基于虚拟仪器的计算机控制实验系统.docx

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1、基于虚拟仪器的计算机控制实验系统ronggang导语：本文介绍了计算机控制实验系统的开发及研究。在该系统硬件构成中，采用加热炉作为控制对象，试验仪器，线路板，数据收集卡及PC机，实现了对计算机控制技术的理论教学系统的硬件环境配置摘要:本文介绍了计算机控制实验系统的开发及研究。在该系统硬件构成中，采用加热炉作为控制对象，试验仪器，线路板，数据收集卡及PC机，实现了对计算机控制技术的理论教学系统的硬件环境配置。实验系统软件采用虚拟仪器VirtualInstruments,VI技术，开发环境是美国国家仪器公司NationalInstruments，NI推出的虚拟仪器应用软件开发平台LabVIEW7.

2、0。系统投入使用后获得良好的教学效果。关键词:虚拟仪器PCL-818LabVIEWAbstract：InthispapertheexperimentSystemforThecourseofcomputercontrolareintroduced.Theexperimentsystemismadeupofcontrolobject,testinstrument,connectionboard,dategathercardandcomputer.TheexperimentsystemsoftwarebasedonLabVIEW7.0andPCL-818Lisdevoleped.Thenewmodu

3、larizationsystembasedontheplatformofvirtualinstrumentisestablished.Agoodteachingeffecthasbeenbroughtaftertheexperimentsystemforthecourseofcomputercontrolhadbeenapplied.Keywords：virtualinstrument;PCL-818;LabVIEW（）计算机控制技术）是我国高等院校各类自动化、电子与电气工程、计算机应用、机电一体化等专业的专业主干课程。为了配合本课程的理论教学，加强学生对本课程的感性认识，进步学生的创新理论才

4、能，我校从2003年度开场研究开发相应的试验系统，2004开场组装调试试用，2005年度正式投入试验教学。2试验装置功能介绍考虑到在（）计算机控制技术）理论教学中，学生对计算机控制的硬件系统构成缺乏感性认识，对控制器的控制算法及相关参数的选择缺乏理论的时机，我们在做系统开发时详细深化研究教材及教学大纲，确立本试验装置应具备功能如下：可以开展计算机输入输出技术的试验;可以进展试验法确定控制对象数学模型的试验;可以开展数据处理试验;可以进展控制算法试验。可以开展综合控制试验。3试验装置系统主要硬件组成实验系统由信号发生器、温控炉、试验接线印刷板、数据收集卡、计算机等组成如图1所示。3.1系统所需电

5、源系统中温控炉、试验印刷板所需直流电源由信号发生器供应。试验系统中所需直流电源范围为12V,10V,5V.其中12及5V为温控炉测量转换电路所需电源;10V提供应数据收集卡作A/D转换试验使用;温控炉加热所需220V电源直接由试验台供应。3.2温控炉控制原理及电路实现温控炉主控电路如图2所示。在加温前，先有计算机键盘或者鼠标通过虚拟仪器输入温度给定值，上电后温控炉内的检测元件检测到实时温度后经试验板、数据收集卡作D/A变换，然后送到计算机进展数据处理。处理完毕后将处理好的控制信号经数据收集卡送到印刷接线板，由印刷接线板送出到温控炉的控制线路板上CONTROLINPUT端子，通过此信号改变加热元

6、件功率，到达控温目的。温度信号的检测电路转换电路如图3所示。温度信号检测采用热敏电阻作测量元件，实时温度经过图2所示转换放大电路将温度信号变为-10V+10V的电压信号，通过实验板进入数据收集卡作A/D转换后，送入计算机作数据处理。图2中，W1为调零电位器。3.2PCL-818数据收集卡本系统采用了研华科技的PCL818-B数据收集卡.PCL-818是一系列高性能、多功能DAS卡，可以提供五种最常用的测量和控制功能：100KHZ的12位A/D转换、D/A转换、数字量输入、数字量输出和可编程计数器/定时器,具有较强的数据收集、A/D转换、D/A转换、数字量输入输出、自动检测设定的通道和定时/计数

7、等功能,还带DMA的自动通道/增益扫描，具有较高的性价比。支持单端方式下16个数字量输入和16个数字量输出，差分方式下8个数字量输入和8个数字量输出。软件支持包括VisiDAQ3.1TM、ActiveDAQ、LabVIEWTM和Windows3.1/95/NT高速DLL驱动程序。4系统软件设计本系统软件设计采用虚拟仪器VirtualInstruments,VI技术，VI是由用户利用一些根本硬件及软件编程技术组成的各种各样的仪器系统,它的功能是可由用户自己定义的。在VI的技术的支持下,用户可以随心所欲地根据自己的意愿,设计自己的仪器系统。它集成测量计、记录、信号分析、控制等功能于一体,在同一根本

