基于单片机的电子钟设计

青岛大学毕业设计本科毕业论文(设计)题 目： 基于单片机的电子钟设计学 院： 机电工程学院专 业： 机械工程及自动化姓 名： 公 安青岛大学毕业设计指导教师： 杨 倩2016 年 5 月 8 日青岛大学毕业设计基于 STC89C52 单片机的电子钟设计The Design of Electronic Clock based on STC89C52 Micro-controller青岛大学毕业设计摘要电子钟主要是利用数字电路来实现时、分、秒计时显示的电气装置，相对于传统的机械钟，它显示的方式更为直观、可读性高。因其摒弃了传统的机械驱动模式，故而使用寿命更持久；而相对于石英钟的机芯驱动，电子钟计时更加准确。因此电子钟广泛应用于城市的公共场所，以及机场、车站、码头等地。目前国际上比较有名的电子钟品牌有：techno Line 电子钟、01TIME 品牌电子钟、漳州吉美电子钟等。本设计关键词： 虚拟仪器 LabVIEW 控制工程基础 实验系统AbstractVirtual instrument has the features of low cost, operability and a high degree of automation. This paper has done some thorough study about the virtual experiment system in the Basis of Control Engineering based on LabVIEW. Specifically, it describes the experiment development process of series correction, parallel correction, composite correction and the tip control of XY plotter. This paper aims to enable the students to have a better understanding of the system compensation module in experiments based on LabVIEW, which shows the control process of the system intuitionistically with its friendly interface and convenient operation. Keywords: Virtual instrument LabVIEW Mechanical Engineering Control Experiment system青岛大学毕业设计目录摘要 .1第 1 章 绪论 .11.1 课题的提出及意义 .11.2 国内外虚拟实验系统开发现状和发展趋势 .11.3 本文的主要研究内容 .2第 2 章基于 LABVIEW 的系统串联校正 .42.1 校正原理 .42.1.1 串联超前校正原理 .42.1.2 串联滞后校正原理 .42.1.3 串联滞后超前校正的原理 .52.2 程序子 VI 汇总 .62.3 串联校正系统的建立 .62.3.1 建立一个新的 VI .62.3.2 建立程序框图 .72.3.3 整理程序框图和前面板 .11第 3 章 基于 LABVIEW 的系统并联校正 .153.1 程序设计的子 VI 汇总 .153.2 并联校正系统的建立 .153.2.1 建立一个子 VI .153.2.2 建立系统程序框图 .16青岛大学毕业设计3.2.3 整理前面板和程序框图 .17第 4 章 基于 LABVIEW 的系统顺馈校正 .214.1 程序设计的子 VI 汇总 .214.2 顺馈校正系统的建立 .224.2.1 建立 vi .224.2.2 程序框图的建立 .224.2.3 整理前面板和程序框图 .24第 5 章 基于 LABVIEW 的 XY 绘图仪笔尖的控制 .285.1 程序设计的子 VI 汇总 .285.2 模拟 X-Y 绘图仪笔尖控制系统的建立 .285.2.3 建立一个子 vi .285.2.3 程序框图的建立 .285.2.3 整理前面板和程序框图 .32第 6 章 虚拟实验平台的建立 .356.1 主界面程序框图的设计 .356.2 主界面前面板的设计 .36第 7 章 设计工作总结 .37谢 辞 .38参考文献 .39青岛大学毕业设计(论文)1第 1 章 绪论1.1 课题的提出及意义控制在机电加工中起着非常重要的作用，自动控制原理作为机械专业和自动化专业学生的专业基础课程，要求学生对控制系统的分析和设计有一定的掌握。