用虛擬儀器LabVIEWE實(shí)現(xiàn)諧波測(cè)量分析的論文

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄第1章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書21.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)2 1.2課程設(shè)計(jì)目的3 1.3課程設(shè)計(jì)要求3 1.4課程設(shè)計(jì)內(nèi)容4 1.5課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求4 1.6課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排4 1.7課程設(shè)計(jì)考核方法5 第2章總體設(shè)計(jì)方案6 2.1 虛擬儀器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別6 2.2.1 虛擬儀器的定義及組成6 2.2.2 虛擬儀器的特點(diǎn)7 2.2 虛擬儀器LabVIEW 圖形化程序的組成和特點(diǎn)8 2.2.1 LabVIEW 的圖形顯示8 2.2.2圖形化編程環(huán)境LabVIEW 82.2.3 LabVIEW 平臺(tái)設(shè)計(jì)諧波測(cè)量分析系統(tǒng)10 2.3諧波測(cè)量分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖10 2.3.1前面板程序

2、10 2.3.2框圖程序11 2.3.3程序流程圖13 2.3.4諧波測(cè)量分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖14 2.4諧波測(cè)量分析系統(tǒng)的工作原理及功能14 第3章課程設(shè)計(jì)個(gè)人小結(jié)18第4章參考文獻(xiàn)19第1章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書虛擬儀器技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：諧波測(cè)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種電子產(chǎn)品在電力系統(tǒng)中得到大量應(yīng)用，特別是各種非線性負(fù)載包括可控整流傳動(dòng)裝置及高壓直流輸電系統(tǒng)的投入，以及各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，理想電力系統(tǒng)的近似程度變差，直接表現(xiàn)是電網(wǎng)中的電壓和電流波形產(chǎn)生周期性畸變。電網(wǎng)中除了與供電電源同頻率的正弦量(稱為基波分量 以

3、外，還出現(xiàn)了一系列大于基波頻率整倍數(shù)的正弦波分量(高次諧波分量 。這一系列正弦分量統(tǒng)稱為電力諧波。當(dāng)電網(wǎng)中存在的諧波成分超過一定指標(biāo)，輕者增加能耗，縮短設(shè)備運(yùn)行壽命，重則造成停電事故，直接影響安全生產(chǎn)。所以，對(duì)電網(wǎng)中諧波含量準(zhǔn)確的測(cè)量，確切掌握電網(wǎng)中諧波的實(shí)際狀況，對(duì)于防止諧波危害、維護(hù)電網(wǎng)的安全運(yùn)行是十分必要的。LabVIEW 具有強(qiáng)大的信號(hào)分析與數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，在它的數(shù)學(xué)分析庫中包含了數(shù)以百計(jì)的VI 程序，能夠進(jìn)行各種時(shí)域與頻域信號(hào)分析。本課題通過虛擬儀器LabVIEW 圖形化軟件開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)一種諧波測(cè)量分析系統(tǒng)。本課題中系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)采用虛擬儀器技術(shù)的思想，選擇開放式的LabVIEW 虛

4、擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，將LabVIEW 軟件引入到諧波測(cè)量分析系統(tǒng)中，能模擬測(cè)量低壓配電系統(tǒng)的基波電流，基波頻率，總畸變率THD 、thd ，231次各次諧波電流含有率等參數(shù)。具體指標(biāo)與要求如下：(一 要求設(shè)計(jì)一個(gè)通道的正弦信號(hào)發(fā)生器以模擬實(shí)際電流，具體要求為：1、頻率范圍：0.001Hz 100KHz ； 2、幅值：0200A ，可選；3、直流偏置：0100V ，可選；4、可調(diào)整幅值、相位、頻率；調(diào)整后無須重新啟動(dòng)（提示：用循環(huán)結(jié)構(gòu)）； 5、在產(chǎn)生的信號(hào)中可以加入高斯噪聲。(二 諧波測(cè)量分析系統(tǒng)能模擬測(cè)量低壓配電系統(tǒng)的基波電流，基波頻率，總畸變率THD 、thd ，231次各次諧波電流含有率、

