基于虚拟仪器技术的控制系统仿真与模拟实验(附件)【字数：9682】
摘 要本文基于虚拟仪器技术采用LabVIEW为软件开发平台，利用LabVIEW中的控制工具包来实现控制系统的建模、运行、分析。这里以温度监控报警系统、湿度报警控制系统、储水罐控制报警系统、天然气井喷预警系统、汽车仪表盘控制系统等五个案例的实现来示例，尤其是温湿度监控报警系统设计还结合了数据采集卡硬件设备。最终各系统都实现了相应的指示灯显示的报警功能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2课题研究的意义 1
1.3课题研究的内容 1
第二章 课题设计的元器件 2
2.1数据采集卡的选取 2
2.2温度传感器的选取 3
2.3湿度传感器的选取 3
第三章 课题方案的选定 4
3.1课题概述 4
3.2课题方案的比较与选定 4
3.3课题的设计方案 5
3.4课题系统模块的规划 6
第四章 系统模块设计 8
4.1温度监控报警系统模块设计 8
4.1.1 VI设计 8
4.1.2 硬件设计 11
4.1.3 仿真运行调试 12
4.2湿度报警控制系统模块设计 13
4.2.1 VI设计 14
4.2.2 硬件设计 16
4.2.3 仿真运行调试 17
4.3储水罐控制报警系统模块设计 19
4.3.1 VI设计 20
4.3.2 仿真运行调试 21
4.4汽车仪表盘控制系统模块设计 23
4.4.1 VI设计 23
4.4.2仿真运行调试 25
4.5天然气井喷预警系统模块设计 26
4.5.1 VI设计 27
4.5.2 仿真运行调试 28
4.6系统主界面VI设计 29
致 谢 32
参考文献 33
附录A DAQ Max程序启动图 34
附录B DAQ Max设备接口图 35
附录C NI PCle632 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1设备检测运行图 36
附录D DAQ Max创建数据采集任务 38
附录E DAQ Max创建数字信号输出任务 41
附录F 数据采集卡设备连线图 43
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
目前研究的控制系统仿真都是依赖于计算机而实现的，在此基础上运用虚拟仪器技术模拟仿真现实中的系统，虚拟仿真技术不仅大量应用在如机械、电子、航空航天、电力等工程领域，还越广泛地应用在社会经济、生态环境、教育训练等非工程领域，并已经取得极大的经济和社会效益。对于虚拟控制系统仿真实现采用的模拟仿真技术已经成为设计、分析、研究复杂系统的重要技术。
本课题涉及虚拟仪器技术（基于计算机的仪器及测量技术），正是依托它的发展才诞生了目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化编程软件（本课题的软硬件开发平台）LabVIEW。针对本课题的实现使用LabVIEW软件很大程度上提高了利用效率。
1.2课题研究的意义
随着科学技术的快速发展，研究的系统内容越来越复杂，其复杂程度往往超出了个人的能力范围，涉及的代价和风险也越来越高，如核电,对此系统仿真模拟技术的应用就可以采用小投资来换取风险的降低。采用现代仿真模拟技术具有可预料性、全面性、安全性、可用于分析、设计创建和改进系统等优势。为此，虚拟、仿真技术是一个非常重要的学科领域，在科学研究、社会生产中起到重要的作用并日益受到重视。
本课题是基于虚拟仪器技术实现的，模拟系统的功能，设置数据运行仿真。在实验上大大减少了时间的耗费且提高了操作效率。采用虚拟仪器技术实现控制系统仿真不仅在企业研究中起到了一定的优势效率，而且对于学生在教学的实际操作中也具有非常现实化、简易化的意义。
1.3课题研究的内容
本课题结合虚拟仪器技术及其软硬件开发工具LabVIEW的相关知识，选取运用虚拟仪器的常见的、典型的例子来进行仿真模拟。
主要研究内容如下：
1.控制系统仿真模拟方案的选定 ,提出“基于虚拟仪器技术的控制系统仿真与模拟实验”的可行性方案并对其进行分析、论证，确定最终的实施方案；
2.典型实例选择与理论分析，选取LabVIEW理论教学和实验中常见的、典型的实例，完成其理论方面的建模、分析、设计；
3.系统相应的仿真在2的基础上，以LabVIEW开发平台，使用自带的工具包完成控制系统仿真的主要程序及其参数的配置；
4.最后将采集到的数据信号结合设计好的程序进行运行仿真，将成果在PC机上显示出来。
第二章 课题设计的元器件
2.1数据采集卡的选取
本课题设计选用的数据采集卡是NI PCIe 6321。它是一款多功能数据采集（DAQ）设备具有16?路?AI（16?位，?250 kS/?s），?2?路?AO（900 kS/?s），?24?路?DIO，且?PCI Express?多功能?I/?O?设备—?PCIe 6321?提供?了?模拟?I/?O、?数字?I/?O?和?四?个?32?位?计数?器/?定?时?器。
该?设备?利用?高?吞吐量?PCI Express?总?线?和?多核?优?化?的?驱动?程序?和?应用?软件，?提供?了?高性能?功能。板?载?NI STC3?定?时?和?同步?技术?提供?高级?定?时?功能，?包括?独立?的?模拟?和?数字?定?时?引擎?和?可?重新?触发?的?测量?任务。PCIe 6321?适用?于?从?基本?数据?记录?到?控制?和?测试?自动?化?等?广泛?的?应用。随?附?的?NI DAQmx?驱动?程序?和?配置?实用?程序?简化?了?配置?和?测量。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2课题研究的意义 1
