摘 要 根据上海开放大学控制工程基础课程的实验要求，利用虚拟仪器软件及其Control & Design Toolkit（CDT）开发一个虚拟实验系统，系统包括六个模块：传递函数、控制系统的典型连接、控制系统零极点模型、控制系统分析、二阶瞬态响应。该系统作为控制理论基础课程的辅助教学软件，提高了学生掌握知识与技能的效率，达到了将实验环节引入课堂的良好效果。
　　关键词 虚拟实验 LabVIEW 自动控制系统 传递函数
　　中图分类号：TP13-4 文献标识码：A
　　0 引言
　　在理工科专业的教学科研过程中，要想紧跟技术的发展，就要不断地更新教学和实验设备。而随着各学科实验项目和学生人数的增多，传统的实验室和实验仪器数量很难满足学生的需求。因此，虚拟仿真教学和实验室作为一种有效的解决方案应运而生，在各大高校已经获得了广泛的应用，并且成为高等教育实验课程发展的新方向。
　　虚拟仪器技术自1986年面世以来，已在各工程领域得到广泛的应用，①②在教学实验系统中也得到了应用发展。
　　在控制理论实验系统开发研究中，许多学校根据自己的需要，利用LabVIEW开发了多种实验系统。②③④⑤⑥
　　上海开放大学具有11万注册的在校生，教学与实验的条件受场地、时间、空间和设备的限制，较普通高校更为严峻。网络课程与虚拟实验在开放大学的应用显得尤为重要。
　　本文根据本校实验要求内容，利用虚拟仪器软件开发虚拟实验系统，从而方便学生进行不定时、不定点地实验。
　　1 系统总体设计思路
　　上海开放大学学生多为在职，他们利用晚上和周末进行继续学习，这使得他们具有以下特点：具有比较丰富的工作经验，学习更侧重理解并应用，学生的学习时间受限制。赵教授的实验指导书正是基于学生的特点而编写的。通过实验，加深学生对控制系统传递函数、控制系统构成、控制系统稳定性、典型二阶系统与参数的之间的关系等的理解。根据这些内容，系统设计了一个初始界面和五个功能模块：传递函数建立、典型连接、零极点模型、控制系统分析、二阶瞬态响应（如图1）。
　　控制仿真工具包能够很好地完成上述功能。
　　2 系统模块设计及展示
　　2.1 初始界面
　　系统设计一个初始界面，它通过选项卡和菜单按钮方式进入各功能模块。初始界面显示该实验系统可完成从传递函数构建、系统特性分析到系统运行仿真的整个过程。
　　2.2 传递函数构建模块和连接典型
　　LabVIEW提供一个控制仿真工具包。应用此工具包，在传递函数模块，通过输入系统微分方程的分子和分母系统，构建传递函数。如图2所示左端构建函数，右侧进行典型连接，完成各个环节的串联、并联及反馈连接。
　　2.3 零極点模型模块
　　此模块用来判断系统的稳定性。根据微分方程得出传递函数，得出系统的零极点图和伯德图，以便于判断其稳定性（如图3）。
　　2.4 控制系统分析模块
　　本系统设计了典型的一阶、二阶系统的时域响应。调整其参数，可得到不同的响应曲线，以便进行对比分析。模块运行界面如图4所示。
　　2.5 二阶瞬态响应模块
　　此模块专门分析二阶系统的时域响应。影响二阶系统的各个参数都可以进行调节，以便观察系统的响应特性，从而更为清楚地理解系统特性。模块运行界面如图5所示。
　　3 结语
　　仿真的实验界面能够加强学生对实验的兴趣，通过调节不同参数，可直接观测到各种实验过程。采用虚拟仪器代替传统实验仪器，有效的降低了硬件配置和实验成本。
　　实验充分利用了LabVIEW语言的灵活、开放，人机界面友好等特点，使用方便，具有良好的通用性和扩展性。
　　注释
　　① 郑红梅，梅加化，韩方强.基于LabVIEW的虚拟测试实验教学系统.电子科技，2012.25卷（8）.
　　② 陆蕴香.基于LabVIEW的机械工程控制基础的实验.制造业信息化，2011（1）.
　　③ 袁微，卢明阳.基于LabVIEW和Simulink的过程控制工程虚拟实验平台开发.实验室研究与探索，2012.6.
　　④ 浦龙梅，杨增强.基于LabVIEW软件开发的控制工程基础课程教学软件的研究.自动化与仪器仪表，2007（1）.
　　⑤ 孙丽萍，尹爱军.机械控制工程理论虚拟实验教学与研究.中国现代教育装备，2011（23）.
　　⑥ 魏佳丹，李国生.LabVIEW在特种电机教学实验平台中的应用.电气电子教学学报，2011.12.