LabVIEW课程设计Word文件下载.docx

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组长签字：

成绩

日期

20年月日

课程设计任务书

学院

信息科学与工程学院

基于LabVIEW单摆程序设计与实现

实践教学要求与任务:

1．熟悉LabVIEW的基本原理；

2．设计、组装单摆程序；

3．在LabVIEW环境中仿真实现；

4．运行、调试单摆程序；

5．对单摆程序进行结果验证及分析；

工作计划与进度安排:

12月1日熟悉设计任务、查阅资料、进行原理分析及可行性论证

12月2日~3日组装、调试单摆程序（软件：

在LabVIEW环境中仿真实现单摆程序）

12月4日验收、答辩、提交报告

指导教师：

201年月日

专业负责人：

201年月日

学院教学副院长：

一LabVIEW简介………………….………………………………4

二单摆设计原理…………………………………………………….5

2.1单摆的基本原理……………………………………………….5

2.2单摆运动问题的提出………………………………………….5

三单摆程序设计…………………………………………………….6

3.1前面板设计………………………………………………….....6

3.2后面板设计…………………………………………………….7

3.2.1单摆绘制…………………………………………………..8

3.2.2初始值设置………………………………………………..8

3.2.3仿真波形输出……………………………………………..9

3.2.4时间轴设置………………………………………………..10

3.2.5控制按钮…………………………………………………..10

四单摆程序运行结果与分析……………………………………….11

五心得体会………………………………………………………….14

六参考文献………………………………………………………….15

一LabVIEW简介

LabVIEW是目前较为成功、应用广泛的虚拟仪器软件开发环境，LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench，实验室虚拟仪器工作平台）是NI公司在1986年首次推出的，最新版本为LabVIEW8.6。

它是一个高效的图形化程序设计环境，结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的G编程语言；

提供了一个直觉式的环境，与测量紧密结合，在这个平台上，各种领域的专业工程师和科学家们通过定义和连接代表各种功能模块的图标来方便迅速地建立高水平的应用程序；

支持多种系统平台，在任何一个平台上开发的LabVIEW应用程序可直接移植到其它平台上。

实验室虚拟仪器开发平台的简称LabVIEW，是一种业界领先的工业标准图形化编程工具，它是专门为工程师和科学家而设计的直观图形化编程语言。

它将软件和各种不同的测量仪器硬件及计算机集成在一起，建立虚拟仪器系统，形成用户自定义的解决方案，成为专门数据采集与仪器控制，数据分析和数据表达而设计的图形化编程软件，使创建的程序模块化，易于调试，理解和维护，而且程序编程简单、直观，特别适用于数据采集处理系统。

LabVIEW的开发环境分为三部分:

前面板（panel）、框图程序（DiagramProgramme）和图标/连接端口（Icol/rerminal）。

前面板就是图形化用户界面，用于设置输入数值和输出观察量。

在前面板中，输入量被称为控制（Control），输出量被称为指示（Indicator），他们通过各种图标如按钮、旋钮、开关、图标等出现在前面板上，模拟真实仪器。

框图程序由节点（Node）和数据连线（Wire）组成，它利用图形语言对前面板上的控制对象即输入量和输出量进行控制，节点用来实现函数和功能调用，数据连线表示程序执行过程中的数据流，它定义了程序框图内的数据流向。

图标/连接端口用于把LabVIEW程序定义为一个子程序，从而实现模块化编程，图标是子程序在其他程序框图中被调用的节点表示形式，连接端口则表示节点数据的输入、输出口。

