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基于LabVIEW的远程虚拟仪器实验教学系统的研究与应用

作　者: 阚兆成
导　师: 薛定宇
学　校: 东北大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 虚拟仪器 Web DataSocket 倒立摆 LQR控制 LabVIEW
分类号: TP391.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 30次
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内容摘要


随着科学技术的不断发展,逐渐兴起的虚拟仪器技术在教育体系中发挥着越来越重要的作用。由于受教育的人数的不断增多,传统教学资源的相对不足,很大程度上制约了实验教学质量的提高,因此本论文提出远程虚拟仪器实验教学。它是教育现代化的一个重要发展方向,是高校实验教学改革的一项重要内容,是虚拟仪器和网络技术飞速发展的必然产物。本论文中采用PC插卡式数据采集系统和LbVIEW虚拟仪器开发软件,设计实现了一套集数据采集、显示、分析、处理的实时控制系统,用以控制实际的受控对象,其中以电机和旋转倒立摆的伺服控制为例,经过受控对象分析,模型建立,控制器设计,仿真实验,最后实现实时控制；并且应用DataSocket技术、Web技术与LabVIEW开发平台进行了整合和构建,实现了远程网络控制功能,在服务器端借助采集卡进行实验数据采集与控制信号输出,将实验数据通过网络传送到远程的客户端。客户端用户通过对实验数据的分析处理获得系统控制信号,再将控制信号通过网络传送至服务器,从而形成网上实验,初步组建了网络化的虚拟仪器实验教学系统。使用该方法进行实验教学,可以节约仪器设备经费、节省实验空间、提高实验仪器的使用率,同时培养和提升学生的创新实践能力。本论文从理论、技术和实践三方面探讨了虚拟仪器技术在实验教学应用的相关问题。每个教学实验的设计实现都是首先进行建立系统理论模型,推导公式；然后设计相应的控制器,并通过仿真方法进行寻优；最后通过实物的实时控制来验证控制器的性能,并通过远程实时调节系统参数得到最好的控制效果。经过实验证明了所构造的远程虚拟仪器实验教学系统非常可靠,可以丰富和改善现有的实验教学手段,具有很好的应用价值和现实意义。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 课题背景  11
  1.2 目前学校实验教学情况  11-12
  1.3 虚拟仪器技术  12-15
    1.3.1 虚拟仪器的组成  12-13
    1.3.2 虚拟仪器的特点  13-14
    1.3.3 国内外高校虚拟仪器运用情况  14-15
  1.4 论文主要研究工作  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第2章 设计方案与数据采集基础  17-25
  2.1 虚拟仪器实验系统的硬件平台方案  17-18
  2.2 虚拟仪器实验系统的软件系统  18-20
    2.2.1 虚拟仪器的开发软件  18-19
    2.2.2 LabVIEW简介  19-20
  2.3 数据采集基础  20-23
    2.3.1 数据采集的基本原理  20-21
    2.3.2 NI-DAQmx数据采集驱动  21-23
  2.4 本章小结  23-25
第3章 伺服电机实时控制系统  25-35
  3.1 SRV02电机系统  25-26
  3.2 电机伺服系统数学模型  26-27
  3.3 伺服电机位置控制器设计  27-29
  3.4 电机系统的实时控制  29-33
  3.5 本章小结  33-35
第4章 旋转倒立摆实时控制系统  35-51
  4.1 控制系统整体结构的设计  35-36
  4.2 旋转倒立摆的数学模型  36-40
    4.2.1 Lagrange方程的特点  36-37
    4.2.2 旋转倒立摆系统模型建立  37-39
    4.2.3 旋转倒立摆的可控性分析  39-40
  4.3 旋转倒立摆最优控制器设计  40-49
    4.3.1 线性最优控制  40-41
    4.3.2 线性二次型最优调节器的设计  41-43
    4.3.3 旋转倒立摆最优调节器的设计  43-45
    4.3.4 旋转倒立摆的实时控制  45-49
  4.4 本章小结  49-51
第5章 远程虚拟仪器实验教学系统  51-67
  5.1 远程实验教学系统之间的通信模式  51-54
    5.1.1 C/S通信模式  51-52
    5.1.2 B/S通信模式  52-54
  5.2 DataSocket技术  54-56
  5.3 C/S模式下使用DataSocket技术实现远程实验系统  56-61
  5.4 B/S模式下使用Web技术实现远程实验系统  61-65
  5.5 本章小结  65-67
第6章 总结与展望  67-69
  6.1 总结  67
  6.2 展望  67-69
参考文献  69-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 教学机、学习机
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