計算機(jī)控制虛擬教學(xué)實驗系統(tǒng)的研究.pdf

1、《計算機(jī)控制系統(tǒng)》是機(jī)械類機(jī)電專業(yè)的一門必修課程，其研究對象為線性或近似線性的離散系統(tǒng)。在研究該系統(tǒng)物理模型過程中，首先需要解決其數(shù)學(xué)描述、模型建立以及分析工具的問題，但在實際教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生較難理解計算機(jī)控制理論的數(shù)學(xué)模型——脈沖傳遞函數(shù)，所以迫切的需要增加實驗環(huán)節(jié)，將枯燥的理論知識進(jìn)行可視化，增加學(xué)生對計算機(jī)控制理論的感性認(rèn)識，提高學(xué)習(xí)效果。然而搭建計算機(jī)控制系統(tǒng)的實驗平臺，需要購買特定的實驗儀器，這將大大地增加教學(xué)成本。但隨著

2、科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，一種綜合了計算機(jī)技術(shù)、軟件工程技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)的虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，提供了新的解決途徑。我們可以運(yùn)用計算機(jī)強(qiáng)大的計算功能和圖像處理能力，建立起計算機(jī)控制虛擬實驗系統(tǒng)完成教學(xué)實驗。
　　計算機(jī)控制虛擬實驗系統(tǒng)選用了虛擬儀器編程軟件LabVIEW2010作為開發(fā)環(huán)境，并結(jié)合使用了控制設(shè)計與仿真工具包和PID和Fuzzy Logic工具包，利用該軟件在圖形化編程方式以及交互式仿真方面的優(yōu)勢，完成虛擬實驗系統(tǒng)的開

3、發(fā)。
　　該教學(xué)虛擬實驗系統(tǒng)針對《計算機(jī)控制系統(tǒng)》課程中所涉及的基本概念和理論定理進(jìn)行介紹和實驗分析。包括香農(nóng)時域采樣定理的演示實驗，實現(xiàn)線性連續(xù)系統(tǒng)離散化的實驗，根據(jù)脈沖傳遞函數(shù)判定系統(tǒng)穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)特性以及動態(tài)特性的驗證實驗，數(shù)字控制器設(shè)計方法的介紹實驗，以及PID位置控制器、最小拍控制器的算法設(shè)計實驗;最后以采煤機(jī)滾筒調(diào)高控制系統(tǒng)、車床進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)和雙容水箱液位控制系統(tǒng)為例，展示了計算機(jī)控制理論的應(yīng)用。
　　在系統(tǒng)的

4、總體設(shè)計過程中，由于該虛擬實驗系統(tǒng)包括了多個子實驗內(nèi)容，為了避免各個模塊運(yùn)行時發(fā)生沖突，所以主程序采用了基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式的整體架構(gòu)，并運(yùn)用了子面板技術(shù)和動態(tài)調(diào)用VI技術(shù)，解決各個實驗前面板在主程序界面的載入和顯示問題。另外通過設(shè)置窗口顏色顯示屬性以及優(yōu)化控件之間的布局，美化系統(tǒng)操作界面。
　　該虛擬實驗系統(tǒng)配置要求低、操作簡單容易，并完全配合《計算機(jī)控制系統(tǒng)》的教學(xué)內(nèi)容，其展示的結(jié)果和曲線都是根據(jù)輸入的參數(shù)計算獲得，在可視性