能 够 显 示 系 统 的 动 态 与 稳 态 性 能 （ 了 除
稳态 误差 ， 其它 的响 应 参数 均 只 在 阶跃 信号 输 入 时 有效 ） 。闭 环方程 特 征根 能 够用 来 判 断 系统 的稳定 性 ， 以结合 图形 验 证 。响 应 曲线 图将显 示 输 入传 可 递 函数 响应 曲线 ， 当选 择 不 同类 型 的输 入 信 号 时 ，
第３ ３卷
第 ４期
电 气 电 子 教 学 学 报 Ｊ ＯｕＲＮＡＬ ＯＦ ＥＥＥ
Ｖ０． ３ ＮＯ ４ １３ ． Ａｕ ． ０ １ ｇ ２ １
２１ ０ １年 ８月
‘ 动 控 制 原 理 ＂ 拟 实 验 系 统 开 发 ‘ 自 虚
王 莉 ， 陈 虹
（ 州大学 能 源与动 力 工程 学 院 ， 苏 扬 州 ２ ５ Ｏ ） 扬 江 ２ ０ ９
Ｗ ＡＮ Ｇ ，ＣＨＥＮ ｏ Ｌｉ Ｈ ｎｇ
（ ｈｏ ｌｏ Ｅｎ ｒ ｙ ａ ｗｅ ｇｉｅ ｒｎ ，Ｙａ ｇｚ ｏ ｉ ｅｓｔ ，Ｙ ｇ ｈ ｕ，２２ ００ ，Ｐ． Ｒ． Ｃｈ ｎ ） Ｓｃ ｏ ｆ ｅ ｇ ｎｄ Ｐｏ ｒＥｎ ｎ ｅ ｉｇ ｎ ｈ ｕ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ａｎ ｚ ｏ ５ ９ ｉ ａ
本 模块 和 时 域 分 析 模 块 一 样 ， 算 部 分 均 由 运
图 １ 总 体 程 序 框 图
Ｍａｌｂ脚本 节点完 成 ， ｔ ａ 只要调 用对 应 的 函数 即可 完 成运算 。不 同的 是 ， 由于本 模 块 的 Ｘ 图属 性 需要 Ｙ
图 ２ 子 模 块 程 序 框 图
经常变 化 ， 使用 了大 量 属 性节 点 来 改 变包 括 图是 故 否 可见 、 标签 的修改 、 Ｙ 轴名 称 的修 改 和 平 面类 型 Ｘ 的选 择 。线性 系统 的频 域 分 析模 块 如 图 ４所示 ， 此 图为 奈奎斯 特 图的仿 真结果 。
两 者 混 合 开 发 编 程 后 ， 以 获 得 显 著 优 点 。 因 为 可
收 稿 １期 ：０ Ｉ０ ８ 修 回 日期 ：０ １０ —７ ３ ２ １－卜０ ； ２ １－３１ 作 者 简介 ： 王 陈
１ 控 制 系 统 仿 真 总体 功 能设 计
本 文设 计 的虚 拟 实验 系统 实 验 界 面简 单 ， 数 参
１ ｙ． Ｋ ｅ ｗｏ ｄ Ｌａ ｙ ｒ ｓ： ｂＶ Ｉ ＥＷ ；Ｍ ａ ｌｂ， Ｃｏ ｒ ｌＳｙ ｔ ｍ ｍ ｕｌｔｏ ｔａ ｎｔ ｏ ｓ ｅ Ｓｉ ａ ｉｎ
“ 自动 控 制 原 理 ” 工科 专 业 一 门重 要 专 业 基 是
Ｌ ｂ Ｅ 的显示效 果 很好 ， 易 使 用 及操 作 ， 以 ａ ＶＩ Ｗ 容 可 弥补 Ｍａｌ 的 不 足 。而 且 ， ｔ ｂ在 Ｌ ｂ Ｅ ｔｂ ａ Ｍａｌ ａ ａ ＶＩ Ｗ 中被调 用 时其功 能 可完全 实 现 ， 而 可 避免 在 Ｌ ｂ 从 ａ－ ＶＩ ｗ 中的复 杂 的设 计 引。 Ｅ
２ 各 模块 实现 功 能 设计
２ １ 线 性 系 统 的 时 域 分 析 模 块 ． 本 功 能 模 块 能 够 实 现 如 下 功 能 ： 以两 种 形 式 输 ①
入闭环传递 函数 ， 有多种输入信号类 型可供选择 进行
实验 ； ②显 示响应 曲线 ， 时问和幅值上 限参数 可调 ； ③ 计算并显示 系统 的动态 性能 指标 ， 括 超调 量 、 迟 包 延 时 问、 上升时 间、 峰值 时间和调 节时 间； ④判 断系统 的
关 键 词 ： ａ ＶＩ Ｗ ；Ｍａ ａ ；控 制 系统 仿 真 Ｌｂ Ｅ ｌ ｆｂ
中图 分 类 号 ： １ ＴＰ ５
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ８０ ８ （０ １ ０ ０ １０ １０ ６ ６ ２ １ ）４０ ７—３
Ｄｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｆ Ａｕ ｏ ａ ｉ ｎ ｒ ｌＴｈ ｏ ｙ Ｖｉ ｔ ａ ｐｅ ｉ ｅ ｙ ｔ ｍ ｖ ｌｐ ｎｔｏ ｔ ｍ ｔｃ Ｃｏ ｔ ｏ ｅ ｒ ｒ ｕ ｌＥｘ ｒ ｍ ｎｔＳ ｓ ｅ
稳定性 ， 并计算 出闭环方程 特征根进行验证 。 线 性系 统 时 域 分 析 功 能 模 块 的 前 面 板 设 计 如 图 ３ 所示 ，此图 为单位 阶跃信号 的 响应 结果 。
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电气 电子 教 学 学 报
第 ３ ３卷
根 轨 迹 分 析 设 计 、 性 离 散 系 统 的 分 析 设 计 、 Ｉ 超 线 ＰＤ 前 （ 后 ） 正 的 设 计 、 汽 车 的 运 动 仿 真 设 计 和 某 滞 校 某 飞 机 的 运 动 仿 真 设 计 。 系 统 整 合 前 面 版 包 括 一 个 子面板 ， 个确 定 按钮 ， 个 停 止按 钮 和］ 能 选 单 。 一 一 功
本 功能模 块能 够 实 现如 下 功 能 ： 能够 以两种 ①
苎 堑 堕 超 滞 ） ｌ 墨 竖 坌 王 些ＩＩＤ 前（后 ｌ Ｐ Ｉ
Ｉ 校 正子模扳 ｌ
形式输入 传 递 函数 ； 选 择 频 率 响 应 曲线 类 型 ， ② 包
括 波特 图 ， 奈奎 斯 特 图 和尼 科 尔斯 图 。在 显 示不 同 类 型 的频 率 响应 曲线 时 ， 示 图表 的坐 标 系 将 变为 显 对应 的 曲线类 型 ； 计 算 并 显 示 系 统 的 幅 值 裕 度 、 ③ 相角裕 度 、 相角穿 越频率 和截 止频 率等参 数 。
改 变 方 便 。 基 于 自 动 控 制 原 理 实 验 ， 考 计 算 机 控 参 制 技 术 实 验 。实 现 的 ７ 功 能 包 括 线 性 系 统 的 时 域 个 分 析 设 计 、 性 系 统 的 频 域 分 析 设 计 、 性 系 统 的 线 线