Labview多点正弦运动轨迹
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〇、须知
0.1 移位寄存器
在循环结构的边框上右键,可以创建移位寄存器。
移位寄存器用于将上一次循环产生的值传递至下一次循环。移位寄存器以成对接线端的形式出现,分别位于循环两侧的边框上,位置相对。
右侧接线端含有一个向上的箭头,用于存储每次循环结束时的数据。LabVIEW会将连接到右侧寄存器的数据传递到下一次循环中。循环执行完毕后,右侧接线端将返回移位寄存器最后一次保存的值。
移位寄存器需要初始化,即需要设置移位寄存器传递给第一次循环的值。
0.2 NaN的使用
NaN:Not a Number。使用时直接创建常量输入NaN即可。
在绘制曲线时,NaN不会被显示在波形图上。
0.3 启用索引与禁用索引
将数组元素传入循环结构时,再循环结构的边框上会出现一个连接端子。
启用索引:指每循环一次,数组的值依次传入一个,此时连接端子为空心。
禁用索引:指无论循环如何,每次循环都会将整个数组传入,此时连接端子为实心。
一、连续五个点正弦运动
1.1 目标
在波形图中生成正弦曲线的基础上,实现连续5个点在正弦曲线上跑的效果,如下图所示。
1.2 实现思路
(1)产生一个正弦信号数组,数组的索引代表时间,数组的内容代表正弦信号值。
(2)将正弦信号数组,和一个长度相等、元素为NaN的数组同时传入循环结构。
(3)依次索引正弦信号数组的当前传入值和前4个值(如果有的话),并将NaN数组的对应位置用这五个数替换。
(4)正弦信号数组每传入一个数字,NaN数组就替换一次,同时更新一次波形,这样就实现了连续5个点在正弦曲线上运动的效果。
1.3 程序框图设计过程
(1)产生正弦信号数组
正弦信号数组的长度为360,相当于每个i对应1°,用正弦角度转弧度的公式即可计算出正弦值,360次循环就输出了一个周期的正弦数组。
(2)创建一个长度相等、元素为NaN的数组
用到了数组大小和初始化数组这两个控件。数组大小控件传入一个数组,输出数组中元素的个数。初始化数组传入初始化元素和数组长度,输出一个数组。
这里将正弦信号数组传入,然后初始化一个长度相同,元素全为NaN的数组。
(3)索引前4个数并于当前值打包成一个数组(用于接下来按这个数组进行元素替换)
先创建一个for循环,在循环结构的边框上右键-添加移位寄存器,然后拖拉左边的移位寄存器,使左边为4个端子,右边为一个端子,然后为移位寄存器添加初始值。
将正弦数组传入for循环,然后连接到右侧移位寄存器上。(默认是以索引的方式传入数组,即每一次循环传入一个数据)
使用创建数组控件,将当前值和前4个值打包成一个数组。
这样实现的功能为:数组每传入一个值,会将传入的值和前4个值打包成一个数组,同时这个值会进入移位寄存器,更新移位寄存器中的四个值。
(4)替换NaN数组的元素
这一步的目的是将NaN数组中的对应位置,替换成前5个打包好的值。这样一来,随着每次循环更新,NaN只有的这5个数也随着更新,表现在图上就是5个点在正弦曲线上跑。
这一步的关键在于找到5个数的索引(即在数组中的位置)。由先前的逻辑可知,右侧for循环的 i 就是5个数中最后一个数的索引,前四个数是通过移位寄存器获得的,因此前4个数的索引是依次 -1。
使用替换数组子集这个控件,其输入参数有三个:原数组,替换元素的索引,替换的元素。
其中,原数组就是前面的NaN数组,因为每次循环,都需要传入整个数组,因此要禁用索引。并且由于内层for循环单次循环只替换一个数,需要将替换后的数组通过移位寄存器传到下一次循环继续进行元素替换。
替换的元素,刚才打包的数组通过索引的方式,依次传入到内层for循环中,作为要替换的元素。同时for循环的次数也由这个数组长度确定了。
替换元素的索引使用外层循环的 i (最后一个数的索引),减内层循环的 i (从0~4五次循环对应五个数)。
(5)将原先的正弦数组和替换后的NaN数组打包显示
在前面板创建一个波形图控件。在程序框图使用创建数组控件连接两个数组和波形图控件即可。(注意:正弦数组也是每次循环传入全部数组,禁用索引)
然后为大循环添加一个等待延时,否则一旦运行就直接执行完毕,看不到点的运动过程。
注:前面板的曲线1(5个点)最好修改成其它线型,否则看不出效果
1.3 运行结果
二、间隔五个点正弦运动
2.1 目标
仍然是五个点在正弦曲线上跑,但是这次五个点不是连续的,而是有间隔的。
2.2 实现思路
因为目标是将NaN数组中的不连续点替换成相应的正弦坐标值。因此只需要将内循环的替换数组的索引乘一个系数,就可以实现不连续点的索引替换。比如系数为5,则之前外i-内i的结果是0-1-2-3-4,现在外i-内i的结果是0-5-15-20-25。
虽然索引变了,但是替换的元素没有变,仍然是上一个元素,这样不是我们要的结果,我们需要将传入的数组也等间隔缩短同样的倍数,再配合移位寄存器找到前4个值,抽取数组这个控件可以实现我们的目的。
2.3 程序框图
拓展——香农采样定律
为了不失真地恢复模拟信号,采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。