实验教学法在工科专业课程的学习中应用广泛，自动控制原理作为一门比较抽象的专业基础课程，在学习的过程中离不开实验。通过实验，学生可以更为直观的理解所学习的课程，并且掌握的更加深刻。实验的重要性已经基本上得到了广泛的共识，但是由于经费，场地等条件的限制，很多院校都无法提供传统实验方式所需要的条件。这种情况下，虚拟实验的优越性就体现出来了。虚拟实验是借助于图形/图像、仿真和虚拟现实等技术在计算机上所营造的可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环节 1。虚拟实验是以软件替代硬件, 在软件中将各种实验仪器以可视化器件的形式表现。这样，学生和老师都可以摆脱传统实验繁重的设备以及繁琐的操作步骤，仅仅通过鼠标和键盘就可以完成实验。虚拟实验可以较为有效的解决学校硬件设备不足，教学时间过短的问题，可以以一种新的教学方式来激发学生的学习兴趣，还能缓解院校经费不足，设备老化陈旧等问题，在很多情况下可以直接替代传统实验。因此虚拟实验系统开发对于提高教学质量、培养专业型人才有着巨大的促进作用。就机械控制的虚拟实验方面，主要是对于虚拟仪器 (Virtual Instrumentation，VI) 和网络技术的综合应用。虚拟仪器的组成包括硬件和软件两个基本要素。硬件是基础，软件是核心。目前流行的软件开发环境主要有两类:一类是用传统的编程语言，如 Visual C+、 Visual Basic 等;另一类是用图形化编程语言，如 LabVIEW、Matlab 等。与传统的编程语言相比，图形化编程语言具有着更良好的人机交流界面，更方便学生的学习和应用。就图形编程语言方面，Matlab 的虚拟实验系统可以用软件仿真实际硬件的大部分功能。可以解决目前机械控制实验中的一些问题，并在一定程度上提高了目前“机械工程控制基础”的教学效果。但是，由于 Matlab 的局限性无法达到锻炼学生动手能力和硬件调试能力的目的。另外，应用 Matlab 软件仿真必须对软件有足够的了解和青岛大学毕业设计(论文)2认识，不利于低年级学生的应用。所以，实验效果并不是很理想。1.2 国内外虚拟实验系统开发现状和发展趋势随着虚拟仪器技术以及网络的飞速发展，虚拟实验的应用越来越广泛了，而虚拟实验室的建立则成了虚拟实验系统发展的主流方向。“虚拟实验室(virtual lab) ”的概念是于 1989 年由美国弗吉尼亚大学(University of Virginia)的教授威廉沃尔夫 (William Wolf)率先提出的，它详细描绘了基于网络的虚拟实验室环境，致力于构筑一个综合了各类工具和技术的信息化、网络化的集成环境，在这个环境里， 用户可以有效地利用世界上的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源 2。美国作为首先提出虚拟仪器概念的国家，在雄厚财力的保障下在，该领域的研究已处于领先地位 3。其中，虚拟仪器系统及图形编程语言己成为理工科学生的一门必修课，具有相当高的普及程度 4。国外的一些大学己组建了具有智能化特征的虚拟实验室。通过网上虚拟实验室，能够在网络中仿真实训现场“身临其境” 的观察实验现象。其中较有代表性的如卡内基梅隆大学的 IrYdium 化学实验室、牛津大学的化学 vL、Ruhr 大学网络虚拟实验室、汉诺威大学的虚拟自动化工作平台等 5。目前在国内，只有部分高校初步建立了虚拟实验室（如图 1-1 和 1-2）。例如：清华大学利用虚拟实验仪器构建了汽车发动机检测系统；华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用；四川联合大学基于虚拟仪器的设计思路，研制了航空电台二线综合测试仪；中山大学、上海交通大学、武汉理工大学等一批高校也开发了一批虚拟仪器系统用于教学和科研 6。其中中山大学基于LabVIEW 和 ELVIS 建立了一批虚拟仪器系统用于进行数字温度控制实验、机械运动实验等；上海交大仪器科学与工程系结合 PXI、GPIB 、ELVIS 和 LabVIEW 进行关于视觉系统的设计与实现的科研；武汉理工大学自动化学院基于 MATLAB 语言的系统校正方法的仿真研究等。青岛大学毕业设计(论文)3图 1-1 中山大学虚拟实验室 图 1-2 上海交大虚拟实验室1.3 本文的主要研究内容 在 Lab VIEW 环境下创建一个机械工程控制基础的虚拟实验平台。