书籍详情
基于NI ELVIS的自动控制基础实验教程
作者：赵伟瑞 编著
出版社：北京理工大学出版社
出版时间：2022-02-01
ISBN：9787576308273
定价：¥68.00
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内容简介
本书作为在虚拟仪器构建的平台上进行自动控制基础实验与实践的教材，内容涵盖了LabVIEW编程基础、数据采集和信号分析、基于LabVIEW的NI- ELVIS虚拟仪器教学实验套件的基本概念、硬件构成、ELVIS的软件编程、实验设计方法，并密切配合自动控制基础的课程内容及课程对象的专业要求，精心设计了16个基于NI- ELVIS的实验。书中的实验具有软硬件结合、涉及课程范围广（模拟和数字电子技术、信号处理、光电传感器技术等）、综合性强的特点。教材图文并茂，便于读者学习使用。本教材可作为高等院校信息类各专业、测控技术与仪器专业大专、本科、研究生的实践教学、实验教材或教学参考书，也可作为其他相关理工科学生和工程技术人员的实践参考书。
作者简介
赵伟瑞，女，2000年获得光学工程专业的工学博士学位，于2004年到北京理工大学任教至今。长期承担自动控制基础、复变函数与积分变换、现代光信息探测技术等本科生及研究生的教学工作；在国内外学术期刊上发表论文30余篇，以发明人授权的国家发明专利6项。主要研究领域为空间光学及光学检测，长期致力于高分辨率合成孔径成像的关键技术研究，并取得了一定成果。
目录
绪论 …………………………………………………………………………………………… 001
篇 LabVIEW 基础
第1 章 LabVIEW 概述 ………………………………………………………………… 007
1. 1 什么是 LabVIEW ……………………………………………………………………… 007
1. 2 LabVIEW 的应用 ……………………………………………………………………… 007
1. 2. 1 测试测量 ………………………………………………………………………… 008
1. 2. 2 控制 ……………………………………………………………………………… 008
1. 2. 3 仿真 ……………………………………………………………………………… 008
1. 2. 4 高校教学与实验 ………………………………………………………………… 008
1. 2. 5 跨平台 …………………………………………………………………………… 008
1. 2. 6 丰富的学习资源 ………………………………………………………………… 008
1. 3 LabVIEW 的界面 ……………………………………………………………………… 008
第2 章 LabVIEW 开发环境 …………………………………………………………… 010
2. 1 创建一个 VI …………………………………………………………………………… 010
2. 2 LabVIEW 的操作模板 ………………………………………………………………… 012
2. 2. 1 “工具” 选板 …………………………………………………………………… 012
2. 2. 2 “控件” 选板 …………………………………………………………………… 013
2. 2. 3 “函数” 选板 …………………………………………………………………… 020
2. 3 LabVIEW 的数据类型 ………………………………………………………………… 021
2. 4 LabVIEW 的初步操作及编程 ………………………………………………………… 022
2. 4. 1 前面板编辑 ……………………………………………………………………… 022
2. 4. 2 程序框图 ………………………………………………………………………… 026
2. 4. 3 程序调试 ………………………………………………………………………… 028
2. 4. 4 VI 程序 …………………………………………………………………………… 029
第3 章 LabVIEW 中的程序结构……………………………………………………… 032
3. 1 程序结构概述 ………………………………………………………………………… 032
3. 2 For 循环………………………………………………………………………………… 033
3. 3 While 循环 …………………………………………………………………………… 034
3. 4 移位寄存器、 反馈节点和变量 ……………………………………………………… 037
3. 4. 1 移位寄存器 ……………………………………………………………………… 037
3. 4. 2 反馈节点 ………………………………………………………………………… 038
3. 4. 3 创建局部变量和全局变量 ……………………………………………………… 039
3. 5 条件结构 ……………………………………………………………………………… 041
3. 6 顺序结构 ……………………………………………………………………………… 042
3. 7 事件结构 ……………………………………………………………………………… 044
3. 7. 1 事件 ……………………………………………………………………………… 044
3. 7. 2 事件结构 ………………………………………………………………………… 045
3. 8 公式节点 ……………………………………………………………………………… 047
第4 章 数组、 矩阵与簇 ………………………………………………………………… 048
4. 1 数组 …………………………………………………………………………………… 048
4. 1. 1 数组的定义 ……………………………………………………………………… 048
4. 1. 2 数组的建立 ……………………………………………………………………… 048
4. 1. 3 数组函数 ………………………………………………………………………… 050
4. 2 簇 ……………………………………………………………………………………… 052
4. 2. 1 簇的组成 ………………………………………………………………………… 052
4. 2. 2 创建簇 …………………………………………………………………………… 053
4. 2. 3 簇函数 …………………………………………………………………………… 055
4. 3 矩 阵 ……………………………………………………………………………… 058