1.3课题研究的内容 1
第二章 课题设计的元器件 2
2.1数据采集卡的选取 2
2.2温度传感器的选取 3
2.3湿度传感器的选取 3
第三章 课题方案的选定 4
3.1课题概述 4
3.2课题方案的比较与选定 4
3.3课题的设计方案 5
3.4课题系统模块的规划 6
第四章 系统模块设计 8
4.1温度监控报警系统模块设计 8
4.1.1 VI设计 8
4.1.2 硬件设计 11
4.1.3 仿真运行调试 12
4.2湿度报警控制系统模块设计 13
4.2.1 VI设计 14
4.2.2 硬件设计 16
4.2.3 仿真运行调试 17
4.3储水罐控制报警系统模块设计 19
4.3.1 VI设计 20
4.3.2 仿真运行调试 21
4.4汽车仪表盘控制系统模块设计 23
4.4.1 VI设计 23
4.4.2仿真运行调试 25
4.5天然气井喷预警系统模块设计 26
4.5.1 VI设计 27
4.5.2 仿真运行调试 28
4.6系统主界面VI设计 29
致 谢 32
参考文献 33
附录A DAQ Max程序启动图 34
附录B DAQ Max设备接口图 35
附录C NI PCle632 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
1设备检测运行图 36
附录D DAQ Max创建数据采集任务 38
附录E DAQ Max创建数字信号输出任务 41
附录F 数据采集卡设备连线图 43
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
目前研究的控制系统仿真都是依赖于计算机而实现的，在此基础上运用虚拟仪器技术模拟仿真现实中的系统，虚拟仿真技术不仅大量应用在如机械、电子、航空航天、电力等工程领域，还越广泛地应用在社会经济、生态环境、教育训练等非工程领域，并已经取得极大的经济和社会效益。对于虚拟控制系统仿真实现采用的模拟仿真技术已经成为设计、分析、研究复杂系统的重要技术。
本课题涉及虚拟仪器技术（基于计算机的仪器及测量技术），正是依托它的发展才诞生了目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化编程软件（本课题的软硬件开发平台）LabVIEW。针对本课题的实现使用LabVIEW软件很大程度上提高了利用效率。
1.2课题研究的意义
随着科学技术的快速发展，研究的系统内容越来越复杂，其复杂程度往往超出了个人的能力范围，涉及的代价和风险也越来越高，如核电,对此系统仿真模拟技术的应用就可以采用小投资来换取风险的降低。采用现代仿真模拟技术具有可预料性、全面性、安全性、可用于分析、设计创建和改进系统等优势。为此，虚拟、仿真技术是一个非常重要的学科领域，在科学研究、社会生产中起到重要的作用并日益受到重视。
本课题是基于虚拟仪器技术实现的，模拟系统的功能，设置数据运行仿真。在实验上大大减少了时间的耗费且提高了操作效率。采用虚拟仪器技术实现控制系统仿真不仅在企业研究中起到了一定的优势效率，而且对于学生在教学的实际操作中也具有非常现实化、简易化的意义。
1.3课题研究的内容
本课题结合虚拟仪器技术及其软硬件开发工具LabVIEW的相关知识，选取运用虚拟仪器的常见的、典型的例子来进行仿真模拟。
主要研究内容如下：
1.控制系统仿真模拟方案的选定 ,提出“基于虚拟仪器技术的控制系统仿真与模拟实验”的可行性方案并对其进行分析、论证，确定最终的实施方案；
2.典型实例选择与理论分析，选取LabVIEW理论教学和实验中常见的、典型的实例，完成其理论方面的建模、分析、设计；
3.系统相应的仿真在2的基础上，以LabVIEW开发平台，使用自带的工具包完成控制系统仿真的主要程序及其参数的配置；
4.最后将采集到的数据信号结合设计好的程序进行运行仿真，将成果在PC机上显示出来。
第二章 课题设计的元器件
2.1数据采集卡的选取
本课题设计选用的数据采集卡是NI PCIe 6321。它是一款多功能数据采集（DAQ）设备具有16?路?AI（16?位，?250 kS/?s），?2?路?AO（900 kS/?s），?24?路?DIO，且?PCI Express?多功能?I/?O?设备—?PCIe 6321?提供?了?模拟?I/?O、?数字?I/?O?和?四?个?32?位?计数?器/?定?时?器。
该?设备?利用?高?吞吐量?PCI Express?总?线?和?多核?优?化?的?驱动?程序?和?应用?软件，?提供?了?高性能?功能。板?载?NI STC3?定?时?和?同步?技术?提供?高级?定?时?功能，?包括?独立?的?模拟?和?数字?定?时?引擎?和?可?重新?触发?的?测量?任务。PCIe 6321?适用?于?从?基本?数据?记录?到?控制?和?测试?自动?化?等?广泛?的?应用。随?附?的?NI DAQmx?驱动?程序?和?配置?实用?程序?简化?了?配置?和?测量。
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