利用Labview實現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)的時域分析求零狀態(tài)響應(yīng)-階躍激勵的設(shè)計匯總

No引言連續(xù)時間系統(tǒng)處理連續(xù)時間信號，通常用微分方程來描述這類系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)的輸入與輸出之間通過它們時間函數(shù)及其對時間t的各階導(dǎo)數(shù)的線性組合聯(lián)系起來。如果輸入與輸出只用一個高階的微分方程聯(lián)系，而且不研究系統(tǒng)內(nèi)部其他信號的變化，這種描述系統(tǒng)的方式稱為輸入輸出法。系統(tǒng)分析的任務(wù)是對給定的系統(tǒng)模型和輸入信號求系統(tǒng)的輸出響應(yīng)。

系統(tǒng)時域分析法包含兩方面內(nèi)容，一是微分方程的求解，另一是已知系統(tǒng)單位沖激響應(yīng)，將沖激響應(yīng)與輸入激勵信號進(jìn)行卷積積分，求出系統(tǒng)輸出響應(yīng)。同時作為近代系統(tǒng)時域分析方法，將建立零狀態(tài)響應(yīng)，運算過程方便，往往成為系統(tǒng)分析的基本方法。

本課程設(shè)計就是利用LabVIEW軟件來實現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)的時域分析—求零狀態(tài)響應(yīng)（階躍激勵）的過程，LabVIEW是常用的虛擬儀器開發(fā)軟件。所謂虛擬儀器，就是在計算機(jī)為核心的硬件平臺上，其功能由用戶設(shè)計和定義，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制功能，以多種形式表達(dá)輸出檢測結(jié)果；利用I/O接口設(shè)備完成信號的采集,測量與調(diào)理，從而完成各種測試功能的一種計算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)，鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺專用的測量儀器一樣。因此測量儀器的出現(xiàn)，使測量儀器與計算機(jī)的界限模糊了。虛擬儀器的虛擬兩字主要包含以下兩方面含義：（1）虛擬儀器的面板是虛擬的。虛擬儀器面板上的各種“圖標(biāo)”與傳統(tǒng)面板上的器件完成的功能是相同的；由各種開關(guān)，按鈕，顯示器等圖標(biāo)實現(xiàn)儀器的通，斷；被測信號的輸入通道，放大倍數(shù)等參數(shù)的設(shè)置，及測量結(jié)果的數(shù)值顯示，波形顯示等。（2）虛擬儀器測量功能是通過對圖形化軟件流程圖的編程來實現(xiàn)。LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。3.編寫一個VI求三個數(shù)的平均值：（1）要求對三個輸入控件等間隔并右對齊，對應(yīng)的程序框圖控件對象也要求如此對齊。添加注釋（2）分別用普通方式和高亮方式運行程序，體會數(shù)據(jù)流向。（3）單步執(zhí)行一遍圖2—5習(xí)題3前面板圖圖2—6習(xí)題3程序面板圖4.寫一個VI判斷兩個數(shù)的大小，如右圖所示：當(dāng)A>B時，指示燈亮圖2—7習(xí)題4前面板圖圖2—8習(xí)題4程序面板圖寫一個VI獲取當(dāng)前系統(tǒng)時間，并將其轉(zhuǎn)換為字符串和浮點數(shù)。這在實際編程中會經(jīng)常遇到。圖2—9習(xí)題5前面板圖圖2—10習(xí)題5程序面板圖寫一個溫度監(jiān)測器，當(dāng)溫度超過報警上限，而且開啟報警時，報警燈點亮。溫度值可以由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。圖2—11習(xí)題6前面板圖圖2—12習(xí)題6程序面板圖7.給定任意x,求如下表達(dá)式的值，圖2—13習(xí)題7前面板圖圖2—14習(xí)題7程序面板圖利用順序結(jié)構(gòu)和timing面板下的tickcountVI，計算for循環(huán)產(chǎn)生一個長度為20000點的隨機(jī)波形所需的時間。圖2—15習(xí)題8前面板圖圖2—16習(xí)題8程序面板圖為第四章習(xí)題3添加一個while循環(huán)和定時器，實現(xiàn)連續(xù)的溫度采集監(jiān)測。圖2—17習(xí)題9前面板圖圖2—18習(xí)題9程序面板圖計算學(xué)生三門課（語文，數(shù)學(xué)，英語）的平均分，并根據(jù)平均分劃分成績等級。要求輸出等級A,B,C,D,E。90分以上為A，80～89為B，70～79為C，60～69為D，60分以下為E。圖2—19習(xí)題10前面板圖圖2—20習(xí)題10程序面板圖為第5章的習(xí)題2連續(xù)溫度采集監(jiān)測添加報警信息，如下圖所示，當(dāng)報警發(fā)生時輸出報警信息，例如“溫度超限！當(dāng)前溫度78.23℃”，正常情況下輸出空字符串。圖2—21習(xí)題11前面板圖圖2—22習(xí)題11程序面板圖將一些字符串和數(shù)值轉(zhuǎn)換成一個新的輸出字符串，輸出的字符串是一個GPIB命令字符串，它可以用來與串口儀器進(jìn)行通信。圖2—23習(xí)題12前面板圖2—24習(xí)題12程序面板圖用for循環(huán)創(chuàng)建一個數(shù)組，并用圖形顯示輸出的數(shù)組。圖2—25習(xí)題13程序面板圖圖2—26習(xí)題13程序面板圖利用簇模擬汽車控制，如右圖所示，控制面板可以對顯示面板中的參量進(jìn)行控制。油門控制轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速=油門*100，檔位控制時速，時速=檔位*40，油量隨VI運行時間減少。圖2—27習(xí)題14前面板圖圖2—28習(xí)題14程序面板圖利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器仿真一個0到5V的采樣信號，每200ms采一個點，利用實時趨勢曲線實時顯示采樣結(jié)果。圖2—29習(xí)題15前面板圖圖2—30習(xí)題15程序面板圖在第七章習(xí)題1的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號采集，此路電壓信號的范圍為5到10V。圖2—31習(xí)題16前面板圖圖2—32習(xí)題16程序面板圖利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器仿真一個0到5V的采樣信號，每200ms采一個點，共采集50個點，采集完后一次性顯示在WaveformGraph上。圖2—33習(xí)題17前面板圖圖2—34習(xí)題17程序面板圖在第七章習(xí)題3的基礎(chǔ)上再增加1路電壓信號采集，此路電壓信號的范圍為5到10V，采樣間隔是50ms，共采100個點。采樣完成后，將兩路采樣信號顯示在同一個WaveformGraph中。圖2—35習(xí)題18前面板圖圖2—36習(xí)題18程序面板圖3利用Labview實現(xiàn)連續(xù)系統(tǒng)的時域分析求零狀態(tài)響應(yīng)--階躍激勵的設(shè)計3.1連續(xù)系統(tǒng)的時域分析求零狀態(tài)響應(yīng)—階躍激勵的基本原理零狀態(tài)響應(yīng)：是不考慮起始系統(tǒng)儲能的作用（設(shè)起始狀態(tài)等于零），由系統(tǒng)的外加激勵信號所產(chǎn)生的響應(yīng)，記為r