5、直流含量等參數(shù)。(三 諧波測(cè)量分析系統(tǒng)可以對(duì)產(chǎn)生的正弦信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到相關(guān)的頻譜圖。 （四）所有測(cè)量分析的參數(shù)都要在系統(tǒng)前面板中進(jìn)行顯示，所產(chǎn)生的正弦信號(hào)及其頻譜圖要求分別進(jìn)行波形顯示。諧波分析原理：對(duì)于周期為0/2=T 的電流諧波信號(hào)進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的電流分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的電流分量，如下式所示：=+=100 sin( (n n n t n I I t i ，( 3, 2, 1=n (1其中， sin(0n n t n I +稱為n 次電流諧波，n I 稱為n 次電流諧波的幅值，諧波頻率與基波頻率的比值(1/f f n n = 稱為諧波次數(shù)

6、。求模擬信號(hào)連續(xù)頻譜的一般方法是對(duì)它做傅立葉變換：+-=dte t i i t j ( (2用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)傅立葉變換的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是離散傅立葉變換(DFT。離散傅立葉變換的數(shù)學(xué)表達(dá)式為1, , 2, 1, 0, (12-=-=-N n ei I I N i Nni jn (3電流總畸變率TDH 和thd ：f u n dn nI IT H D%100*22= (4r m sn nI It h d %100*22=(5其中n I 稱為n 次電流諧波的幅值，fund I 為基波電流的幅值，rms I 為周期性交流量方均根值。諧波含有率n HRI 指第n 次電流諧波的rms 值與基波電流rms 值的比率

7、，即 %100*f u n dn n I I H R I =(61.2、課程設(shè)計(jì)目的通過本次課程設(shè)計(jì)使學(xué)生具備：1）了解現(xiàn)代儀器科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展前沿；2）學(xué)習(xí)和掌握虛擬儀器系統(tǒng)組成和工作原理；3）掌握虛擬儀器LabVIEW 圖形化軟件設(shè)計(jì)方法與調(diào)試技巧；4）培養(yǎng)學(xué)生查閱資料的能力和運(yùn)用知識(shí)的能力；5）提高學(xué)生的論文撰寫和表述能力；6）培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)；7）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和運(yùn)用知識(shí)的能力。1.3、課程設(shè)計(jì)要求1、了解和掌握整個(gè)虛擬儀器平臺(tái)的系統(tǒng)組成、工作原理、各單元功能和應(yīng)用背景；2、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行文獻(xiàn)資料的檢索，根據(jù)各種獨(dú)立測(cè)量?jī)x器的功能和工作原理，確定諧波測(cè)量分析

8、系統(tǒng)的功能，制定設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)虛擬儀器面板；3、利用虛擬儀器LabVIEW 軟件，編寫與調(diào)試虛擬儀器的圖形化程序； 4、撰寫完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。1.4、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1、諧波測(cè)量分析系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)； 2、諧波測(cè)量分析系統(tǒng)框圖程序設(shè)計(jì)。1.5、課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求報(bào)告中提供如下內(nèi)容： 1、目錄2、正文（1）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書；（2）總體設(shè)計(jì)方案(包括虛擬儀器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別，虛擬儀器LabVIEW 圖形化程序的組成和特點(diǎn)，為什么選擇虛擬儀器LabVIEW 圖形化軟件開發(fā)平臺(tái)來設(shè)計(jì)諧波測(cè)量分析系統(tǒng)，諧波測(cè)量分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖等 ；（3）簡(jiǎn)述所設(shè)計(jì)的諧波測(cè)量分析系統(tǒng)的工作原理及自己的設(shè)計(jì)結(jié)果所實(shí)現(xiàn)

9、的功能，針對(duì)前面板要有操作使用說明，以便他人能夠正確使用所設(shè)計(jì)的諧波測(cè)量分析系統(tǒng)；（4）程序流程圖、框圖程序的設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)方法等；（5）調(diào)試、運(yùn)行及其結(jié)果；要求有諧波測(cè)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)的源程序和運(yùn)行結(jié)果等。 3、收獲、體會(huì) 4、參考文獻(xiàn)1.6、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排本課程設(shè)計(jì)共需1周時(shí)間，其具體安排見下表: 1.7、課程設(shè)計(jì)考核辦法本課程設(shè)計(jì)滿分為100分，從課程設(shè)計(jì)平時(shí)表現(xiàn)、課程設(shè)計(jì)報(bào)告及課程設(shè)計(jì)答辯三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分，其所占比例分別為20%、40%、40%。第2章 總體設(shè)計(jì)方案2.1虛擬儀器概念與傳統(tǒng)儀器概念主要區(qū)別：2.1.1虛擬儀器的定義及組成虛擬儀器（Virtural Instrument,

