LabVIEW課程設計課件

1、成 績 評 定 表學生姓名劉楊班級學號1103060434專 業(yè)通信工程課程設計題目基于LabVIEW的單擺程序的設計與實現(xiàn)評語組長簽字：成績日期 20 年 月 日課程設計任務書學 院信息科學與工程學院專 業(yè)通信工程學生姓名劉楊班級學號1103060434課程設計題目基于LabVIEW單擺程序設計與實現(xiàn)實踐教學要求與任務:1 熟悉LabVIEW的基本原理；2 設計、組裝單擺程序；3 在LabVIEW環(huán)境中仿真實現(xiàn)；4 運行、調試單擺程序；5 對單擺程序進行結果驗證及分析；工作計劃與進度安排:12月1日熟悉設計任務、查閱資料、進行原理分析及可行性論證 12月2日3日組裝、調試單擺程序 （軟件：在

2、LabVIEW環(huán)境中仿真實現(xiàn)單擺程序） 12月4日驗收、答辯、提交報告指導教師： 201 年 月 日專業(yè)負責人：201 年 月 日學院教學副院長：201 年 月 日目 錄一 LabVIEW簡介. 4二 單擺設計原理.5 2.1單擺的基本原理.5 2.2單擺運動問題的提出.5三 單擺程序設計.6 3.1前面板設計.6 3.2后面板設計.7 3.2.1單擺繪制.8 3.2.2初始值設置.8 3.2.3仿真波形輸出.9 3.2.4時間軸設置.10 3.2.5控制按鈕.10四 單擺程序運行結果與分析.11五 心得體會.14六 參考文獻.15一 LabVIEW簡介LabVIEW是目前較為成功、應用廣泛的

3、虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境，LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器工作平臺）是NI公司在1986年首次推出的，最新版本為LabVIEW8.6。它是一個高效的圖形化程序設計環(huán)境，結合了簡單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與靈活強大的G編程語言；提供了一個直覺式的環(huán)境，與測量緊密結合，在這個平臺上，各種領域的專業(yè)工程師和科學家們通過定義和連接代表各種功能模塊的圖標來方便迅速地建立高水平的應用程序；支持多種系統(tǒng)平臺，在任何一個平臺上開發(fā)的LabVIEW應用程序可直接移植到其它平臺上。實驗室虛擬儀器開發(fā)平臺的簡稱LabVIE

4、W，是一種業(yè)界領先的工業(yè)標準圖形化編程工具，它是專門為工程師和科學家而設計的直觀圖形化編程語言。它將軟件和各種不同的測量儀器硬件及計算機集成在一起，建立虛擬儀器系統(tǒng)，形成用戶自定義的解決方案，成為專門數(shù)據(jù)采集與儀器控制，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達而設計的圖形化編程軟件，使創(chuàng)建的程序模塊化，易于調試，理解和維護，而且程序編程簡單、直觀，特別適用于數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。LabVIEW的開發(fā)環(huán)境分為三部分:前面板(panel)、框圖程序(Diagram Programme)和圖標/連接端口(Icol/rerminal)。前面板就是圖形化用戶界面，用于設置輸入數(shù)值和輸出觀察量。在前面板中，輸入量被稱為控制（Con

5、trol），輸出量被稱為指示（Indicator），他們通過各種圖標如按鈕、旋鈕、開關、圖標等出現(xiàn)在前面板上，模擬真實儀器?？驁D程序由節(jié)點（Node）和數(shù)據(jù)連線（Wire）組成，它利用圖形語言對前面板上的控制對象即輸入量和輸出量進行控制，節(jié)點用來實現(xiàn)函數(shù)和功能調用，數(shù)據(jù)連線表示程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，它定義了程序框圖內的數(shù)據(jù)流向。圖標/連接端口用于把LabVIEW程序定義為一個子程序，從而實現(xiàn)模塊化編程，圖標是子程序在其他程序框圖中被調用的節(jié)點表示形式，連接端口則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入、輸出口。LabVIEW具有3個可移動的圖形化工具模板：工具模板（Tool Palette）、控件模板（Contr

6、ols Palette）和功能模板（Function Palette）。工具模板提供了用于圖形操作的各種工具,比如定位、標注、斷電、連線、文字注釋等；控件模板提供了前面編輯所需要的圖像圖標、一些特殊的圖形；功能模板則提供了一些基本的數(shù)學函數(shù)和其他功能函數(shù)。這三個模板是LabVIEW編程的主要工具。二 單擺仿真設計原理2.1單擺的基本原理單擺是高中物理教學中的一個重要實驗，它揭示了一 個重要規(guī)律單擺的等時性原理，即在擺角很?。ㄐ∮?0），忽略空氣阻力對擺球運動影響的情況下，單擺的振動周期跟振幅（A）、擺球的質量（m）無 關，只與擺長（l）及擺球所處位置的重力加速度（g）有關。單擺的周期公式為：課

