虚拟仪器导论
实验报告
目录
一．实验目的
二．实验原理
2.1 一阶系统状态空间表达式
2.2 四阶龙格—库塔法
2.3 PID控制算法
三．实验内容
四．实验报告
4.1一阶系统仿真前面板
4.2 一阶系统仿真程序框图
五．实验分析
5.1 一阶系统特点
5.2 PID参数对控制系统性能的影响
5.3 PID参数整定方法
六．实验总结
实验二 LabVIEW基本程序设计
一、实验目的
(1) 熟悉LabVIEW 8.5开发环境；
(2) 掌握LabVIEW编程语言的程序结构和图形控件的使用方法；
(3) 掌握LabVIEW编程环境的程序调试方法；
二、实验原理与内容
已知一阶系统状态空间表达式
x y
u x
x =
+ -
=2
2.0
编程时可采用4阶龙格-库塔算法求解上述方程:
K1 = -0.2*X(k)+2*u(k);
K2 = -0.2*(X(k)+0.5*T*K1)+2*u(k);
K3 = -0.2*(X(k)+0.5*T*K2)+2*u(k);
K4 = -0.2*(X(k)+T*K3)+2*u(k);
X(k+1) = X(k)+(K1+2*K2+2*K3+K4)*T/6;
Y = X(k+1);
控制算法可采用增量式PID控制算法:
du = Kp*(e(k)-e(k-1))+T/Ti*e(k)+Td/T*(e(k)-2*e(k-1)+e(k-2));
u(k) = u(k-1)+du;
本实验要求基于LabVIEW编程环境，针对上述一阶系统进行控制仿真。通过控制系统仿真，分析一阶系统的特点和各个PID参数对控制系统性能的影响。
三、实验报告
（1）简述实验目的及实验原理。
（2）完成实验内容，并附上前面板和程序框图。
（3）分析一阶系统特点和各PID参数对控制系统性能的影响，总结PID参数整定的方法。
（4）总结在编程过程中遇到的问题、解决办法。
图2-1 实验二的前面板
图2-2 实验二的程序框图四、实验报告
图1一阶系统仿真前面板
图2一阶系统仿真程序框图五．实验分析
（1）一阶系统特点
其反应较慢，从稳定到不稳定所需时间较长，容易受到其他干扰的影响，测试精度较差，可以通过加大输入作用幅值来提高其精度。
（2）PID参数对控制系统性能的影响
比例作用可以提高系统响应快速性，对于静态性能还可以减小余差；积分作用主要用于消除余差，但是不能太强；微分作用能够超前调节，可以减小动态偏差。
（3）PID参数整定方法
可以使用“衰减曲线法”即4:1衰减曲线法。首先结合当前值给出一合适的设定值SV，然后将TI设为无穷大，TD设为0，比例系数设置为一合适值，然后运行，使其自动调节，由大到小适当改变比例系数，直至出现输出曲线4：1衰减过程为止。
六．实验总结
此次实验主要是在熟悉labview的开发环境和初步操作的基础上，掌握其编程语言的程序结构和图形控件的使用方法；同时也要掌握labview编程环境的程序调试方法；
我们首先新建一个VI，然后按照实验要求对题中一阶系统进行控制仿真，需要用到循环结构，程序编辑结构，波形图表，探针等控件。然后通过设定PID参数来观察图像，分析一阶系统的特点，同时要总结PID参数的整定。
实验中主要遇到以下几个问题：
（1）编辑公式时要细心，由于粗心大意，导致了几处错误，还好最后都发现并改正了。（2）注意选用波形图表来作为显示控件而非波形图，因为波形图表具有实时性。
（3）注意数值类型匹配，改成双精度型。
（4）注意探针的使用，可以用来查看相关数据值。
通过此次实验，再次加深了我对labview的熟练程度，同时能够使用程序结构等多种结构，也掌握了基本调试方法。