10、 VI）的概念是由美國(guó)國(guó)家儀器公司提出來的，虛擬儀器本質(zhì)上是虛擬現(xiàn)實(shí)一個(gè)方面的應(yīng)用結(jié)果。也就是說虛擬儀器是一種功能意義上的儀器，它充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在基本硬件的支持下，利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、數(shù)據(jù)分析和處理以及測(cè)試結(jié)果的顯示等，通過軟、硬件的配合來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能，大大的突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲(chǔ)等方面的限制，使用戶可以方便地對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展和升級(jí)。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器，計(jì)算機(jī)和儀器的緊密結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向，虛擬儀器就是在通過計(jì)算機(jī)上加一組軟件和硬件，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)自己設(shè)計(jì)使用的專用的傳統(tǒng)電

11、子儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的輸入、輸出，軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。任何一個(gè)使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便的改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。虛擬儀器的基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等，其中，硬件接口模塊可以包括插入式數(shù)據(jù)采集卡（DAQ ）、串/并口、IEEE488接口（GPIB ）卡、VXI 控制器以及其他接口卡。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)、GPIB 儀器控制系統(tǒng)、VXI 儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合。一般來說, 虛擬儀器是由通用儀器硬件平臺(tái)(簡(jiǎn)稱硬件平臺(tái) 和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成的。（1）虛擬儀器的硬

12、件平臺(tái)構(gòu)成虛擬儀器的硬件平臺(tái)有兩部分。(1 計(jì)算機(jī)。一般為一臺(tái)PC 機(jī)或工作站, 是硬件平臺(tái)的核心;(2 I/ O 接口設(shè)備。I/ O 接口設(shè)備主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換。不同的總線其相應(yīng)的I/ O 接口硬件設(shè)備, 如利用PC 機(jī)總線的數(shù)據(jù)采集卡/ 板(DAQ 、GPIB 總線儀器、VXI 總線儀器模塊、串口總線儀器等。虛擬儀器的I/ O 接口設(shè)備主要有5 種類型。PC -DAQ 系統(tǒng)。PC - DAQ 系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集板、信號(hào)調(diào)理電路及計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用PCI 或計(jì)算機(jī)本身的ISA 總線, 將數(shù)據(jù)采集卡/ 板(DAQ 插入計(jì)算機(jī)的空

13、槽中即可。GPIB 系統(tǒng)。VXI 系統(tǒng)。PXI 系統(tǒng)。串口系統(tǒng)。它們分別是以其自身的標(biāo)準(zhǔn)總線儀器與計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。（2）虛擬儀器的軟件目前的虛擬儀器軟件開發(fā)工具主要有如下兩類:文本式編程語言: 如Visual C + + , Visual Basic , Lab2Windows/ CVI 等。圖形化編程語言: 如LabVIEW,HPVEE 等。這些工具為用戶設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用軟件 提供了最大限度的方便條件與良好的開發(fā)環(huán)境。虛擬儀器的最大特點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)資源與儀器硬件,DSP 技術(shù)相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源，打破了以往由廠家定義儀器功能的模式，由用戶自己定義儀器功能。

14、在虛擬儀器中，使用相同的硬件系統(tǒng)，通過不同的軟件編程，就可以實(shí)現(xiàn)功能完全不同的測(cè)量?jī)x器。傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器系統(tǒng)的比較如下表所示。 時(shí)能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的特性儀器。2.1.2 虛擬儀器的特點(diǎn)虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器相比具有以下的特點(diǎn):(1 具有可變性、多層性、自助性的面板。虛擬儀器的面板可以做到與傳統(tǒng)儀器一樣, 可以有顯示器顯示波形; 有LED 指示數(shù)字; 有指針式表頭指示刻度; 有旋鈕、滑動(dòng)條、開關(guān)按鈕; 有報(bào)警指示燈和聲響等等。而虛擬儀器的優(yōu)越之處在于傳統(tǒng)儀器面板上的元器件是硬件, 由廠商設(shè)計(jì)確定, 不可改變地安裝在專用的面板上。而虛擬儀器的面板由計(jì)算

