基于LabV旧W的直流电机速度控制系统朱利辉,邹轩,徐新华(上海理工大学

发布时间:2017-10-10    供稿单位:秘书处    点击量:72

产物,是对传统的智能仪器的突破。它充分利用通用计算机系统的强大功能,结合相关的硬件,通过软件完成数据采集和控制、数据分析和处理以及显示等功能。用户操纵拟仪器就好像操纵一台专门为他定制的传统测量仪器一样m.美国国家仪器公司(NI)发的LabVIEW软件平台,是一个基于图形化编程的虚拟仪器软件平台,它结合了简单易用的图形发环境与强大的硬件驱动、图形显示能力、高级数学分析库和便捷的快速程序设汁,广泛应用于工业控制领域、测量、仿真等工程项目。基于这一平台可以降低控制系统成本,提高灵活性,同可以大大缩短项目开发周期,有很强的工程实用价值丨2. 2速度控制系统硬件组成及工作原理此速度控制系统以直流电机作为被控对象,其系统结构框图如所示。

  直流电机速度控制系统结构框图DAQ板卡采用了NI公司生产的12位PCI-6024E卡来完成动态数据的实时采集任务,其通道采样频率可达200ks/s,有16个单端或8个差分模拟输入通道,2个的模拟输出通道,电压范围为正负10伏。其中在DAQ板的模拟输出通道中进行的是D/A转换,把经过PID控制运算输出的数字量转化为控制电压,送入驱动电路,经过驱动电路的放大后,作为直流电机的输入电压,控制其转速。直流电机和测速发电机同轴相连。其中测速发电机系直流永磁式,能将直流电机3000转的转速信号转换为015伏的电压信号,其比电势为5伏/1000转/分。因直流测速发电机输出的电压中高频谐波的成分比较大,所以采用7U型滤波的方法滤去高频谐波,消除其对系统的影响。在DAQ板的模拟输入通道中进行的是A/D转换,把测速发电机的反馈电压转换为数字量送入计算机,由基于LabVIEW的PID控制模块对这些数字量进行处理,计算出给定转速对应的电压值与实际转速所对应的电压值之间的偏差,并根据数字PID控制算法计算出控制量以调节直流电机的转速。3速度控制系统软件设计及实现该速度控制系统编程采用LabVIEW软件,为直流屯机速度控制系统的程序框图。从的程序框图可知整个程序结构是一个while循环,其内部结构分为2个模块:数据处理模块;PED控制模块。为了配合数据采集过程,在while循环中加入子VI-wait.vi来控制对测速发电机的反馈电压循环采样的周期。下面介绍各模块的设计方法:3.1数据处理模块此模块包括数据采集通道的建立、数据滤波和工程量转换三部分。首先用MAX来配置一个模拟电压输入和模拟电压输出通道,设定电压范围为(M0伏。因差分测试系统是一种比较理想的测试系统,不仅抑制接地回路感应误差,而且在一定程度上抑制环境噪声,所以在配置模拟电压输入通道时,将其设定为差分输入模式。为了使采集的数据更为准确,用PIDControlInput Filter.vi来对采集到的模拟电压输入信号进行低通滤波。在给定转速信号进入PID控制模块之前要进行工程量的转换,根据测速发电机的比电势为5伏/1000转/分,将给定转速除以200后转化为设定电压,然后再进入PID控制模块。

  3.2PID控制模块为了使框图程序更加简洁明了,将PID控制模块作为一个子VI来处理。其框图程序如所示。

  仪器仪表用户P科研设计成果P表1P丨D参数出量为控制直流电机速度的电压,程序采用数字PID位置型控制算法。PID控制算法的数字化,就是将连续肜式的HD微分方程如公式(1),转化为离散形式的P1D差分方程,在计算机上实现,如公式(2)。

  求得PID参数如表〗所示。

  4.2速度控制调试结果将4.1所得到的PID参数进行调试,结合PID参数分别控制系统精确性、稳定性、快速性的影响,作出相应的调整。在设定转速1200n/min,得到了如所示的PID速度控制曲线,由于调试中采用了位置式的PID控制算法并采用了7T型滤波和数字滤波,所以取得了较好的控制效果。5结束语本系统设计以直流电机为被控对象,以LabVIEW和NIDAQ板卡为试验平台,达到了速度控制的理想效果。实践证明,应用虚拟仪器构建控制系统能够使系统的设计更加灵活多变、人机交互界面直观友好,发周期短而有效,可应用于各类自动控制实验室及相关的工业领域。


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