4. 3. 1 创建矩阵 ………………………………………………………………………… 058
4. 3. 2 矩阵函数 ………………………………………………………………………… 058
4. 3. 3 线性代数函数 …………………………………………………………………… 060
第5 章 图形显示 ………………………………………………………………………… 061
5. 1 波形图表和波形图 …………………………………………………………………… 061
5. 1. 1 波形图 …………………………………………………………………………… 061
5. 1. 2 波形图表 ………………………………………………………………………… 062
5. 1. 3 XY 图……………………………………………………………………………… 063
5. 1. 4 设置图形显示控件的属性 ……………………………………………………… 064
5. 2 强度图和强度图表 …………………………………………………………………… 068
5. 2. 1 强度图 …………………………………………………………………………… 068
5. 2. 2 强度图表 ………………………………………………………………………… 068
5. 3 三维图形 ……………………………………………………………………………… 069
5. 3. 1 三维曲面图 ……………………………………………………………………… 070
5. 3. 2 三维参数图 ……………………………………………………………………… 073
5. 3. 3 三维曲线图 ……………………………………………………………………… 076
5. 3. 5 极坐标图显示控件 ……………………………………………………………… 077
第6 章 信号分析与处理 ………………………………………………………………… 079
6. 1 信号分析处理函数 …………………………………………………………………… 079
6. 1. 1 Express VI ……………………………………………………………………… 079
6. 1. 2 波形 VI …………………………………………………………………………… 081
6. 2 测试信号产生 ………………………………………………………………………… 086
6. 2. 1 仿真信号产生函数 ……………………………………………………………… 086
6. 2. 2 仿真信号 ………………………………………………………………………… 087
6. 2. 3 公式波形 VI ……………………………………………………………………… 089
6. 2. 4 其他波形生成 VI ………………………………………………………………… 090
6. 3 信号的频率分析 ……………………………………………………………………… 093
6. 3. 1 “频谱测量” Express VI ………………………………………………………… 093
6. 3. 2 窗相关 VI ………………………………………………………………………… 095
6. 3. 3 FFT 频谱 (幅度—相位) ……………………………………………………… 097
6. 3. 4 谐波分析及其 LabVIEW 实现———失真测量 Express VI ……………………… 098
6. 4 数字滤波在 LabVIEW 中的应用及软件实现………………………………………… 101
6. 4. 1 “滤波器” Express VI …………………………………………………………… 101
6. 4. 2 数字 FIR 滤波器 VI ……………………………………………………………… 103
6. 4. 3 滤波器相关 VI …………………………………………………………………… 104
第二篇 NI ELVIS 平台
第7 章 DAQ (数据采集) 系统及 NI ELVIS 概述 ……………………………… 109
7. 1 DAQ 系统 ……………………………………………………………………………… 109
7. 2 什么是 NI ELVIS? …………………………………………………………………… 110
7. 3 NI ELVIS 的硬件和软件 ……………………………………………………………… 110
7. 4 NI ELVIS 的安装与配置 ……………………………………………………………… 113
第8 章 NI ELVIS 教学实验套件硬件概述 ………………………………………… 117
8. 1 NI ELVIS II 平台工作站 …………………………………………………………… 117
8. 2 NI ELVIS II 平台工作站的指示灯、 控件及接口 ………………………………… 118
8. 3 NI ELVIS II 原型实验板 …………………………………………………………… 119
8. 4 连接信号 ……………………………………………………………………………… 122
第9 章 NI ELVIS 平台的编程 ………………………………………………………… 126
9. 1 NI ELVIS 编程概述 …………………………………………………………………… 126
9. 2 使用 NI - DAQmx 对 NI ELVIS 进行编程 …………………………………………… 126
9. 3 使用 API 对 NI ELVIS 进行编程……………………………………………………… 134
第10 章 NI ELVIS 基础实验 ………………………………………………………… 138
10. 1 实验一 软前置板 (SFP) 的使用 ………………………………………………… 138
10. 2 实验二 元件参数的测量…………………………………………………………… 140
10. 3 实验三 信号分析及输出…………………………………………………………… 144
10. 4 实验四 基本运算放大器电路的频率响应………………………………………… 160
10. 5 实验五 NI ELVIS II 的编程 ……………………………………………………… 165
第三篇 基于NI ELVIS 平台的实验与实践
第11 章 自动控制基础实验 …………………………………………………………… 171
11. 1 典型环节的特性……………………………………………………………………… 171
11. 2 线性系统的稳定性…………………………………………………………………… 190