15、機(jī)的顯示器構(gòu)成, 面板上的各種顯示控制元件是軟件圖庫中的各種功能圖形, 由用戶設(shè)計(jì)面板, 調(diào)用圖形塊, 用戶可以不受“標(biāo)準(zhǔn)件”和“加工工藝”限制, 隨意增、刪、移動(dòng)元器件, 變化尺寸、色彩等等。還可以制作多層下拉面板, 幫助文件等等, 做出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 過傳統(tǒng)儀器的全漢化、生動(dòng)美觀、界面友好的面板。(2 強(qiáng)大的信號(hào)處理能力用適當(dāng)?shù)挠布涌陔娐? 對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、放大、濾波、隔離、A/ D 轉(zhuǎn)換后, 虛擬儀器就可以靈活、充分地利用通用計(jì)算機(jī)的大量實(shí)用軟件工具, 對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種計(jì)算、分析、判斷、處理、圖形或數(shù)字顯示, 經(jīng)D/ A 轉(zhuǎn)換后控制執(zhí)行器件的動(dòng)作。(3 功能、性能、指標(biāo)可由用戶定義即可以根據(jù)用戶

16、的不同要求對(duì)同一儀器的功能、性能、指標(biāo)進(jìn)行修改或增刪, 徹底打破了傳統(tǒng)儀器一經(jīng)設(shè)計(jì)、制造完成后, 其功能、性能、指標(biāo)不可改變的封閉性、單一性。另一方面也可以將多種儀器的功能、性能、指標(biāo)等以軟件的形式集成在一個(gè)“功能軟件庫” 虛擬儀器庫內(nèi), 通過它們的不同組合以及與各種不同類型的硬件接口搭配, 使得在一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)上就可實(shí)現(xiàn)各種儀器的不同功能, 大大提高了儀器功能的靈活性, 甚至可以進(jìn)行非常復(fù)雜性的測(cè)試工作。(4 具有標(biāo)準(zhǔn)的、功能強(qiáng)大的接口總線、板卡及相應(yīng)軟件GPIB 通用接口總線( General Purpose InterfacBus 又稱IEEE488 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口總線, 30 年來廣泛應(yīng)

17、用于儀器領(lǐng)域。但是只適用于消息基器件的互操作, 不 適用于寄存器基器件。VXI 總線1987 年被首次推出, 迅速成為IEEE1155 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。VXI 硬件的通用性, 使任意廠家、各種類型儀器接口不會(huì)發(fā)生電氣和機(jī)械方面的沖突。VXI 總線的開放性, 保證任何系統(tǒng)一旦建立, 將來仍能得到很好的效用。VXI 能保持每個(gè)儀器之間精確定時(shí)和同步, 具有40Mbytes/ s 的高數(shù)據(jù)傳輸率。VXI 模塊化儀器被認(rèn)為是虛擬儀器最理想的硬件平臺(tái), 是儀器硬件的發(fā)展方向。此外, 還有VISA 、PCI 等標(biāo)準(zhǔn)I/ O 卡及其相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序庫為虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集和控制提供強(qiáng)大支持。(5 此外, 虛擬儀器還具有

18、開發(fā)周期短、成本低、維護(hù)方便, 易于應(yīng)用新理論、新算法和新技術(shù), 實(shí)現(xiàn)儀器的換代升級(jí)等特點(diǎn)。2.2虛擬儀器LabVIEW 圖形化程序的組成和特點(diǎn)2.2.1 LabVIEW的圖形顯示LabVIEW 的特性之一是對(duì)數(shù)據(jù)的圖形化顯示提供了豐富的支持。強(qiáng)大的圖形顯示功能增強(qiáng)了用戶界面的表達(dá)能力，極大地方便了用戶對(duì)虛擬儀器的學(xué)習(xí)和掌握。Graph （事后記錄圖）和Chart （實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖）是圖形顯示的兩類主要控件。這兩類控件的區(qū)別在于兩者數(shù)據(jù)組織方式及波形的刷新方式不同。Chart 將數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中實(shí)時(shí)、逐點(diǎn)地顯示出來，可以反映被測(cè)物理量的變化趨勢(shì)，例如顯示一個(gè)實(shí)時(shí)變化的波形或曲線，傳統(tǒng)的模擬示波器和波