zs(t)。它滿足方程

：及起始狀態(tài)r(k)

(0-)(k=0,1,n-1)，其形式為

其中e（t）為激勵信號，有時稱輸入信號。r（t）為響應(yīng)信號。n為微分方程的階次，或系統(tǒng)的階次。由于系統(tǒng)是線性是不變的，所以上述微分方程的系數(shù)均取自然數(shù)，B（t）為方程的特接?？梢娏銧顟B(tài)響應(yīng)在激勵信號作用下，它的響應(yīng)有自由響應(yīng)部分及強(qiáng)迫響應(yīng)部分B(t)兩部分構(gòu)成。本課設(shè)利用的是經(jīng)典解法—微分方程求解。對于一階系統(tǒng)：先求齊次線性方程的通解，再利用所謂常數(shù)變易法來求非齊次線性方程的特解。通過計算可知，一階連續(xù)系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)方程的通解等于對應(yīng)的齊次方程的通解與非齊次方程的一個特解之和。對于二階方程：求齊次線性方程通解和非齊次方程的一個特解。其中求通解得步驟如下：第一步寫出微分方程的特征方程，如。第二步求出特征方程的兩個根，。第三步根據(jù)特征方程的兩個根的不同情形，按照下面的表寫出微分方程的通解：特征方程的兩個根，微分方程的通解兩個不相等的實根，兩個相等的實根一對共軛復(fù)根第四步用待定系數(shù)法求方程特解，本課設(shè)激勵是階躍函數(shù)，即滿足的形式，其中?？汕蟮?3.2連續(xù)系統(tǒng)的時域分析求零狀態(tài)響應(yīng)—階躍激勵的編程設(shè)計及實現(xiàn)3.2.1一階連續(xù)時間系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)圖3—1一階連續(xù)系統(tǒng)的前面板圖圖3—2一階連續(xù)系統(tǒng)的程序面板圖3.2.2二階連續(xù)時間系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)圖3—3二階連續(xù)系統(tǒng)的前面板圖圖3—4二階連續(xù)系統(tǒng)的程序面板圖3.3運行結(jié)果及分析3.3.1一階連續(xù)時間系統(tǒng)的運行結(jié)果及分析圖3－5一階系統(tǒng)運行結(jié)果圖3.3.2二階連續(xù)時間系統(tǒng)的運行結(jié)果及分析圖3－6二階不相等實根運行結(jié)果圖圖3－7二階重根運行結(jié)果圖圖3－8二階共軛復(fù)根運行結(jié)果圖4總結(jié)課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，它是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)

通過課程設(shè)計，使我深深體會到，做任何事都必須耐心，細(xì)致。課程設(shè)計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂，有幾次因為不小心我計算出錯，只能毫不情意地重來．想過放棄，想過抄襲，但凡事要有始有終，相信努力必有回報，信念讓我堅持；再加上老師耐心的知道和幫助，終于算是順利的完成了本次設(shè)計。

這次課程設(shè)計，讓我覺得受益匪淺，認(rèn)識了Labview軟件，熟悉并可以靈活將其運用，而且對系統(tǒng)的時域分析也有了進(jìn)一步的認(rèn)識，對零狀態(tài)的認(rèn)識更客觀。

其中對于連續(xù)系統(tǒng)時域分析我有以下幾點的認(rèn)識：1系統(tǒng)分析的任務(wù)是對給定的系統(tǒng)模型和輸入信號求系統(tǒng)的輸出響應(yīng)分析的方法很多，其中時域分析法不通過任何變換，直接求解系統(tǒng)的微分、積分方程，系統(tǒng)的分析與計算全部在時間變換領(lǐng)域進(jìn)行，這種方法直觀，物理概念清楚，是學(xué)習(xí)各種變換域分析方法的基礎(chǔ)。2系統(tǒng)時域分析法包括兩方面內(nèi)容，一是微分方程的求解，另一是已知系統(tǒng)單位沖激響應(yīng)，將沖激響應(yīng)與輸入激勵信號進(jìn)性卷積積分，求系統(tǒng)輸出響應(yīng)。3卷積積分也是時間與變換域分析線性系統(tǒng)的一條紐帶，通過它把變換域分賦以清晰的物理概念。最后，我要感謝老師的耐心指導(dǎo)，是您的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵了我，讓我感受到了動力，堅持不懈