1. 研究目的与意义
在控制理论课程教学与实验中，存在设备短缺，教学单一的问题，采用虚拟控制实验系统可以有效的解决这一问题。应用ni公司的labview图形化编程软件、控制系统设计工具包作为软件开发工具，实现控制系统的建模、分析与设计这一系列过程的计算机仿真。
labview像c或c 开发环境一样，也是一种程序语言开发环境，但与现有的计算机高级语言不同的是，labview采用图形化编程语言g语言，产生块状的程序。labview是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、gpib、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。labview也有完善的仿真、调试工具，如设置断电、单步等。labview的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观测程序中数据及其变化情况，比起其它语言的开发环境更方便、更有效。labview程序又称虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器，但labview程序容易改变设置和功能。因此labview特别适用于实验室、多种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。
利用一套数据采集硬件设备，通过不同的软件编程，就可以实现多个仪器的功能。采用虚拟仪器技术，不仅大大节约经费，还可以有效提高实验室建设水平，为大学实验仪器建设提供了一条新可行的途径。虚拟仪器具有仿真的用户面板，学生通过操作虚拟面板就可学习和掌握仪器原理、功能与操作。虚拟仪器采集的是现场真实的物理数据，可通过与其它仪器、电路的相互配合，完成实际实验过程，达到与用实际仪器教学相同的实验目的。在很大程度上，虚拟仪器可以代替真实仪器进行实验教学。学生在进行实验时不必担心弄坏仪器，可以极大地提高学生的学习兴趣、激发学生自主学习的积极性，使学生得到科学研究与科技开发的初步训练，综合检验学生所学知识和技能。
2. 国内外研究现状分析
国内虚拟仪器的起步比较晚，最早的研究也是采用引进消化NI公司的产品开始的，经过多年的研究，我国已经在虚拟仪器开发方面形成了自己的特色，国家自然科学基金委员会已将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一，并被列为十五期间优先资助领域。我国国民经济持续发展，加快了企业技术升级的步伐，先进仪器设备的需求更加强劲，虚拟仪器赖以生存的计算机技术最近几年在中国以极快的速度发展，这为虚拟仪器在我国普及奠定了良好的基础。因此，我国的虚拟仪器存在巨大的发展潜力。从90年代中期以来，国内的重庆大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、西安电子科技大学、中科泛华电子科技公司等院校和高科技公司，在研究和开发虚拟仪器产品和虚拟仪器设计平台，尤其是重庆大学秦树人等提出了虚拟仪器产品的网络化开发方法和西安交大韩九强等采用面向对象技术研究了可组态生成不同虚拟仪器的可视化虚拟仪器软件开发平台取得了瞩目的成果。相信在不久的将来，国内将会推出种类更多、性能更优、功能更强的并具有自主版权的虚拟仪器产品。
但是,国内虚拟仪器行业至今还没有形成具有自主知识产权的虚拟仪器核心开发技术,也没有相关的行业标准。虚拟仪器产业无论在规模还是在质量上都难以与国外同行匹敌,国外虚拟仪器产品几乎垄断了国内的市场，因此我国虚拟仪器行业面临的形势仍然很严峻。但虚拟仪器的出现和兴起，改变了传统仪器的概念、模式和结构，改变了人们的仪器观。据世界仪表与自动化杂志报导，21世纪初叶，虚拟仪器的生产厂家将超过千家，品种将达到数千种，市场占有率将占到电测控仪器的50%。这一预测对整个仪器仪表领域可以说是一次强烈的震撼！使从事电测仪器、分析仪器科学技术研究与开发的科学家和工程师们都看清了虚拟仪器对传统仪器的巨大挑战，认识到在21世纪虚拟仪器不仅无容争议的将成为仪器的发展方向，而且必将逐步取代传统硬件化仪器，使成千上万种传统的硬件化的测试与控制仪器都演变成计算机软件。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容：应用ni公司的labview图形化编程软件、控制系统设计工具包作为软件开发工具，实现控制系统的建模、分析与设计这一系列过程的计算机仿真。通过编写程序和开发应用程序，开发出一种交互式实验教学系统。系统包括：信号发生器、典型环节的频响特性、弹簧-阻尼-质量块系统和一级倒立摆系统。应用该系统可以进行控制系统建模、性能分析、pid设计等方面的研究。
计划：1-2周：查看任务书，了解所需任务，查阅资料，完成开题报告和文献综述。
3-5周：自动控制原理课程学习。
4. 研究创新点
《自动控制原理》是一门理论性较强的课程，已形成了比较完整的体系，但其计算和分析的数学要求高，过程比较烦琐。教师课程讲解如果不形象直观，很难加深学生的感性认识，难以引起学习兴趣。本平台基于LabVIEW8．6版本，利用软件提供的控制模块进行仿真设计，设计内容基本涵盖了《自动控制原理》的主要模块。考虑到平台用于教学，因此采用LabVIEW提供的树形结构和选项卡模块，将所有子VI程序模块参照《自动控制原理》课程的顺序排列，形成二级目录，再按照此顺序将子VI程序与选项板控件链接在一起，最后通过创建选项板属性节点，将树形结构和选项板绑定在一起，联合实现鼠标点击目录即出现相应内容的功能，界面友好直观，操作方便，易于扩展。