其中包括以下三个实验模块：(1)系统串联校正模拟实验。通过给定三个不同的原系统，分析系统性能，设计串联校正装置，使系统满足一定性能指标要求。通过 3 个案例能够体现滞后校正，超前校正和滞后超前三种串联校正形式的特点。使学生对各种校正形式和相关参数的影响有更深刻的认识。(2)系统反馈校正模拟实验。(3)系统复合校正模拟实验。(4)X-Y 绘图仪记录笔位置控制系统设计。青岛大学毕业设计(论文)4第 2 章基于 LabVIEW 的系统串联校正2.1 校正原理校正是指在系统中增加新的环节，以改善系统的性能，实质是在原有系统中增加合适的校正装置，引进新的零点、极点以改变原系统的系统 Bode 图的形状，使其满足系统性能指标要求。校正是控制系统设计的基本技术，控制系统的设计一般都需通过校正这一步骤才能最终完成。控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置。2.1.1 串联超前校正原理为了获得最大的相位超前量，应使校正后的幅值穿越频率 ，从而使校正网络mc在 处产生的超前相位 弥补校正前系统相位稳定欲度的不足，这就是超前校正的mc m原理。超前校正的作用在于提高系统的相对稳定性和响应的快速性，但对稳定性能改善不大。超前校正环节传递函数模型为(2-1)1()TsGa如图 2-1，其中 。其中以原系统增益 K,衰减因子 和系统的时间常211(,)RaTC a数 T 作为输入控件，以系统校正前后的传递函数、BODE 图和阶跃响应图等为输出控件。通过相应的输出控件，可以直观的看出校正后系统的性能指标是否满足要求，若不满足，则需重新调整输入值，直至满足条件为止。从而使学生在实验过程中加深了对所学知识的理解，提高了动手能力并锻炼了学生们发现问题、分析问题和解决问题的能力。青岛大学毕业设计(论文)5图 2-1 超前校正2.1.2 串联滞后校正原理滞后校正的基本原理是利用滞后校正环节的高频幅值衰减特性，使校正后系统的幅值穿越频率（截止频率）下降，借助于校正前系统在该幅值穿越频率处得相位，使系统获得足够的相位裕度。滞后校正环节可以看作为是一个低通滤波器（信号的低频部分通过，高频部分被衰减）。滞后校正的主要作用在于，在基本不影响原有动态性能的前提下，提高系统的开环放大系数，从而显著改善稳态性能。滞后校正环节传递函数模型为(2-2)21()TsG如图 2-2，其中 。其中以原系统增益 K,参数 和系统的时间常数122(,)RTCT 作为输入控件，以系统校正前后的传递函数、BODE 图和阶跃响应图等为输出控件。通过相应的输出控件，直观的看出校正后系统的性能指标是否满足要求，若不满足，则需重新调整输入值，直至满足条件为止。从而加深学生对所学知识的理解，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。青岛大学毕业设计(论文)6图 2-2 滞后校正2.1.3 串联滞后超前校正的原理滞后-超前校正的基本原理是同时利用超前校正环节的特点和滞后校正环节的特点，达到全面提高系统的动态品质，使稳态精度、快速性和振荡性均有所改善。滞后校正环节传递函数模型为(2-3)1)()(21sTsGc如图 2-3，其中 。其中以原系统增益 K,参数 和系统的时1221(,)TRC间常数 和 作为输入控件，以系统校正前后的传递函数、BODE 图和阶跃响应图等为输1T2出控件。通过相应的输出控件，直观的看出校正后系统的性能指标是否满足要求，若不满足，则需重新调整输入值，直至满足条件为止。图 2-3 滞后超前校正青岛大学毕业设计(论文)72.2 程序子 VI 汇总表 2-1 串联校正子 vi 汇总子 VI 名称 作用 图标cd-Create Zero-Pole-Gain Model.vi 创建 ZPK 模型cd-Create Transfer Function Model.vi 创建 TF 模型cd-Draw Zero-Pole-Gain Equation.vi 绘制 ZPK 方程式cd-Draw Transfer Function Equation.vi 绘制 TF 方程式cd-Gain and Phase Margin.vi 输出 bode 图以及频域参数cd-Step Response.vi 绘制阶跃响应图cd-Series.vi 串联两类输入函数类型cd-Unit Feedback.vi 创建单位反馈2.3 串联校正系统的建立2.3.1 建立一个新的 VI启动 LabVIEW2013，如图 2-4 所示，使用快捷键 Ctrl+N，建立一个新的 VI。