19、形記錄儀就是按照這種方式顯示的。而Graph 則是對(duì)已采集數(shù)據(jù)進(jìn)行事后處理的結(jié)果，它先將被采集數(shù)據(jù)存放在一個(gè)數(shù)組之中，然后根據(jù)需要將這些數(shù)據(jù)組織成所需的圖形一次性顯示出來。缺點(diǎn)是沒有實(shí)時(shí)顯示，但其變現(xiàn)形式較豐富。例如，采集了一個(gè)波形后，經(jīng)處理可以顯示其頻譜圖。2.2.2 圖形化編程環(huán)境LabVIEWLabVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)Laboratory Virtual InstrumentEngineering Workbench 的縮寫, 它是世界上第一個(gè)采用圖形化編程技術(shù)的面向儀器的32位編譯型程序開發(fā)系統(tǒng), 由美國(guó)國(guó)家儀器NI (National Instrument 公司推出。L

20、abVIEW 是一種用圖形代碼來代替編程語言創(chuàng)建應(yīng)用程序的開發(fā)工具。在基于文本的編程語言中, 程序的執(zhí)行依賴于文本所描述的指令, 而LabVIEW 使用數(shù)據(jù)流編程方式來描述程序的執(zhí)行。LabVIEW 用圖形語言( G語言 、圖標(biāo)和連線(wires 來代替文本的形式編寫程序。像VC + + 、VB 等高級(jí)編程語言一樣, LabVIEW 也是一種帶有擴(kuò)展函數(shù)的通用程序開發(fā)系統(tǒng)。LabVIEW 擁有強(qiáng)大的庫函數(shù), 包括數(shù)據(jù)采集, GPIB ( General Purpose Interface Bus 通用接口總線 和串口儀器控制, 數(shù)據(jù)顯示、分析與存儲(chǔ)等。LabVIEW 可方便的調(diào)用Windows

21、 動(dòng)態(tài)鏈接庫和用戶自定義的動(dòng)態(tài)鏈接庫中的函數(shù); LabVIEW還提供了CIN (C Interface Node 節(jié)點(diǎn)使得用戶可以使用由C 或C + + 語言, 如ANSI C , 編譯的程序模塊, 使得LabVIEW 成為一個(gè)開放的開發(fā)平臺(tái)。LabVIEW 還支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE 、結(jié)構(gòu)化查詢語言( SQL 、TCP 和UDP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。此外, LabVIEW 還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱, 使得用戶能夠很方便的設(shè)置斷點(diǎn), 動(dòng)態(tài)的執(zhí)行程序來非常直觀形象的觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程, 以及進(jìn)行方便的調(diào)試。為了便于程序調(diào)試LabVIEW 還帶有傳統(tǒng)的程序開發(fā)調(diào)試工具, 例如可設(shè)置斷點(diǎn), 可單步

22、執(zhí)行, 還可激活程序的執(zhí)行過程, 以動(dòng)畫方式查看數(shù)據(jù)在程序中的流動(dòng)執(zhí)行。LabVIEW 的運(yùn)行機(jī)制就宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮·諾伊曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言(如C 中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW 中被并行機(jī)制所代替; 從本質(zhì)上講, 它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式(Data Flow Mode , 這種方式確保了程序中的函數(shù)節(jié)點(diǎn)( Function Node 只有在獲得它的全部數(shù)據(jù)后才能夠被執(zhí)行。也就是說, 在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中, 程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的, 它不受操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等因素的影響。既然LabVIEW 程序是數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的, 數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)

