現(xiàn)代控制工程基礎(chǔ)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究.pdf

1、“現(xiàn)代控制工程”是機(jī)械類專業(yè)的一門必修課程，其中狀態(tài)空間法的應(yīng)用，加深了人們對(duì)控制領(lǐng)域的一些重要問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，也使人們能較容易的解決多輸入一多輸出系統(tǒng)的問(wèn)題，并且提供了將線性定常系統(tǒng)中的結(jié)論推廣到復(fù)雜系統(tǒng)中的手段。但是在教學(xué)中學(xué)生很難掌握在其狀態(tài)空間中的數(shù)學(xué)模型一狀態(tài)方程。因此迫切需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式將抽象的理論可視化，加深學(xué)生對(duì)現(xiàn)代控制理論的理解。又鑒于現(xiàn)代控制理論主要依據(jù)的是狀態(tài)方程，并不能通過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但是隨著科學(xué)技術(shù)

2、的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和軟件工程技術(shù)的結(jié)臺(tái)開創(chuàng)了儀器儀表新的里程碑一虛擬儀器技術(shù)，所以我們可以借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的分析能力，構(gòu)建現(xiàn)代控制工程虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成實(shí)驗(yàn)。
　　 現(xiàn)代控制工程虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的軟件開發(fā)平臺(tái)為L(zhǎng)abVIEW 8.60和控制設(shè)計(jì)與仿真工具包。LabVIEW軟件是目前最流行的虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái)，它最大的特點(diǎn)就是采用了圖形化的編程方式。
　　 該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要是對(duì)現(xiàn)代

3、控制理論中的五個(gè)基本概念或者定理進(jìn)行了介紹和實(shí)驗(yàn)分析，包括現(xiàn)代控制理論的數(shù)學(xué)模型一狀態(tài)空間與古典控制理論的數(shù)學(xué)模型一傳遞函數(shù)之間互換的實(shí)驗(yàn)；實(shí)現(xiàn)線性連續(xù)系統(tǒng)的離散化的實(shí)驗(yàn)；根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程判定系統(tǒng)的能控性與能觀測(cè)性的實(shí)驗(yàn)；通過(guò)用極點(diǎn)配置法得到狀態(tài)反饋矩陣和帶觀測(cè)器的狀態(tài)方程的實(shí)驗(yàn)；依據(jù)李亞普諾夫穩(wěn)定性理論判定系統(tǒng)平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)。最后通過(guò)對(duì)實(shí)際的APC系統(tǒng)的分析進(jìn)一步展示了現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用。
　　 在總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，

4、由于該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)需要包含的內(nèi)容很多，所以采用了子面板技術(shù)，通過(guò)事件結(jié)構(gòu)和按鈕的結(jié)合完成子程序的調(diào)用。并且通過(guò)枚舉常量、隊(duì)列控件和while循環(huán)的移位寄存器的結(jié)合解決了調(diào)用不同子程序時(shí)的沖突問(wèn)題。另外在如何調(diào)用子程序的設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化調(diào)用的路徑，還采用了一系列的創(chuàng)建路徑、拆分路徑等函數(shù)。最后為了使得界面美觀，設(shè)置了窗口的屬性及不同控件的顯示顏色和顯示方式。
　　 在各個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中均采用了控制設(shè)計(jì)與仿真工具包中一系列的VI程序，

5、例如在數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)中采用“Convert to state-space Model VI”和“Draw state-space Equation VI”實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)向狀態(tài)方程的轉(zhuǎn)換。
　　 該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單且易操作，完全配合了《現(xiàn)代控制工程》的教學(xué)課程?，F(xiàn)在已經(jīng)開始應(yīng)用到教學(xué)中，并收到r良好的教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果。學(xué)生們不僅從其中的各個(gè)實(shí)驗(yàn)部分更深的了解了那些枯燥的數(shù)學(xué)理論，而且加強(qiáng)了他們的感性認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)習(xí)興趣。
　　 另