LabVIEW具有3个可移动的图形化工具模板：

工具模板（ToolPalette）、控件模板（ControlsPalette）和功能模板（FunctionPalette）。

工具模板提供了用于图形操作的各种工具,比如定位、标注、断电、连线、文字注释等；

控件模板提供了前面编辑所需要的图像图标、一些特殊的图形；

功能模板则提供了一些基本的数学函数和其他功能函数。

这三个模板是LabVIEW编程的主要工具。

二单摆仿真设计原理

2.1单摆的基本原理

单摆是高中物理教学中的一个重要实验，它揭示了一个重要规律──单摆的等时性原理，即在摆角很小（小于10°

），忽略空气阻力对摆球运动影响的情况下，单摆的振动周期跟振幅（A）、摆球的质量（m）无关，只与摆长（l）及摆球所处位置的重力加速度（g）有关。

单摆的周期公式为：

课本上安排了改变单摆的摆长对单摆周期影响的实验，取摆长不同的单摆，让学生观察、感受单摆振动快慢的变化，并分别测出它们的周期。

实验表明：

摆长变长，周期变大；

摆长变短，周期变小。

至于加速度g的变化对单摆周期的影响，课本上未做这方面的实验安排。

为了让学生更形象直观地感受加速度g对单摆周期的影响，进一步加深对单摆周期公式的理解，我们对单摆实验进行了研究和实践。

单摆在振动过程中，摆球无论运动到什么位置，始终受到竖直向下的重力（G）的作用（地球吸引结果）。

而周期公式中的加速度g就是摆球在所在位置受到的重力G产生的。

我们知道，力是产生加速度改变物体运动状态的，那么只要想办法改变单摆在振动过程中竖直方向上的受力情况，就相当于改变了摆球所在位置的加速度g

2.2单摆运动问题的提出

长期以来人们对单摆运动的运动方程以及周期公式都进行了大量的研究，对于有阻力的单摆运动的认识也一步步加深．然而，对于单摆运动的跟踪与控制，往往接触的很少．为了使两个不同系统的单摆实现同步跟踪，寻求控制力的控制规律以及最优解，本文在合理的假设下，针对该问题，建立了单摆追踪的模型．并利用线性系统的渐进稳定性原理及状态反馈控制对模型进行了求解，得出单摆控制力的最优解力，然后利用数学软件MATLAB进行了单摆运动的仿真模拟．

三单摆程序设计

3.1前面板设计

图3.1（总前面板）

其中左边框图为单摆仿真后图像显示处；

左下角为设置的初始值（包括初始角度与初始角速度）与单摆绳长设置；

右上角实现波形变换功能，实现波形放大缩小以及移动功能；

为仿真速度与角度的输出显示

右边中间框图显示仿真波形，横向刻度为时间，纵向刻度为幅度；

右下方为时间轴与“开始仿真”“暂停仿真”推出仿真“控制按钮。

3.2后面板设计

图3.2（总后面板）

3.2.1单摆绘制

图3.3

此模块实现单摆的绘制，对应内部面板如下

图3.4

可绘制图形，改变画笔颜色等。

3.2.2初始值设置

图3.5

与初始值控件相连，可实现对初始角度与角速度的设置

图3.6

用相应函数实现对绳长的设置

3.2.3仿真波形输出

图3.7

使正弦波与余弦波重叠并与仿真图控件相连，实现对单摆仿真波形的显示。

3.2.4时间轴设置

图3.8

这是时间控制计时控件，可使仿真波形随时间的推移而持续输出。

3.2.5控制按钮

“开始仿真”

“暂停仿真”

“退出仿真”

四单摆程序控制结果分析

图4.1运行结果

图4.2（设置绳长为2，初始角度为15）

图4.3（设置绳长为3，初始角度为20）

图4.4若改变刻度大小

图4.4若将波形放大缩小

五心得体会

经过两个星期labVIEW的自主学习，我初步掌握了labVIEW的基本操作和编程技巧，labVIEW作为一门新式的图形化编程的语言，不仅提供了简单易学的编程方法，通过学习我对这门高效简单的编程语言产生了很大的兴趣，一口气把教学ppt看完并从网上借鉴了一些好的程序和应用进行练习，从中学到了大量的技巧，也越来越感到labVIEW入门容易，但要深入做下去完成一个像样的程序，就必须懂得各方面的知识，我需要更多的学习和练习。

这是一次实践性很强的课程设计，看了教学ppt后感觉已经掌握很多但真到实际做东西还是困难重重，必须反复更深层次的学习，锻炼了我的自学能力理解能力和实践能力，为今后实际工作生活中的需要打下了基础。

六参考文献

[1]郑大钟编著，线性系统理论（第二版），清华大学出版社2002

[2]王正林、王胜开、陈国顺编著，汪仁先主审，MATLAB/Simulink与控制系统仿真，电子工业出版社2005

[3]黄永安、马路、刘慧敏编著，MATLAB7．0/Simulink6．0建模仿真开发与高级工程应用，清华大学出版社2005

[4]《LabVIEW8.20程序设计从入门到精通》随书教学课件及习题（基础篇部分）