7、本上安排了改變單擺的擺長對單擺周期影響的實驗，取擺長不同的單擺，讓學生觀察、感受單擺振動快慢的變化，并分別測出它們的周期。實驗表明：擺長變長，周期變大；擺長變短，周期變小。至于加速度g的變化對單擺周期的影響，課本上未做這方面的實驗安排。為了讓學生更形象直觀地感受加速度g對單擺周期的影響，進一步加深對單擺周期公式的理解，我們對單擺實驗進行了研究和實踐。單擺在振動過程中，擺球無論運動到什么位置，始終 受到豎直向下的重力（G）的作用（地球吸引結果）。而周期公式中的加速度g就是擺球在所在位置受到的重力G產(chǎn)生的。我們知道，力是產(chǎn)生加速度改變物體運動 狀態(tài)的，那么只要想辦法改變單擺在振動過程中豎直方向上的

8、受力情況，就相當于改變了擺球所在位置的加速度g2.2單擺運動問題的提出長期以來人們對單擺運動的運動方程以及周期公式都進行了大量的研究，對于有阻力的單擺運動的認識也一步步加深然而，對于單擺運動的跟蹤與控制，往往接觸的很少為了使兩個不同系統(tǒng)的單擺實現(xiàn)同步跟蹤，尋求控制力的控制規(guī)律以及最優(yōu)解，本文在合理的假設下，針對該問題，建立了單擺追蹤的模型并利用線性系統(tǒng)的漸進穩(wěn)定性原理及狀態(tài)反饋控制對模型進行了求解，得出單擺控制力的最優(yōu)解力，然后利用數(shù)學軟件MATLAB進行了單擺運動的仿真模擬三 單擺程序設計3.1 前面板設計圖3.1（總前面板）其中左邊框圖為單擺仿真后圖像顯示處；左下角為設置的初始值（包括初始

9、角度與初始角速度）與單擺繩長設置；右上角實現(xiàn)波形變換功能，實現(xiàn)波形放大縮小以及移動功能；為仿真速度與角度的輸出顯示右邊中間框圖顯示仿真波形，橫向刻度為時間，縱向刻度為幅度；右下方為時間軸與“開始仿真”“暫停仿真”推出仿真“控制按鈕。3.2后面板設計圖3.2（總后面板）3.2.1單擺繪制圖3.3此模塊實現(xiàn)單擺的繪制，對應內部面板如下圖3.4可繪制圖形，改變畫筆顏色等。3.2.2初始值設置圖3.5與初始值控件相連，可實現(xiàn)對初始角度與角速度的設置圖3.6用相應函數(shù)實現(xiàn)對繩長的設置3.2.3仿真波形輸出圖3.7使正弦波與余弦波重疊并與仿真圖控件相連，實現(xiàn)對單擺仿真波形的顯示。3.2.4時間軸設置圖3.

10、8這是時間控制計時控件，可使仿真波形隨時間的推移而持續(xù)輸出。3.2.5控制按鈕“開始仿真”“暫停仿真”“退出仿真”四 單擺程序控制結果分析圖4.1 運行結果圖4.2 (設置繩長為2，初始角度為15) 圖4.3（設置繩長為3，初始角度為20）圖4.4 若改變刻度大小圖4.4 若將波形放大縮小五 心得體會 經(jīng)過兩個星期labVIEW的自主學習，我初步掌握了labVIEW的基本操作和編程技巧，labVIEW作為一門新式的圖形化編程的語言，不僅提供了簡單易學的編程方法，通過學習我對這門高效簡單的編程語言產(chǎn)生了很大的興趣，一口氣把教學ppt看完并從網(wǎng)上借鑒了一些好的程序和應用進行練習，從中學到了大量的技巧，也越來越感到labVIEW入門容易，但要深入做下去完成一個像樣的程序，就必須懂得各方面的知識，我需要更多的學習和練習。 這是一次實踐性很強的課程設計，看了教學ppt后感覺已經(jīng)掌握很多但真到實際做東西還是困難重重，必須反復更深層次的學習，鍛煉了我的自學能力理解能力和實踐能力，為今后實際工作生活中的需要打下了基礎。六 參考文獻1 鄭大鐘編著，線性系統(tǒng)理論（第二版），清華大學