LabView机械工程仿真实验(整理)

时间：2025-03-07

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基于LabView的机械工程仿真实验

实验一信号的发生与分析实验

一实验目的

在理论学习的基础上，认识各典型信号的波形曲线及其典型参数对波形的影响。

二实验原理

信号从广义上讲，是随时间变化的某种物理量。严格来说，信号是消息的表现形式与传送载体。

信号的分类有几种方法：

1 确定信号与随机信号

2 连续信号与离散信号

3 周期信号与非周期信号

4 能量信号与功率信号

以下介绍几个基本概念。

连续信号：在观测过程的连续时间范围内信号有确定的值，允许在其时间定义域上存在有限个间断点。通常以f(t)表示。

模拟信号：如果连续信号在任意时刻的取值是连续的，即为模拟信号。

离散信号：信号仅在规定的离散时刻有定义。通常以f[k]表示。

数字信号：取值为离散的离散信号。

三实验内容与步骤

1 典型信号的波形分析实验

典型信号的波形分析主要是通过信号类型、采样参数、频率、幅值、初始相位、直流偏置、占空比、噪声等参数的设置，让学生观察输出波形的变化。其实验前面板如下图所示,分为控制区和显示区两部分。控制区完成对信号相关属性的输入控制，通过改变控制区各输入控件的类型或数值，可以实现输出频率、幅度、初始相位、直流偏移各不相同的正弦波、方波、三角波、锯齿波四种常用函数波形。其中占空比只对方波有效。还可以通过设置程序的等待时间

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来改变波形的变化快慢。显示区显示当前设置所产生的波形信号以及信号在当前时间的相位。

图1-1 典型信号的波形分析实验前面板

2 多频信号发生实验

在实际测试当中，采样得到的信号往往包括很多信号，这些信号的频率、幅度等特征不一样，因此在检验测试系统时需要用合成信号来仿真，以便尽量使之与真实测试环境信号保持一致。

多频信号发生器，在时域中发生一组频率幅值不同的波形，通过FFT变化，观测其在频域中的波形。前面板如图所示，用三个一维数组输入控件设置各个分量的频率、幅度、初始相位，在数组中处于相同位置的频率、幅度、初始相位组成一个分量。为了证明确实是多频波，对信号进行傅里叶变换，观察其频域图，结果表明确实与设置相吻合。

注意：频域图中幅值比时域图中信号峰值小，这是因为时域中显示的是有效值，对正弦波来说，有效值为峰值的。

图1-2 多频信号发生实验前面板

3 多谐信号附加噪声的波形发生实验

多谐信号附加噪音的波形发生器，主要加入了对多谐信号的设置参数，观测波形变化。

图1-3 多谐信号附加噪声的波形发生实验前面板

4 噪声信号发生实验

在以往的测试系统设计中，一般假定测试环境是理想的，即不存在噪声、干扰，在实验阶段再对噪声进行相关处理。在测试系统主要方案、硬件都已基本确立的情况下再来考虑噪声问题，往往使得噪声处理很难做到尽善尽美。在现代测试系统设计中，越来越具有针对性。测试环境如果是相对稳定的或者是可以预知其变化的，那么就可以先行考察、分析测试环境的噪声来源、类型，以便在设计阶段有针对性地做好预处理设计。边设计边测试，让测试贯穿设计

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的整个阶段是系统设计的趋势。因此，在对测试信号进行仿真的时候，应尽量使信号接近实际测试环境，很多时候可以用标准信号和标准噪声来合成实现。

LabVIEW中提供了常见的、具有代表性的噪声信号产生模块，可以产生均匀白噪声、高斯白噪声、周期随机噪声、接触噪声、伽马噪声、泊松噪声、贝努利噪声等。

本程序能够产生LabVIEW中所提供的9种噪声波形。噪声信号发生器，通过选择不同的噪音和加窗、观测其时域频域内的波形。

图1-4 噪声信号发生实验前面板

5 公式波形信号发生实验

用公式节点可以产生能够用公式进行描述的信号，也就是确定信号，包括周期信号和非周期信号，但不推荐用它来产生随机信号。信号发生器可以用来产生周期信号和随机信号，但是其功能已经固定，提供得到基本周期信号和随机信号种类并不是无限的。如果需要产生一些周期信号或其他在测试领域需要仿真的特殊信号，可以考虑用公式节点产生。用公式节点产生信号的另一种情况就是产生经过复杂运算生成的信号，这样就可以避免繁琐的图标摆放和连线，公式节点产生的信号是数组形式，而用Formula Waveform.vi产生的信号直接就是波形数据，这个vi在All Functions→Analyze→Waveform Generation→Formula Waveform.vi。公式波形信号发生器，主要针对具体的公式，发生对应的波形信号。

图1-5 公式波形信号发生实验前面板

四实验仪器和设备

1. 计算机 n台

2. LabVIEW基础知识虚拟实验平台 1套

五实验报告要求

1.简述实验目的和原理。

2.按实验原理的要求在LabVIEW实验平台上设计出相应的实验。

3. 记录典型的实验曲线，并进行分析。

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六思考题

基于LabVIEW软件，自行设计虚拟数字信号发生器

实验二声卡相关实验