2017年，第一次参加科创比赛，前不久翻到了，怕弄丢了，发出来留个纪念，也希望对相关内容感兴趣的，提供一点参考。当时这项工作是老师给我的课题，后来就学了机器学习☺。难度不大，没走很远，主要是培养兴趣。内容与 labview和myrio相关的。题目是：《风力发电风向跟踪实验改进》，下面介绍一下相关内容。
文章目录
首先看一下使用的硬件和软件：
1. 相关实验平台简介
1.1 LabVIEW
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是由美国国家仪器公司所开发的图形化程序编译平台，发明者为杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky），程序最初于1986年在苹果电脑上发表。LabVIEW早期是为了仪器自动控制所设计，至今转变成为一种逐渐成熟的高级编程语言。图形化程序与传统编程语言之不同点在于程序流程采用"数据流"之概念打破传统之思维模式，使得程序设计者在流程图构思完毕的同时也完成了程序的撰写。
1.2 myRIO
myRIO长这样：
作为NI“口袋实验室”系列针对嵌入式控制学习及应用的学生设备，低成本、小巧便携、可以满足学生随时随地开展学习和工程创新实践。
myRIO-学生嵌入式设备，包含模拟输入、模拟输出、数字I/O线、板载加速度计、Xilinx FPGA以及双核ARM Cortex-A9处理器，一些型号还包括WiFi支持。可以使用LabVIEW或C对myRIO进行编程。目前，myRIO配套丰富的软件App和硬件附件系统，以及不同等级的课件和教程库，可用于实时嵌入式控制、机电一体化、机器人、视觉处理等课程教学和学生课外创新实践中。
1.3 风向跟踪风力发电实训装置
仪器主要构成：模拟风装置，风向跟踪装置，PLC主机挂箱，系列单片机挂箱，变频器挂箱，被控对象挂箱，正弦波逆变器实验挂箱，检测仪表与负载挂箱。
实验原理：风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 然而风向改变会影响风力发电的效率，因此实现风向跟踪将有效的提高风力发电的效率。
工作原理：按下启动按钮以后，风车以及机舱回到初始化位置，当风车以及机舱都到达初始化左限位以后风车鼓风机启动，风车以60%占空比从左限位处运行到右限位处，在左右限位之间做180度来回运动，风力大小可通过设定值旋钮设定。机舱根据风向标上的限位信号做相应的动作，当风向标碰到左限位时，机舱无条件逆时针向右运行，碰到中间限位以后停止动作，当风向标碰到右限位时，机舱无条件顺时针向左运行，碰到中间限位以后停止动作。当风向标从中间位置向左偏移10个脉冲（偏向信号A/B）时，机舱向右逆时针运行，同理向右偏移10个脉冲时，机舱向左顺时针运行，从而达到了风向跟踪的效果。
2. “稚嫩的”申报书
2.1 项目简介
- 研究意义：使同学们在通过此次改进之后，可以更直观地明白风力发电风向跟踪的实验原理
- 总体思路：依靠NI公司的myrio学生开发平台和与之配套的labview2013编程软件，首先搞清楚实训装置内部电路和实现的原理，然后在labview上写出控制程序，仿真出实验装置功能模型，并验证控制策略可行性，最后将试验装置连接到myrio，再将电脑与myrio相连，进而控制实验装置。
- 研究内容：风力发电风向追踪原理
- 研究方法：通过实验装置摸清原理，再将原理可视化，最后改进实验。
- 主要技术：myrio开发端，labview程序
- 实施方案：首先要搞清楚实训装置的内部电路，用万用表测量出限位触发与否时的电压值和风机顺逆转动的电压值，由此得到限位触发原理和风机的控制原理。此后通过labview2013写出自动控制程序，再利用labview2013仿真出试验装置的功能模型，并写出控制策略，在一个程序中实现闭环控制，并进行可行性验证，最后将实现装置，myrio和电脑进行连接，进行实验。
2.2 原实验存在的问题
