毕业设计 基于labview的控制系统分析与设计.doc

毕业设计 基于LabVIEW的控制系统分析与设计

摘  要

现代科技的发展日新月异，在工业自动化和测试及测量领域，传统的仪器功能固定且由厂商定义，已经不能适应时代发展的需要。而虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）则可以由用户定义，用软件来实现硬件仪器，彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的局面，引起了仪器和自动化工业的一场革命。虚拟仪器既具有传统仪器的功能，又有独特的灵活性，它能够充分利用和发挥现有计算机先进技术，使仪器的测试和测量及自动化工业的系统测试和监控变得异常方便和快捷。
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench实验室虚拟仪器工程平台）是一款出众的虚拟仪器软件开发工具。它拥有其卓越的人机界面、强大而易于实现的数据采集功能和图形化编程语言等众多优点，在测控领域愈来愈受到工程师的重视。
本文在LabVIEW的控制设计包和仿真模块的基础上，研究了如何在LabVIEW平台上对典型控制系统进行设计与仿真。首先介绍了LabVIEW的使用，然后研究了受控对象的数学建模与分析，并研究了控制器的设计和PID控制器参数自整定的方法，最后对动态系统进行了仿真，包括离线和在线仿真。

关键词： 虚拟仪器、LabVIEW、控制系统模型、PID控制、开环分析、自整定、系统仿真

Abstract

Traditional measurements and controllers’ function are defined by manufacturers, and it is hard for users to make any changes. With the rapid development of the modern technology, Virtual Instrument (VI for short) comes to application. Its function could be defined by users instead of manufacturers, more revolutionarily, it use software to realize hard-instrument’ function. Compare to traditional measurements, using Virtual Instruments is much more convenience. In virtue of computer science, Virtual Instrument is more and more popular in the industry application.
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) is a topping VI software. It has strong points such as outstanding man-machine interface, powerful data acquisition and graphical programming language, etc. On account of these good qualities, it is gaining an increasing number of engineers’ recognition.
Based on the LabVIEW control design toolkit and simulation module, how to perform the control system design and simulation on the LabVIEW platform was discussed. Firstly, give a brief introduction of Virtual Instrument and LabVIEW; Then, discuss the developing and analyzing a mathematical model of the plant; Afterwards, discuss  designing the controller, the emphasis is the method of tuning the PID controller ’ s parameters; At last, perform the dynamic system simulation, including the off-line simulation and on-line simulation.
Key words:  Virtual Instrument, LabVIEW, Control System Model, PID Control, Open-Loop System Analyze, Auto-adjusting, System Simulation

目   录

第一章 绪论 6
1.1   课题研究的背景、意义和目的 6
1.2   国内外研究现状 6
1.3   本论文的研究内容 7
第二章 LABVIEW应用基础 8
2.1 虚拟仪器概述 8
2.1.1 虚拟仪器的概念 8
2.1.2 虚拟仪器的优点 8
2.1.3 虚拟仪器的功能 9
2.1.4 虚拟仪器实例 10
2.2 LABVIEW概论 11
2.2.1 什么是LabVIEW 11
2.2.2 LabVIEW的特点 11
2.3 LABVIEW入门 12
2.3.1 启动界面介绍 12
2.3.2 前面板及程序框图 13
2.3.3 示例 14
第三章 控制系统的模型分析 18
3.1 控制系统概述 18
3.2 传递函数表达式 18
3.3 建模示例 19
3.4 典型环节模型 20
第四章 控制器的分析与设计 25
4.1 引言 25
4.2 PID控制器介绍 25
4.2.1 PID控制器结构 25
4.2.2 PID各参数作用 26
4.2.3 PID参数整定方法 28
4.2.4 继电自整定法 32
第五章 控制包设计 35
5.1 控制包介绍 35
5.2 构造函数模型 35
5.3 系统开环特性分析 36
5.4 构造开环及闭环系统 38
5.5 构造离散传递函数模型 39
5.6 延时信息的合并 40
5.7 控制设计与仿真的转换 43
5.8 控制器的设计 43
5.8.1 快速整定法 43
5.8.2 临界比例度法 46
第六章 仿真模块设计 51
6.1 仿真包介绍 51
6.2 简单仿真示例 51
6.3 离线仿真自整定 53
6.4 在线仿真自整定 54
第七章 总结 57
参考文献 58
致谢 59