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《精通LabVIEW 程序设计》一书随书课件 清华大学 张桐 2008.12 第 11章 LabVIEW在控制系统中的应用 11.1 概述 11.2 控制系统的建模 11.3 控制系统的时域分析 11.4 控制系统的频域分析 11.5 控制系统的状态空间分析 内容提要 主要讲述LabVIEW控制设计工具包 主要内容 控制系统的建模、转换方法； 常见的经典和现代控制原理分析方法。 学习目的 读者能掌握LabVIEW在控制系统中的基本应用，加深对控制系统的理解和应用，为熟练应用LabVIEW来解决一些自控方面的问题打下基础。 11.1 概述 借助LabVIEW控制设计工具包（LabVIEW Control Design Toolkit），可以方便快速地对系统进行建模、转换、分析、求解等各种操作；可将烦琐的计算和绘图过程交给计算机去完成，并快速得到正确的分析结果。 安装了LabVIEW控制设计工具包后，出现相应的“控制设计与仿真”子选板，其中包含了控制设计工具包所有的VI库，如图 11.2 控制系统的建模 在LabVIEW控制设计工具包VI库中的子VI库“Model Construction”下 “CD Construct Transfer Function Model.vi” “CD Construct Zero-Pole-Gain Model.vi” “CD Construct State-Space Model.vi” 11.2.1.1 传递函数模型 具体步骤如下： （1）在前面板上添加自定制的电阻、电容和电感控件。 （2）在框图中添加While循环结构，并在循环结构内添加“CD Construct Transfer Function Model.vi”。 （3）在框图中添加“CD Draw Transfer Function Equation.vi”，绘制出该模型的传递函数形式，并在图中显示出来。 前面板和框图 11.2.1.2 零极点增益模型 11.2.1.3 状态空间模型 11.2.2 模型转换 各种形式模型之间的转换可以采用“CD Convert to Transfer Function Model.vi”、“CD Convert to Zero-Pole-Gain Model.vi”和“CD Convert to State-Space Model.vi”等VI来实现。 举例 基本步骤 （1）生成状态空间模型。 （2）添加“CD Convert to Transfer Function Model.vi”，将状态空间模型转换为传递函数模型；添加“CD Draw Transfer Function Equation.vi”，绘出传递函数模型的具体形式。 （3）添加“CD Convert to Zero-Pole-Gain Model.vi”，将传递函数模型转换为零极增益模型；添加“CD Draw Zero-Pole-Gain Equation.vi”，绘出零极增益模型的具体形式。 （4）添加“CD Convert to State-Space Model.vi”，将模型转换回状态空间模型；添加“CD Draw State-Space Equation.vi”，绘出新的状态空间模型的具体形式。 前面板和框图 11.2.3 模型连接 举例 具体步骤如下： （1）添加若干个“CD Construct Transfer Function Model.vi”并输入恰当的参数就可实现这些单元的传递函数模型。 （2）添加“CD Parallel.vi”，通过多态VI选择器选为“TF and TF”型，将这两个单元进行并联。 （3）添加“CD Series.vi”，通过多态VI选择器选为“TF and TF”型，将该单元与上一步骤中得到的并联结果进行串联。 （4）添加“CD Feedback.vi”，通过多态VI选择器选为“TF and TF”型，将该单元作为负反馈回路传递回上一步骤中得到的串联结果的输入点。 （5）再添加“CD Draw Zero-Pole-Gain Equation.vi”，并将上一步骤中得出的总结果输入给该VI，以便绘出整个系统的零极增益模型，同时也求出了零极分布。 （6）最后在前面板上增添适当的修饰。 前面板和框图 11.3 控制系统的时域分析 “Dynamic Characteristics”和“Time Response”VI库 动态分析VI 时域分析VI 11.3.2 控制系统时域分析举例 具体步骤如下： （1）新建“二阶连续系统的多种响应曲线.vi”，首先利用例11-1中已经介绍过的建模方法使用“CD Construct Transfer Funct