青岛大学毕业设计(论文)82.3.2 建立程序框图1.建立传递函数。在前面板中点击鼠标右键，依次选择控制设计与仿真 Control Design Create Model，选择 CD Create ZPK.vi 来建立 ZPK 模式的校正前传递函数。如图 2-5 所示。图 2-4 LabVIEW 启动图青岛大学毕业设计(论文)9图 2-5 建立校正前传递函数由于串联校正有超前校正、滞后校正和滞后超前校正三种方式，需建立选项卡来实现三种校正方式的选择。前面板右击鼠标，依次选择新式下拉列表与枚举菜单下拉列表，并右击下拉列表的控件选择属性编辑项，将三种校正方式添加进去，如图 2-6 所示。青岛大学毕业设计(论文)10图 2-6 编辑下拉列表然后切换到程序框图面板，右击依次选择编程结构条件结构，并将之前的下拉列表输出连接条件结构的选择分支器。然后在选择标签里添加 1，2 分支。0、1、2 分支分别为超前校正、滞后校正和滞后超前校正分支。利用控制设计与仿真 Control Design Model Construction 里的 cd-Create Transfer Function Model.vi 建立三种校方式里的传递函数。分别如图 2-7，图 2-8，图 2-9 所示。图 2-7 超前校正传递函数图 2-8 滞后校正传递函数青岛大学毕业设计(论文)11图 2-9 滞后超前校正传递函数在程序框图面板依次选择 cd-Step Response.vi、 cd-Unit Feedback.vi 、cd-Series.vi和 cd-Gain and Phase Margin.vi。并完成相应的连线以实现传递函数的建立，如图 2-10所示。图 2-10 传递函数最终建立2.创建显示控件。青岛大学毕业设计(论文)12在 cd-Draw Transfer Function Equation.vi 、cd-Gain and Phase Margin.vi 和 cd-Step Response.vi 三种子 VI 的相应连线端右击鼠标，在弹出的下拉菜单中选择创建显示控件，构建出所需的 BODE 图、阶跃响应图和传递函数图像显示等显示控件。如图 2-11 所示。图 2-11 创建显示控件3.设置返回键。在程序框图中右击选择编程结构while 循环，并将之前的全部圈到 while 循环中。新建一个停止布尔控件，将其连接到 while 循环的循环条件连线端上，在 while 循环外侧新建一条件结构，在真值条件右击依次选择函数编程应用程序控制调用节点，如图 2-12 所示。并如图 2-13 设置其类型为 VI。并单击方法，选择前面板关闭。青岛大学毕业设计(论文)13图 2-12 调用节点图 2-13 设置停止按钮2.3.3 整理程序框图和前面板受界面大小的限制以及视觉需要等方面影响，将程序框图中各输入输出控件以非图标的形式显示，并且整理连线图，整理之后的程序框图如图 2-14 所示。青岛大学毕业设计(论文)14图2-14整理后的程序框图 青岛大学毕业设计(论文)15由于屏幕显示空间的限制，前面板使用选项卡控件分页显示校正前后响应曲线，bode图来节省空间。前面板最终效果如图 2-15，2-16，2-17 所示。图 2-15 整理后的前面板 1图 2-16 整理后的前面板 2青岛大学毕业设计(论文)16图 2-17 整理后的前面板 3完成后使用快捷键 Ctrl 和 S 保存该 VI，并且命名为“串联矫正”，以便于后期整个实验平台的建立和调用。青岛大学毕业设计(论文)17第 3 章 基于 LabVIEW 的系统并联校正改善控制系统的性能，除了采用串联校正方案外，反馈校正也是广泛采用的校正方案之一。控制系统采用反馈校正后，除了能收到与串联校正同样的校正效果外，还能消除系统的不可变部分中为反馈所包围的那部分环节的参数波动对系统性能的影响。基于这个特点，当所设计的系统中一些参数可能随着工作条件的改变而发生幅度较大的变动，而在该系统中又能够取出适当的反馈信号，即有条件采用反馈校正时，一般来说，采用反馈校正是恰当的 7。如图 3-1，在反馈校正中，若 ，则成为位置（比例）反馈；()cGsK若 ，则成为速度（微分）反馈；若 ，则称为加速度反馈。