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虚拟器毕业论文-范文.doc

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虚拟器毕业论文-范文.doc

虚拟仪器在信号处理和教学实验中的应用摘要本文介绍了LabVIEw图形化软件设计的虚拟仪器在信号处理和电机性能测试中的应用。该仪器具有采集、数据处理分析、结果显示、网络化等功能,用于测试时,能马上给出测量系统特性曲线,还可将输出波形/数据加以保存以便查阅或打印。同时在实验过程中省去了繁杂的记录数据、输人数据等中间过程,仪器网络化的实现,不仅解决了高校仪器投资成本高的问题,而且提高了我们的积极性和实验的灵活性,充分体现了该虚拟仪器的优越性。针对测试技术课程实验教学设备不足、概念抽象、计算繁杂等困难,基于目前兴起的虚拟仪器技术,设计了信号处理计算机模拟实验系统。该系统应用于实验教学,效果显著。关键词虚拟仪器数据处理网络化LabVIEWPCI一6013目录0引言..........................................................................................................................11虚拟仪器的概念.......................................................................................................21.1虚拟仪器的4大优势..................................................................................21.2什么是LabVIEW........................................................................................31.3虚拟仪器技术的应用领域..........................................................................41.4小结..............................................................................................................42虚拟仪器用于信号处理...........................................................................................53虚拟仪器用于电机测试...........................................................................................73.1频率、功率因数及输入功率的计算..........................................................73.1.1频率的计算....................................................................................73.1.2有功功率的计算............................................................................73.1.3转差率计算....................................................................................83.2虚拟仪器面板设计......................................................................................84测试仪器的网络化.................................................................................................115在实验教学中的应用.............................................................................................136结论........................................................................................................................14参考文献......................................................................................................................15致谢........................................................................................................................16虚拟仪器在信号处理和教学中的应用10引言测试技术、计算机技术、通信技术、网络技术的快速发展,使得测控仪器的性能更趋于向智能化、多功能化、多样化、灵活性强的方向发展,然而成本也是设计、购买仪器所必须考虑的一个问题,因此在充分保证仪器性能的前提下应将成本降到最低。虚拟仪器技术的出现为解决这一问题提供了有利条件,虚拟仪器是具有虚拟仪器面板的个人计算机测试仪器,可由通用PC机,模块化功能硬件和控制软件组成,具有良好的直观性、较强的代码复用性,修改或增加功能灵活,易于实现网络化。操作人员通过显示屏上的虚拟仪器面板,完成对各种被测信号的采集与控制、分析与处理、显示与输出。目前,高校学生人数大大增多,以往的实验仪器已经远远不能满足需求,而要增强学生的动手与实践能力,必须为学生提供良好的实验条件,但大量的设备投资成本又是面临的一大问题,而将虚拟仪器技术用于实验可增强学生的积极性、趣味性、实验的灵活性,同时大大降低成本,如今虚拟仪器技术用于数据采集和实验中已经成为一大趋势。NI公司的LabVIEw及其技术在中国的推广为创建虚拟仪器提供了强有力的支持,它是一种图形化软件编程平台,把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能,并用线条把各种功能图标连接起来的简单编程方式。LabVIEw中集成了大量生成图形界面的模块,以及多种硬件设备驱动功能包括RS232,GPIB,VXI,数据采集板卡、网络等,提供了功能强大的数学分析库,包括统计估计、回归分析、线性代数、信号生成算法口等,可满足信号处理和电机试验中各种数值计算和分析的需要,使复杂的测试与测量任务变得简单易行。虚拟仪器在信号处理和教学中的应用21虚拟仪器的概念所谓虚拟仪器,就是在以计算机为核心的硬件平台上,配合相应的输入/输出接口,具有计算机显示器的虚拟面板,信号处理功能则由软件来实现的一种计算机仪器系统其突出特点是打破了传统仪器的封闭性,把仪器的绝大部分硬件变成计算机上的文件用户可以自行定义、自行设计、自行组建自己需要的仪器,并可将组建的多种仪器存放在计算机的仪器库中,配以数据通信卡和传感器,构成功能、性能、外观和操作方式都和传统仪器相同或超过传统仪器功能的新概念仪器系统。