11. 3 系统校正……………………………………………………………………………… 199
第12 章 设计型实验……………………………………………………………………… 206
12. 1 实验十三 实时 PID 控制实验……………………………………………………… 206
12. 2 实验十四 数字温度计实验………………………………………………………… 209
12. 3 实验十五 自由空间光通信实验…………………………………………………… 212
12. 4 实验十六 直流电机转速的测量及闭环控制……………………………………… 216
参考文献 ……………………………………………………………………………………… 220
篇 LabVIEW 基础
第1 章 LabVIEW 概述 ………………………………………………………………… 007
1. 1 什么是 LabVIEW ……………………………………………………………………… 007
1. 2 LabVIEW 的应用 ……………………………………………………………………… 007
1. 2. 1 测试测量 ………………………………………………………………………… 008
1. 2. 2 控制 ……………………………………………………………………………… 008
1. 2. 3 仿真 ……………………………………………………………………………… 008
1. 2. 4 高校教学与实验 ………………………………………………………………… 008
1. 2. 5 跨平台 …………………………………………………………………………… 008
1. 2. 6 丰富的学习资源 ………………………………………………………………… 008
1. 3 LabVIEW 的界面 ……………………………………………………………………… 008
第2 章 LabVIEW 开发环境 …………………………………………………………… 010
2. 1 创建一个 VI …………………………………………………………………………… 010
2. 2 LabVIEW 的操作模板 ………………………………………………………………… 012
2. 2. 1 “工具” 选板 …………………………………………………………………… 012
2. 2. 2 “控件” 选板 …………………………………………………………………… 013
2. 2. 3 “函数” 选板 …………………………………………………………………… 020
2. 3 LabVIEW 的数据类型 ………………………………………………………………… 021
2. 4 LabVIEW 的初步操作及编程 ………………………………………………………… 022
2. 4. 1 前面板编辑 ……………………………………………………………………… 022
2. 4. 2 程序框图 ………………………………………………………………………… 026
2. 4. 3 程序调试 ………………………………………………………………………… 028
2. 4. 4 VI 程序 …………………………………………………………………………… 029
第3 章 LabVIEW 中的程序结构……………………………………………………… 032
3. 1 程序结构概述 ………………………………………………………………………… 032
3. 2 For 循环………………………………………………………………………………… 033
3. 3 While 循环 …………………………………………………………………………… 034
3. 4 移位寄存器、 反馈节点和变量 ……………………………………………………… 037
3. 4. 1 移位寄存器 ……………………………………………………………………… 037
3. 4. 2 反馈节点 ………………………………………………………………………… 038
3. 4. 3 创建局部变量和全局变量 ……………………………………………………… 039
3. 5 条件结构 ……………………………………………………………………………… 041
3. 6 顺序结构 ……………………………………………………………………………… 042
3. 7 事件结构 ……………………………………………………………………………… 044
3. 7. 1 事件 ……………………………………………………………………………… 044
3. 7. 2 事件结构 ………………………………………………………………………… 045
3. 8 公式节点 ……………………………………………………………………………… 047
第4 章 数组、 矩阵与簇 ………………………………………………………………… 048
4. 1 数组 …………………………………………………………………………………… 048
4. 1. 1 数组的定义 ……………………………………………………………………… 048
4. 1. 2 数组的建立 ……………………………………………………………………… 048
4. 1. 3 数组函数 ………………………………………………………………………… 050
4. 2 簇 ……………………………………………………………………………………… 052
4. 2. 1 簇的组成 ………………………………………………………………………… 052
4. 2. 2 创建簇 …………………………………………………………………………… 053
4. 2. 3 簇函数 …………………………………………………………………………… 055
4. 3 矩 阵 ……………………………………………………………………………… 058
4. 3. 1 创建矩阵 ………………………………………………………………………… 058
4. 3. 2 矩阵函数 ………………………………………………………………………… 058
4. 3. 3 线性代数函数 …………………………………………………………………… 060
第5 章 图形显示 ………………………………………………………………………… 061
5. 1 波形图表和波形图 …………………………………………………………………… 061
5. 1. 1 波形图 …………………………………………………………………………… 061
5. 1. 2 波形图表 ………………………………………………………………………… 062
5. 1. 3 XY 图……………………………………………………………………………… 063