()cGsK 2c图 3-1 并联反馈3.1 程序设计的子 VI 汇总表 3-1 并联校正子 vi 汇总子 VI 名称 作用 图标cd-Create Transfer Function Model.vi 创建 TF 模型cd-Draw Transfer Function Equation.vi 绘制 TF 方程式cd-Gain and Phase Margin.vi 输出 bode 图以及频域参数cd-Step Response.vi 绘制阶跃响应图cd-Feedback.vi 创建反馈青岛大学毕业设计(论文)183.2 并联校正系统的建立3.2.1 建立一个子 VI启动 LabVIEW2013，利用快捷键 Ctrl+N 建立一个新的 VI。3.2.2 建立系统程序框图1.建立传递函数。在前面板中点击鼠标右键，依次选择控制设计与仿真 Control Design Create Model，选择 CD Create Transfer Function.vi 来建立 TF 模式的校正前传递函数和矫正部分传递函数，并稍加修改，将部分不需要修改的输入控件转变为常量，如图 3-2 所示。图 3-2 传递函数建立Ctrl+E 切换到程序框图面板，在程序框图面板依次选择 cd-Step Response.vi、 cd Feedback.vi、 cd-Create Zero-Pole-Gain Model.vi 和 cd-Gain and Phase Margin.vi。并完成相应的连线以实现传递函数的建立，如图 3-3 所示。青岛大学毕业设计(论文)19图 3-3 传递函数2.创建显示控件在 cd-Draw Transfer Function Equation.vi 、cd-Gain and Phase Margin.vi 和 cd-Step Response.vi 三种子 VI 的相应连线端右击鼠标，在弹出的下拉菜单中选择创建显示控件，构建出所需的 BODE 图、阶跃响应图和传递函数图像显示等显示控件。如图 3-4 所示。图 3-4 创建显示控件3.设置返回键。在程序框图中右击选择编程结构while 循环，并将之前的全部圈到 while 循环中。青岛大学毕业设计(论文)20新建一个停止布尔控件，将其连接到 while 循环的循环条件连线端上，在 while 循环外侧新建一条件结构，在真值条件右击依次选择函数编程应用程序控制调用节点。并如图设置其类型为 VI。并单击方法，选择前面板关闭。3.2.3 整理前面板和程序框图受界面大小的限制以及视觉需要等方面影响，将程序框图中各输入输出控件以非图标的形式显示，并且整理连线图，整理之后的程序框图如图 3-5 所示。青岛大学毕业设计(论文)21图3-5 整理后的框图 青岛大学毕业设计(论文)22由于屏幕显示空间的限制，前面板使用选项卡控件分页显示校正前后响应曲线，bode图来节省空间。前面板最终效果如图 3-6，3-7，3-8 所示。图 3-6 反馈校正前面板 1图 3-7 反馈校正前面板 2青岛大学毕业设计(论文)23图 3-8 反馈校正前面板 3完成后使用快捷键 Ctrl 和 S 保存该 VI，并且命名为“并联矫正”，以便于后期整个实验平台的建立和调用。青岛大学毕业设计(论文)24第 4 章 基于 LabVIEW 的系统顺馈校正前面所讨论的闭环反馈系统，控制作用由偏差 产生，而 ，即闭()t1()()EsHs环反馈系统是靠误差来减小误差的。因此，从原则上讲，误差是不可避免的。顺馈校正的特点是不依靠偏差而直接测量干扰，在干扰引起误差之前就对它进行近似补偿，及时消除干扰的影响。因此，对系统进行顺馈补偿的前提是干扰可以测出。图4-1 所示的是一个单位反馈系统。其中图(a)是一般的闭环反馈系统， 。若要使()0Es，则可在系统中加入顺馈校正环节 ，如图(b)所示，加入 后，图(b)所()0Es()cGscG示系统的等效闭环传递函数为(4-1)1212()()()ocsiXssG当 时， =1，即 ，所以 ，这称为全补偿的顺馈校2()1()cGs()Gs()oiXs()0Es正。图 4-1 顺馈校正4.1 程序设计的子 VI 汇总表 4-1 顺馈校正子 vi 汇总子 VI 名称 作用 图标cd-Create Transfer Function Model.vi 创建 TF 模型(a) (b)青岛大学毕业设计(论文)25cd-Draw Transfer Function Equation.vi 绘制 TF 方程式cd-Gain and Phase Margin.vi 输出 bode 图以及频域参数cd-Step Response.vi 绘制阶跃响应图cd-Unit Feedback.vi 创建单位反馈cd-Add Model.vi 传递函数相加cd-Multiply Model.vi 传递函数相乘cd-Devide Model.vi 传递函数相除4.2 顺馈校正系统的建立4.2.1 建立 vi启动 LabVIEW2013，快捷键 Ctrl+N 建立一个新的 vi。