23、規(guī)定, 一個(gè)目標(biāo)只有當(dāng)它的所有輸入有效時(shí)才能夠被執(zhí)行; 而目標(biāo)的輸出只有當(dāng)它的功能完全時(shí)才是有效的。這樣LabVIEW 中被連接的函數(shù)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流控制著程序的執(zhí)行次序, 而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。從而, 我們可以通過相互連接函數(shù)節(jié)點(diǎn)快速簡(jiǎn)潔的開發(fā)應(yīng)用程序, 甚至還可以有多個(gè)數(shù)據(jù)通道同步運(yùn)行, 即所謂的多線程。LabVIEW 是一個(gè)通用編程系統(tǒng), 不但能夠完成一般的數(shù)學(xué)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算和輸入輸出功能, 它還帶有專門的用于數(shù)據(jù)采集和儀器控制的庫函數(shù)和開發(fā)工具, 尤其還附帶專業(yè)的數(shù)學(xué)分析程序包, 基本上可以滿足復(fù)雜的工程計(jì)算和分析要求。LabVIEW 環(huán)境下開發(fā)的程序稱之為虛擬儀器VI

24、(Virtual Instruments , 因?yàn)樗耐庑团c操作方式可以模擬實(shí)際的儀器。實(shí)際上, Vis 類似于傳統(tǒng)編程語言的函數(shù)或子程序。LabVIEW 的核心是VI 。VI 具有良好的人機(jī)交互界面前面板(Front Panel 和相當(dāng)于源代碼功能的框圖程序(Diagram 。前面板接受來自框圖程序的指令。在VI 的前面板中, 控件模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI 的框圖程序; 而LabVIEW 的指示器則模擬了儀器的輸出裝置并顯示由框圖程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)控件或指示器放到前面板上, LabVIEW便在框圖程序中相應(yīng)的產(chǎn)生一個(gè)終端( Terminals , 這個(gè)從屬于控件或指示器的終

25、端不能隨意被刪除, 只有刪除它對(duì)應(yīng)的控件或指示器時(shí)它才會(huì)隨之一起被刪除。利用LabVIEW 編制框圖程序時(shí), 無須拘于傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語法細(xì)節(jié)的限制。首先, 從函數(shù)面板中選擇需要的函數(shù)節(jié)點(diǎn)(Function Node , 將之置于框圖上適當(dāng)位置; 然后用連線(Wires 連接各函數(shù)節(jié)點(diǎn)在框圖程序中的端(Port , 用來在函數(shù)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。這些函數(shù)節(jié)點(diǎn)包括了簡(jiǎn)單的計(jì)算函數(shù)、高級(jí)的采集和分析VI 以及用來存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的文件輸入輸出函數(shù)和網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。LabVIEW 編制出的圖形化VI 具有層次結(jié)構(gòu)和模塊化的特點(diǎn)。開發(fā)者可將之用于頂層(Top Level 程序, 也可用作其他程序或子程序的子程序。V

26、I 代碼內(nèi)含的VI 稱為subVI 。為了區(qū)分各個(gè)subVI , 它們的圖標(biāo)是可編輯的。LabVIEW 依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計(jì)的概念。用戶可以把一個(gè)應(yīng)用任務(wù)分解成為一系列的簡(jiǎn)單的子任務(wù), 為每一個(gè)子任務(wù)創(chuàng)建一個(gè)VI ,再把它們裝配到另一個(gè)圖標(biāo)代碼中完成一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)。最后, 完成整個(gè)應(yīng)用程序的創(chuàng)建。總之, LabVIEW是一種易于理解和掌握的非常理想的虛擬儀器開發(fā)工具, 它提供了一個(gè)理想的編程環(huán)境, 采用LabVIEW 編程可大大節(jié)省開發(fā)時(shí)間, 而運(yùn)行速度卻幾乎不受影響。2.2.3 LabVIEW 平臺(tái)設(shè)計(jì)諧波測(cè)量分析系統(tǒng)測(cè)試的目的在于獲取被測(cè)對(duì)象的性能、狀態(tài)或特征，所以信號(hào)采集只是測(cè)試工