原实验流程为：同学们听老师介绍完实验之后，参照操作手册接好实验装置线路，按照要求进行操作，观察并简单地记录数据，结束实验。许多同学在听完讲解后，仍然不明白实验原理，即便是做完了实验也还是有大批同学存在疑问，这是因为实验原理比较复杂、抽象。同时实验装置接线部分复杂，导致原理与装置的对应关系不清楚，学生理解困难，接线容易出错。初次接触根本无暇顾及实验原理，时间大部分都浪费在了接线板上接线上，背离了通过实验摸清原理的实验目的，实验的效果不好。因此，本项目做了一些改进。
2.3 本项目创新性
- 搞清楚试验装置工作原理后，为了同学们不再把时间耗费在硬件上，在软件方面，用LabVIEW编写程序将实验原理可视化，并设计了清晰的操作界面，帮助同学们快速理解和掌握实验原理，激发同学们的学习兴趣。
- 硬件方面，用myRIO作中间端分别连接电脑和实验装置，只需要简单的连接九条线，包含三条风向标限位信号和四条0-180度限位信号。就可以通过电脑LabVIEW操作界面，实现自动控制或者手动控制实验装置，加深对实验的理解。
2.4 设计方案
内部电路：
用万用表测量各种情况下的电平，经多次测量得到以下数据：
DLR-A控制底座，pls为电源 DLR-B控制风机，pls为电源
低电位，使底座逆时针转。 低电位，使风机顺时针转。
高电位，使底座顺时针转。 高电位，使风机逆时针转。
myRIO控制程序：
思路：接通电源后，风机与底座开始运转，首先检测风向的三个限位是否触发，如果触发左限位，说明底座超前风机此时应该风机应与底座同向运转，直至右限位触发，右限位触发时说明，风机超前底座，此时应让风机改变运转方向，直至左限位触发，如此循环往复，实现风向的追踪。（注: 实际的实验装置中，风机的速度永远大于底座，否则无法实现追踪功能） 但还有一种极端情况：即底座左限位和风机左限位同时触发或者右限位同时触发时，存在命令覆盖的情况，所以程序中添加了此种情况的解决方案：即当出现该情况时，听从底座限位的信号，亦即底座限位的命令级别是最高的，此举目的是为了保护试验装置，避免损毁，这是符合编程原则和实际应用规范的。程序框图如下图所示：
前面板如图所示：
如图所示，接入了myRIO的7个模拟输入口（包括 A/AI 0、1、2；B/AI0、1、2、3）和4个数字输入口（包括 A/DIO0，1、2、3）。其中 A/AI 0、1、2三个模拟输入是风向的三个限位信号，B/AI 0、1是两个底座限位信号，B/AI 2、3是风机限位信号。A/DIO 0、1控制底座，A/DIO2，3控制风机。myRIO提供5V电源，认为当 >3V 时为高电平（实际测量值约为3.34V），当 <3V 时为低电平（实际测量值约为1V）。
编写仿真程序，实现闭环控制，验证控制策略。
为了验证控制策略是否可行，编写了该实验装置的仿真模型来进行理论验证。
思路：根据实验装置，风机与底座在水平面内绕竖直轴在0到180度的范围内转动。并规定垂直于水平轴中心的竖直轴为转动中心，并且左侧为正向，起始位置角度为0，逆时针转动角速度为正，顺时针转动角速度为负；且开始运转后，按逆时针从左侧转动到右侧运转，再由右侧转动回左侧，在此循环往复过程中实现风向的追踪。前面板如下图所示：
程序：
2.5 工作原理
由程序框图中知，规定风机和旋转中心的连线与水平轴正向为夹角为风机位置，同理可知底座位置。规定风机位置与底座位置的差值为风机与底座夹角，在程序中，程序会判断当夹角大于2度或者小于-2度时，就相当于实际装置中的触发了风向的左右限位，因此此时程序将会做出反应，继续追踪或者改变转向。当风机位置处于0度时，认为此时触发了左限位，程序要改变转速，让风机改变转向，底座亦同理。这就相当于实际装置的追踪功能。由上图，我们可以看到有两个输入控件，分别是底座角速度和风机角速度，这是可以手动输入的，但要注意一点:风机的角速度一定要大于底座的角速度，这也是实际情况，否则无法实现追踪。经过多次测试，请在进行程序验证时，最好将两个角速度分别设置为2和2.2，此时转动速度适宜，便于观察。
2.6 演示视频片段
好稚嫩啊！🤣