4.2.2 程序框图的建立1传递函数的建立。由于顺馈校正比较复杂，直接建立其传递函数较为困难，因此我们采用其等效传递函数模型建立传递函数的框图。在前面板中点击鼠标右键，依次选择控制设计与仿真 Control Design Create Model，选择 CD Create Transfer Function.vi 来建立三个 TF 模式的传递函数，命名为 、 和 并稍加修改，将部分不需要修改的输入控件转变1()Gs2()cs为常量，如图 4-2 所示。青岛大学毕业设计(论文)26图 4-2 校正前传递函数快捷键 Ctrl+E 切换到程序框图面板，在程序框图面板依次选择 cd-Add Model.vi、 cd-Multiply Model.vi 、cd-Devide Model.vi、cd-Step Response.vi、 cd Feedback.vi、cd-Create Zero-Pole-Gain Model.vi 和 cd-Gain and Phase Margin.vi。并完成相应的连线以实现传递函数的建立，如图 4-3 所示图 4-3 顺馈校正传递函数的建立青岛大学毕业设计(论文)272.创建显示控件。在 cd-Draw Transfer Function Equation.vi 、cd-Gain and Phase Margin.vi 和 cd-Step Response.vi 三种子 VI 的相应连线端右击鼠标，在弹出的下拉菜单中选择创建显示控件，构建出所需的 BODE 图、阶跃响应图和传递函数图像显示等显示控件。如图 4-4 所示。图 4-4 创建显示控件3.设置返回键。在程序框图中右击选择编程结构while 循环，并将之前的全部圈到 while 循环中。新建一个停止布尔控件，将其连接到 while 循环的循环条件连线端上，在 while 循环外侧新建一条件结构，在真值条件右击依次选择函数编程应用程序控制调用节点。并如图设置其类型为 VI。并单击方法，选择前面板 关闭。4.2.3 整理前面板和程序框图受界面大小的限制以及视觉需要等方面影响，将程序框图中各输入输出控件以非图青岛大学毕业设计(论文)28标的形式显示，并且整理连线图，整理之后的程序框图如图 4-5 所示。青岛大学毕业设计(论文)29图4-5 顺馈校正最终框图 青岛大学毕业设计(论文)30由于前面板需要同时显示出系统校正前后的阶跃响应曲线和系统校正前后的 BODE图，受界面显示范围的限制，本文采用系统中的选项卡控件进行分层表示，具体设置如图 4-5， 4-6， 4-7 所示。图 4-5 顺馈校正前面板 1图 4-6 顺馈校正前面板 2青岛大学毕业设计(论文)31图 4-7 顺馈校正前面板 2完成后使用快捷键 Ctrl 和 S 保存该 VI，并且命名为“顺馈校正”，以便于后期整个实验平台的建立和调用。青岛大学毕业设计(论文)32第 5 章 基于 LabVIEW 的 XY 绘图仪笔尖的控制许多物理现象都可以由顺便或者缓变参数来描述。及时记录这些参数的变化，有利于事后的检查和分析，也有利于在未来的实验中进行参考和对比。为了满足及时记录的需要，人们发明了各样的记录仪器，比较典型的是 X-Y 绘图仪。X 轴方向的位移代表了时间变量或者其他感兴趣的变量，而 Y 轴方向的位移代表了另一个变量，它通常还是前一个变量的参数。由于绘图仪在两个轴上的运动机理完全一样，只要研究其中一个就可以，我们研究 Y 轴方向上的位置控制。假定电动机和记录笔的传递函数为(5-1)1()0)()Gss设计增益校正，超前校正，速度反馈校正三种校正方式。5.1 程序设计的子 VI 汇总表 5-1 X-Y 绘图仪子 vi 汇总子 VI 名称 作用 图标cd-Unit Feedback.vi 创建单位反馈cd-Create Zero-Pole-Gain Model.vi 创建 ZPK 模型cd-Draw Zero-Pole-Gain Equation.vi 绘制 ZPK 方程式cd-Parametic Time Response.vi 用于输出时域参数5.2 模拟 X-Y 绘图仪笔尖控制系统的建立5.2.3 建立一个子 vi启动 LabVIEW2013，快捷键 Ctrl+N 建立一个新的 vi。