27、作的第一步。信號(hào)的分析和數(shù)據(jù)處理是構(gòu)成測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分，常用的分析方法可以分為數(shù)學(xué)分析和數(shù)字信號(hào)處理兩大類。LabVIEW 提供了內(nèi)容豐富、功能強(qiáng)大的分析節(jié)點(diǎn)，配合出色的數(shù)據(jù)顯示工具，可以完成復(fù)雜的信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理工作。課程設(shè)計(jì)用紙LabVIEW 的數(shù)字信號(hào)處理模板包括5個(gè)功能：信號(hào)產(chǎn)生、時(shí)域分析、頻域分析、濾波器和窗函數(shù)。我在做“諧波測(cè)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這個(gè)課題時(shí)，首先想到的就是運(yùn)用虛擬儀器中的LabVIEW 來進(jìn)行該課題的研究。2.3諧波測(cè)量分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖諧波測(cè)量分析.viConnector Pane 2.3.1前面板程序（Front Panel）2.3.2框圖程序（Block

28、 Diagram） 2.3.3流程圖：程序流程圖2.3.4諧波測(cè)量分析系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖 2.4諧波測(cè)量分析系統(tǒng)的工作原理及功能：由上面所示的框圖程序可以分析得出：整個(gè)框圖程序的上部分由一個(gè)整個(gè)的While 循環(huán)構(gòu)成。循環(huán)里面，左邊是一個(gè)通道的正弦信號(hào)發(fā)生器以模擬實(shí)際電流生成波形，可以達(dá)到這樣的要求：1、頻率范圍：0.001Hz 100KHz ； 2、幅值：0200A ，可選； 3、直流偏置：0100V ，可選；4、可調(diào)整幅值、相位、頻率；調(diào)整后無須重新啟動(dòng)；5、在產(chǎn)生的信號(hào)中可以加入高斯噪聲。中間以及右邊部分模擬測(cè)量低壓配電系統(tǒng)的基波電流，基波頻率，總畸變率THD 、thd ，231次各次諧波

29、電流含有率、直流含量等參數(shù)。并且可以對(duì)產(chǎn)生的正弦信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到相關(guān)的頻譜圖，所有測(cè)量分析的參數(shù)都可以系統(tǒng)前面板中進(jìn)行顯示，所產(chǎn)生的正弦信號(hào)及其頻譜圖要求分別進(jìn)行波形顯示。框圖程序的下面一小部分是使用Control 控件的局部變量來達(dá)到控制它的顯示時(shí)間的連續(xù)性的目的。 生成一個(gè)正弦信號(hào)。 加入噪聲。 諧波失真分析。 得出基本平均直流均方根。首先通過正弦波信號(hào)發(fā)生器模擬實(shí)際電流，并可調(diào)節(jié)幅值、相位、頻率，再產(chǎn)生一個(gè)高斯噪聲信號(hào)，并且將高斯噪聲的采樣信輸入點(diǎn)與正弦波信號(hào)的采樣并連一個(gè)輸入，然后將高斯噪聲與正弦信號(hào)相加得原始電流波形，接著進(jìn)行模擬測(cè)量低壓配電系統(tǒng)的基波電流，將電流原始波形通過諧

30、波失真分析得到基波頻率與THD 以及n 次電流諧波幅值，將n 次電流諧波幅值通過數(shù)組索引得基波分量與直流分量，將電流原始波形通過基本平均直流-均方 根 ，得到 周期性交流量方均根值，根據(jù)公式 f u n dn nI IT H D %100*22=以及r m sn nI It h d %100*22=得出thd 。根據(jù)公式%100*fundnn I I HRI =得出各次諧波含有率，為了得到231次各次諧波電流含有率，課程設(shè)計(jì)用紙 將各次諧波通過一個(gè) for 循環(huán) 以及 case 結(jié)構(gòu) ，將 for 循環(huán)的 i 加 2 再 加到數(shù)組索引端，case 結(jié)構(gòu)的分支選擇器標(biāo)簽改為數(shù)字 231，將數(shù)組索