5. 1. 4 设置图形显示控件的属性 ……………………………………………………… 064
5. 2 强度图和强度图表 …………………………………………………………………… 068
5. 2. 1 强度图 …………………………………………………………………………… 068
5. 2. 2 强度图表 ………………………………………………………………………… 068
5. 3 三维图形 ……………………………………………………………………………… 069
5. 3. 1 三维曲面图 ……………………………………………………………………… 070
5. 3. 2 三维参数图 ……………………………………………………………………… 073
5. 3. 3 三维曲线图 ……………………………………………………………………… 076
5. 3. 5 极坐标图显示控件 ……………………………………………………………… 077
第6 章 信号分析与处理 ………………………………………………………………… 079
6. 1 信号分析处理函数 …………………………………………………………………… 079
6. 1. 1 Express VI ……………………………………………………………………… 079
6. 1. 2 波形 VI …………………………………………………………………………… 081
6. 2 测试信号产生 ………………………………………………………………………… 086
6. 2. 1 仿真信号产生函数 ……………………………………………………………… 086
6. 2. 2 仿真信号 ………………………………………………………………………… 087
6. 2. 3 公式波形 VI ……………………………………………………………………… 089
6. 2. 4 其他波形生成 VI ………………………………………………………………… 090
6. 3 信号的频率分析 ……………………………………………………………………… 093
6. 3. 1 “频谱测量” Express VI ………………………………………………………… 093
6. 3. 2 窗相关 VI ………………………………………………………………………… 095
6. 3. 3 FFT 频谱 (幅度—相位) ……………………………………………………… 097
6. 3. 4 谐波分析及其 LabVIEW 实现———失真测量 Express VI ……………………… 098
6. 4 数字滤波在 LabVIEW 中的应用及软件实现………………………………………… 101
6. 4. 1 “滤波器” Express VI …………………………………………………………… 101
6. 4. 2 数字 FIR 滤波器 VI ……………………………………………………………… 103
6. 4. 3 滤波器相关 VI …………………………………………………………………… 104
第二篇 NI ELVIS 平台
第7 章 DAQ (数据采集) 系统及 NI ELVIS 概述 ……………………………… 109
7. 1 DAQ 系统 ……………………………………………………………………………… 109
7. 2 什么是 NI ELVIS? …………………………………………………………………… 110
7. 3 NI ELVIS 的硬件和软件 ……………………………………………………………… 110
7. 4 NI ELVIS 的安装与配置 ……………………………………………………………… 113
第8 章 NI ELVIS 教学实验套件硬件概述 ………………………………………… 117
8. 1 NI ELVIS II 平台工作站 …………………………………………………………… 117
8. 2 NI ELVIS II 平台工作站的指示灯、 控件及接口 ………………………………… 118
8. 3 NI ELVIS II 原型实验板 …………………………………………………………… 119
8. 4 连接信号 ……………………………………………………………………………… 122
第9 章 NI ELVIS 平台的编程 ………………………………………………………… 126
9. 1 NI ELVIS 编程概述 …………………………………………………………………… 126
9. 2 使用 NI - DAQmx 对 NI ELVIS 进行编程 …………………………………………… 126
9. 3 使用 API 对 NI ELVIS 进行编程……………………………………………………… 134
第10 章 NI ELVIS 基础实验 ………………………………………………………… 138
10. 1 实验一 软前置板 (SFP) 的使用 ………………………………………………… 138
10. 2 实验二 元件参数的测量…………………………………………………………… 140
10. 3 实验三 信号分析及输出…………………………………………………………… 144
10. 4 实验四 基本运算放大器电路的频率响应………………………………………… 160
10. 5 实验五 NI ELVIS II 的编程 ……………………………………………………… 165
第三篇 基于NI ELVIS 平台的实验与实践
第11 章 自动控制基础实验 …………………………………………………………… 171
11. 1 典型环节的特性……………………………………………………………………… 171
11. 2 线性系统的稳定性…………………………………………………………………… 190
11. 3 系统校正……………………………………………………………………………… 199
第12 章 设计型实验……………………………………………………………………… 206
12. 1 实验十三 实时 PID 控制实验……………………………………………………… 206
12. 2 实验十四 数字温度计实验………………………………………………………… 209
12. 3 实验十五 自由空间光通信实验…………………………………………………… 212
12. 4 实验十六 直流电机转速的测量及闭环控制……………………………………… 216
参考文献 ……………………………………………………………………………………… 220
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