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LabVIEW在智能虚拟仪器仿真中的应用

2015-07-20 14:06:24

[导读] 虚拟仪器的出现很好的解决了这个问题。所谓虚拟仪器技术,就是用户在通用计算机平台上,根据测试任务的需要,来定义和设计仪器的测试功能。"软件就是仪器"反映了虚拟仪器技术的本质特征。

1 引 言

在电子类课程中,实验是重要的教学手段之一,学生通过实验,可以加深对所学知识的理解。

但是,由于近年来学生人数在不断增加,实验室设备和规模都难以满足需要,学生很少有机会反复熟悉常用仪表的使用,更不能为设计性实验提供条件,这对培养学生的创新精神,加强实践动手能力都十分不利,而且学校的财力也难以支付大量实验室常规设备的更新。虚拟仪器的出现很好的解决了这个问题。所谓虚拟仪器技术,就是用户在通用计算机平台上,根据测试任务的需要,来定义和设计仪器的测试功能。"软件就是仪器"反映了虚拟仪器技术的本质特征。 LabVIEW(Laboratory Vir2tual Inst rument Engineering Workbench ,实验室虚拟仪器工程平台) 是美国NI 公司) 推出的一种基于G语言( Graphics Language ,图形化编程语言) 的虚拟仪器软件开发工具,带有大量的内置功能,能够完成仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等任务,是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。通过优化代码,可将程序的执行速度提高到与编译C 语言程序相当的程度。一个LabVIEW 程序分为3 部分:前面板、框图程序、图标/ 接线端口。前面板用于模拟真实仪器的前面板;框图程序则是利用图形语言对前面板上的控件对象(分为控制量和指示量两种) 进行控制;图标/ 接线端口用于把LabVIEW 程序定义成一个子程序,从而实现模块化编程。

2 电工实验中的滤波器实验

2.1 实验原理

(1) 图1 电路是利用电感L 对高频信号阻抗大、电容C 对高频信号阻抗小的特点,可滤去非正弦输入电压v1 中的高次谐波使电阻R 上的输出电压v2 接近于基波的低通滤波器。

 

图1 低通滤波器电路

其输入输出函数为:

 

也可表示为: U2 = U1 ×D ∠θ,其中:

 

这个函数被做成公式节点作为子VI 嵌入到程序之中, 文件名为:formula. vi , 它位于安装目录下的function 目录中,它的图标如图2 所示,框图程序如图3 所示。

 

图2 低通滤波器图标

 


图3 低通滤波器框图程序。

(2) 图4 所示为利用L 和C 并联谐振电路,在理想条件下,对谐振频率下的信号阻抗无限大的特点,滤去频率为谐振频率的谐波信号的谐振滤波器。

 

图4 谐振滤波器电路

谐振滤波器输入输出函数为:

 

也可表示为: U2 = U1 + D ∠θ:

其中:

 

当1/ ωL = ωC 时,电路阻抗无穷大,对指定频率波谐振。对于实验室中的自制电感L = 157mH ,C = 39μF 时对ω = 400Hz 谐振;当C = 4. 423μF时对ω = 1200Hz 谐振。

这个函数被做成公式节点作为子VI 嵌入到程序之中,文件名为:formulaParallel. vi ,它位于安装目录下的function 目录中,它的图标如图5 所示,框图程序如图6 所示。

 

图5 谐振滤波器图标。

 

图6 谐振滤波器框图程序

(3) 图7 电路是由一个运算放大器、两个电容和三个电阻构成的有源滤波器,它不用电感元件,并且一般情况