31、引的輸出接入 case 結(jié) 構(gòu)輸出結(jié)果，最后將 n 次電流諧波幅值接創(chuàng)建波形函數(shù) 的 Y 端，生成新的頻譜圖。最后將 總的程序框圖放入一個(gè) while 循環(huán) 。通過 stop 按鈕即可進(jìn)行諧波測(cè)量分析。 第 16 頁 課程設(shè)計(jì)用紙 第3章 課程設(shè)計(jì)個(gè)人小結(jié) 章 通過這次課程設(shè)計(jì)，我收獲了很多，一方面學(xué)習(xí)到了許多以前沒學(xué)過的專業(yè)知 識(shí)與知識(shí)的應(yīng)用，另一方面還提高了自己動(dòng)手做項(xiàng)目的能力。本次課程設(shè)計(jì)，是對(duì) 我能力的進(jìn)一步鍛煉，也是一種考驗(yàn)。從中獲得的諸多收獲，也是很可貴的，是非 常有意義的。 在課程設(shè)計(jì)中我學(xué)到了許多新的知識(shí)。首先，對(duì) LabVIEW 結(jié)構(gòu)與應(yīng)用有了系統(tǒng) 的認(rèn)識(shí)，對(duì)軟件測(cè)試，圖形顯

32、示，數(shù)據(jù)采集有了深刻的認(rèn)識(shí)和掌握。通過后期的項(xiàng) 目，我對(duì)前期學(xué)到的知識(shí)，有了更好的掌握，能夠熟練應(yīng)用系統(tǒng)的一些函數(shù)、并復(fù) 習(xí)了一些知識(shí)，不僅加深了對(duì)已掌握知識(shí)的理解，還解決了困惑我許久的一些似懂 非懂的知識(shí)，是一個(gè)讓我把書本上的理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐中的好機(jī)會(huì)，原來，學(xué)的 時(shí)候感嘆學(xué)的內(nèi)容太難懂，現(xiàn)在想來，有些其實(shí)并不難，關(guān)鍵在于理解，而實(shí)踐做 項(xiàng)目則是幫助理解的最好導(dǎo)師。 在這次課程設(shè)計(jì)中還鍛煉了我其他方面的能力，提高了我的綜合素質(zhì)。首先， 它鍛煉了我做項(xiàng)目的能力，提高了獨(dú)立思考問題、自己動(dòng)手操作的能力，在編寫調(diào) 試運(yùn)行程序的過程中， 復(fù)習(xí)了以前學(xué)習(xí)過的知識(shí)， 并掌握了一些應(yīng)用知識(shí)的技巧等。 在

33、課程設(shè)計(jì)過程中， 老師對(duì)我們親切認(rèn)真負(fù)責(zé)， 很有耐心的解決我們遇到的難題。從 她身上我看到了認(rèn)真，負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)，細(xì)心的工作態(tài)度，以及對(duì)教育工作 的極大熱誠(chéng)。同時(shí)她也給了我們一些寶貴的工作經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)，都是學(xué)校里的一 些老師很少提到的。這些可貴的教學(xué)精神，就是我們的榜樣，是十分值得我們大家 去學(xué)習(xí)的。 VI 技術(shù)經(jīng)過十余年的發(fā)展，正沿著總線與驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)化、硬/軟件的模塊 化， 以及編程平臺(tái)的圖形化和硬件模塊的即插即用(Plug&Play化等方向發(fā)展。 現(xiàn)在， VI 技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用已非常普及， 而我國(guó)基本上還處于傳統(tǒng)測(cè)試儀器與計(jì)算機(jī) 互相分離的狀態(tài)。因此，從引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的 VI 技術(shù)和產(chǎn)品入手，大力推廣 VI 的應(yīng) 用，無論對(duì)加速發(fā)展我國(guó)自己的電子儀器工業(yè)，還是提高我們的測(cè)試水平都是有益 的。本課題中系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)采用虛擬儀器技術(shù)的思想，選擇開放式的 LabVIEW 虛 擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)，將 LabVIEW 軟件引入到諧波測(cè)量分析系統(tǒng)中，能模擬測(cè)量低 壓配電系統(tǒng)的基波電流，基波頻率，總畸變率 THD、thd，231 次各次諧波電流含 有率等參數(shù)。 可以看出 LabVIEW 是一種功能強(qiáng)大且易學(xué)易用, 操作簡(jiǎn)單, 對(duì)電力系 統(tǒng)的電壓電流中的諧波監(jiān)測(cè), ,能很好的適應(yīng)現(xiàn)代諧波測(cè)量的要求。 有著極