虚拟仪器的实质就是利用计算机强大的软件功能实现信号调理及数据的运算、分析和处理,利用相应接口设备完成信号的采集、输入/输出,从而完成各种仪器功能。决定虚拟仪器超越传统仪器的根本原因,在于虚拟仪器的关键是软件。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命,表着仪器发展的最新方向和潮流,是信息技术的一个重要领域,对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响目前最具代表性的虚拟仪器系统是美国NI公司NationalInstrumets的图形化开发平台LabVIEWLaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench。1.1虚拟仪器的4大优势一、性能高虚拟仪器是在PC技术的基础上发展起来的,所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点,包括功能超卓的处理器和文件I/O,使您在数据导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。随着数据传输到硬驱功能的不断加强,以及与PC总线的结合,高速数据记录已经较少依赖大容量的本地内存。以一台60G的示波器为例,在采用虚拟仪器技术的情况下,构建这样一台示波器是相当简单的,只要将一台基于PC的数字转换器放置在PC机中,就能以高达每秒100MB的速度将数据导入磁盘。虚拟仪器技术的另一突出优势就是不断提高的网络带宽。因特网和越来越快的计算机网络时的数据分享进入了一个全新的阶段,将因特网和NI的软硬件产品相结合,您就能够轻松地与地球另一端的同事共享测量结果,分享天虚拟仪器在信号处理和教学中的应用3涯若比邻的便捷。二、扩展性强NI的软硬件工具使得工程师和科学家们不再圈囿于当前的技术中。得益于NI软件的灵活性,只需更新您的计算机或测量硬件,就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进您的整个系统。在利用最新科技的时候,您可以把它们集成到现有的测量设备,最终以较少的成本加速产品上市的时间。三、开发时间少在驱动和应用两个层面上,NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作,同时还提供了灵活性和强大的功能,使您轻松地配置、创建、部署、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。四、完美的集成虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂,工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求,但是这些不同设备间的连接和集成总是耗费大量时间,不是轻易可以完成的。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口,例如数据采集、视觉、运动河分布式I/O等等,帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统,减少了任务的复杂性。为了获得最高的性能、简单的开发过程和系统层面上的协调,这些不同的设备必须保持其独立性,同时还要紧密地集成在一起。NI的结构可以使开发者们快速创建测试系统,并随着要求的改变轻松地完成对系统的修改。得益于这一集成式的构架带来的好处,您的系统可以更具竞争性,因为您可以更高效地设计和测试高质量的产品,并将它们更快速地投入市场。1.2什么是LabVIEWLabVIEW是美国NationalInstrumentCorporation公司研制的图形编程虚拟仪器系统。主要包括数据采集、控制、数据分、数据表示等功能,它提供一种新颖的编程方法,即以图形方式组装软件模块,生成专用仪器。LabVIEW由面板、流程方框图、图标/连接器组成,其中面板是用户界面,流程方框图是虚拟仪器源代码,图标/连接器是调用接口CallingInterface。流程方框图包括输入/虚拟仪器在信号处理和教学中的应用4输出(I/O)部件、计算部件和子VI部件,它们用图标和数据流的连线表示I/O部件直接与数据采集板、GPIB板、或其他外部物理仪器通信计算部件完成数学或其他运算与操作子VI部件调用其他虚拟仪器1.3虚拟仪器技术的应用领域虚拟仪器不但可以完成几乎所有传统仪器的功能,而且其功能比传统仪器更为先进。如网络化仪器、一机多用、实时更换更新,在信号调理、数据分析、数据存储、数据显示等多个方面,都具有传统仪器无法相比的优越性。虚拟仪器有广泛的应用范围,其中最典型的是信号测试及信号处理领域。探讨虚拟仪器应用于教学的方式,可弥补有关教学、实验环节的相关不足,使虚拟仪器的强大功能在在教学领域进一步获得应用1.4小结虚拟仪器是当前国内外刚刚起步的研究领域,许多高技术公司和研究所都看好这一市场应用前景,纷纷投入大量的人力、物力和财力,加紧开发与研究。虚拟仪器是多媒体计算机的一个重要应用领域,是多学科交叉、渗透的产物,其中浓缩了许多高、精、尖的科学技术。虚拟仪器不是仪器却高于仪器,它大大缩短了新型仪器的开发周期,节省了仪器开发的费用,它不仅是开发仪器的工具,而且也是进行科学研究的有力手段。虚拟仪器是仪器计算机化的产物,是集成化仪器的基础,是仪器行业的一场革命,它的研制与开发具有深远虚拟仪器在信号处理和教学中的应用52虚拟仪器用于信号处理信号处理是测试的一个重要环节,只有通过这个环节才能获取反映被测对象状态和特征的明确信息,这也是能充分体现虚拟仪器在测试中巨大优势的一个环节嘲,其系统图如图1所示。图1信号处理系统图信号发生器可为以后的各个实验提供一个信号源,LabvIEw中的SerialGeneration.vi模板中有一组vI可产生各种常见波形信号,可方便快捷地构造一台多通道信号发生器,但使用时,设置的输人数字频率,应满足ffa/updaterate其中fa是输入信号的模拟频率。频率响应函数是描述测试系统动态特性的重要参数,它是系统输出与输入的傅立叶变换之比,用LabvI的TransferFunction.vi可以计算频率响应函数。它返回两个参数,一个是频率响应函数的模frequencyresponseMag,即被测系统的幅频特性另一个是频率响应函数的幅角frequencyresponsephase,即被测系统的相频特性。LabvIEIW开发环境内有大量的数字滤波vI,在实验中常选比较有典型意义的巴特沃斯Butterworth和切比雪夫Chebyshev滤波器。根据选频要求分别将它们设置为低通、高通、带通和带阻型滤波器。实验时用冲激函数ImpulsePattern.vi作为系统激励信号,它具有无限宽广的频谱,用各种数字滤波器作为测试系统。这样既掌握了频率响应函数的测试方法,又了解了各种数字滤波器的频率响应特性。进行相关函数实验时,信号发生器将正弦波信号与白噪声信号迭加在一起送出,实验系统利用数字滤波器的选频作用得到各种典型信号,然后进行自相关分析。进行互相关函数实验时信号发生器由两个信道送出正弦波信号,在程序运行中调整它们的频率和相

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