8、硬件上配置不同的软件而实现。本系统的开发环境是美国国家仪器公司NationalInstruments，NI推出的虚拟仪器应用软件开发平台LabVIEW7.0,LabVIEW是一个基于图形化编程语言G语言的虚拟仪器开发环境,它提供了一种全新的编程方法,利用LabVIEW,可以通过交互式的图形化前面板来设计控制系统,例如:可以对几千种硬件设备GPIB、VXI、PXI、RS232、RS485、PLC、插入式数据收集卡等进展数据收集;可以通过网络、交互应用通讯和构造化查询语言SQL等方式与其他数据源相联;可以利用其功能强大的数据分析程序对原始数据进展分析,得到有意义的结果并加以显示输出。4.1仪器驱动

9、程序仪器驱动程序主要用来初始化虚拟仪器,并设置特定的参数和工作方式,使虚拟仪器保持正常的工作状态。研华科技的PCL-818系列数据收集卡提供了LabVIEW的软件支持,所以,按照提示就可以完成该卡的驱动程序安装。各主要选项选择如下：BoardType：PCL-818LA/DChannelsConfiguration:8Differential4.2应用程序应用程序主要对输入计算机的数据进展分析和处理,定义虚拟仪器的功能。应用程序包括数据的收集和存储、波形的显示和回放、数据的处理。数据收集模块采用了Function模板/AllFunctions子模板/DataAcquisition子模板中的节点

10、来控制数据收集卡进展数据收集。在设计时要求系统能对多通道进展数据连续收集,所以必须有通道选择控制。LabVIEW中的Measurement&AutomationExplorer软件以阅读器的形式来配置收集设备及其通道。在使用相关功能时,可以配置设备的虚拟通道,在LabVIEW中进展编程时,直接指定这些虚拟通道的名称,就可以控制这些通道完成数据收集。在数据收集程序中,主要控制数据收集的通道、采样点数及扫描频率等各种参数。系统信号的采样点数及扫描频率用户可以根据不同信号的要求手动在前板上设置。在试验系统开发中,要求对收集数据的进展显示、处理,还要进展保存,实现离线的数据分析。本系统采用的是电子表格

11、文件SpreadsheetTextFile来存储信号波形。该系统还能把任意一种试验数据备份到指定的位置。在已知备份文件的目录的前提条件下,可以通过数据模拟再现的功能把以前的数据调出来进展研究、分析。为了配合教学，在软件系统设计时还应用了LabVIEW中分析信号和系统的环境。例如经典控制理论中的PID算法、信号分析的曲线拟合、傅立叶变换、数字滤波等功能;热敏电阻的非线性温度特性的曲线拟合等等。此外，可以利用其信号发生器生成了典型测试信号，如脉冲、阶跃、正弦等，对系统性能进展仿真分析。其G语言框图程序如图4所示。align=center图4恒温控制的框图程序/align4.3前面板程序前面板程序与

12、真实的物理仪器面板相似，用来提供虚拟仪器与用户的接口,用户可以通过键盘和鼠标对虚拟仪器面板上的开关,按钮等进展各种操作。本系统中加热炉恒温控制系统前面板如图5所示。align=center图5恒温控制系统前面板/align在前面板上，可以设置模拟通道、数据输出通道;设定控制参数如给定值、P、I、D参数值;可以利用按钮对系统的启动、停顿进展控制;可以显示实时温度曲线、历史温度曲线。5完毕语利用虚拟仪器技术开发的计算机控制试验系统,具有易于实际操作,功能定义灵敏,可扩展性强的优点。本试验系统已投入使用近一年度，在教学中，采用本系统后，极大的进步了学生学习该课程的兴趣，为学生学习抽象理论提供了一个可理论的环境，加强了学生对理论的感悟认识，同时也激发了学生创新的兴趣，获得了良好的教学效果。参考文献1李震，等.基于Labview测试音频功率放大器，微计算机信息,2006年度第22卷第4-2期2张毅,等.虚拟仪器技术分析与应用,北京:机械工业出版社,2004.3RoberH.BishopLabVIEW6i实用教程.北京:电子工业出版社2003.4李刚林,等.当代测控电路.北京:高等教育出版社.2004