青岛大学毕业设计(论文)335.2.3 程序框图的建立1.传递函数的建立。在程序框图面板右击选择控制设计与仿真 Control Design Model Construction 里的cd-Create ZPK Model.vi、 cd-Unit Feedback.vi、cd-Create Zero-Pole-Gain Model.vi、cd-Draw Zero-Pole-Gain Equation.vi 和 cd-Parametic Time Response.vi。因为 X-Y 绘图仪的传递函数已经确定，所以直接创建常量就可以生成其传递函数。如图 5-1 所示。图 5-1 X-Y 绘图仪传递函数的建立由于需要在增益校正，超前校正，速度反馈校正中选择一个，切回前面板创建一下拉列表控件，并且将增益校正，超前校正，速度反馈校正添加到值中再切回框图面板创建条件结构，选择分支器连下拉列表控件。分支如图 5-2,5-3,5-4 所示，并连接其他的控件。青岛大学毕业设计(论文)34图 5-2 条件结构 1图 5-3 条件结构 2青岛大学毕业设计(论文)35图 5-4 条件结构 32.制作模拟 X-Y 绘图仪输出。如图 5-5，利用函数编程图形与声音图片函数里面的控件绘制笔尖以及输出曲线。创建笔尖的子 vi 如图 5-6 并保存以便后面引用。图 5-5 图片函数青岛大学毕业设计(论文)36图 5-6 绘制笔尖和曲线如图 5-7，建立函数实现 X-Y 绘图仪的笔尖绘图的动画。图 5-7 绘图动画3.设置返回键。在程序框图中右击选择编程结构while 循环，并将之前的全部圈到 while 循环中。新建一个停止布尔控件，将其连接到 while 循环的循环条件连线端上，在 while 循环外侧新建一条件结构，在真值条件右击依次选择函数编程应用程序控制调用节点。并如图设置其类型为 VI。并单击方法，选择前面板 关闭。5.2.3 整理前面板和程序框图受界面大小的限制以及视觉需要等方面影响，将程序框图中各输入输出控件以非图标的形式显示，并且整理连线图，整理之后的程序框图如图 5-8 所示。青岛大学毕业设计(论文)37图5-8 X-Y绘图仪笔尖控制程序框图青岛大学毕业设计(论文)38整理后的前面板如图 5-9 所示图 5-9 X-Y 绘图仪前面板完成后使用快捷键 Ctrl 和 S 保存该 VI，并且命名为“X-Y 绘图仪的笔尖控制”，以便于后期整个实验平台的建立和调用。青岛大学毕业设计(论文)39第 6 章 虚拟实验平台的建立6.1 主界面程序框图的设计主界面的设置应用到事件结构、While 循环和条件结构。事件结构用来判断是否进行VI 引用，通过创建相关路径通过条件结构判断引用哪个 VI。然后在 While 循环旁设置返回键用来终止引用，具体程序框图如图 6-1 所示。青岛大学毕业设计(论文)406.2 主界面前面板的设计由于本文所设计的虚拟实验平台是以教学为目的，为便于学生入手操作，界面追求简洁大方，因此本文设计的主界面如图 6-2 所示。图6-1 主界面程序框图 青岛大学毕业设计(论文)41图 6-2 主程序前面板青岛大学毕业设计(论文)42第 7 章 设计工作总结本次毕业设计从2014年3月初到2014年6月中旬，历时三个半月，在此期间里，通过网络查找以及到图书馆翻阅国内外各类与虚拟实验平台和机械控制理论相关的最新材料，并在杨老师的精心指导下，经过努力，完成了基于LabVIEW的工程控制基础虚拟实验系统开发- 系统校正与仿真 部分的结构设计。包括串联校正（超前校正、滞后校正、滞后- 超前校正）、并联校正、顺馈校正和X-Y绘图仪笔尖控制四个部分的程序结构设计和前面板调试。这次毕业设计是对我们大学四年所学知识的一个综合应用，通过理论与实践操作相结合，让自己对本专业有了一个更直接更深刻的了解，同时也让自己清楚的明白了自身的不足，并在最后的大学时间里进行了及时并有正对性的弥补，特别是加深了对控制理论的理解、初步的认识了虚拟仪器和 LabVIEW。在这次毕业设计中，我学到很多东西，最重要的就是学会了如何通过实践发现问题并解决问题，知道了书写论文的基本格式及注意事项，在杨老师的悉心教导下，我们的学习态度有了一个很大的转变，从原有的被动学习到积极主动的学习。另外，本次毕业设计还为我日后的工作和学习提供了宝贵建议。最后，由于时间原因和本人水平的关系，其中的错误或不妥之处在所难免，由衷希望各位老师和同学能够批评指正，本人会虚心接受并在今