【正文】 圖 快速整定法程序框圖 42 圖 快速整定法前面板 1） 當僅加比例控制， 1pK? 時， 圖 1pK? 時的響應曲線 此時，上升時間 rt =，最大超調量 %p? =%，調節(jié)時間 st =。 圖 控制設計向仿真設計的轉換 通過控制設計與仿真設計的轉換，可以大大簡化程序設計。 圖 構造開環(huán)及閉環(huán)系統(tǒng)程序框圖 若控制器用 ()cGs表示，被控對象用 ()pGs表示，則 以上構造的函數(shù)用結構框圖來表示即為 圖 各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù) Gc(s) Gp(s) 37 圖 開環(huán)及閉環(huán)系統(tǒng)的階躍響應 從階躍響應可以看出，閉環(huán)系統(tǒng) 較 開環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)性能有很明顯的改善 ，穩(wěn)定時間和上升時間都明顯縮短，并且消去了超調 。 控制包介紹 圖 51 所示為控制設計工具包，它包含了用于分析和設計控制系統(tǒng)的諸多功能函數(shù)。 2) 測出振蕩幅度 A 和振蕩周期 T? ，并根據(jù)公式 4p dK A?? 求出臨界比例系數(shù) pK 。 PID控制器參數(shù)的自整定技術的本質是：設法辨識出系統(tǒng)的特性，然后按照某種規(guī)律進行參數(shù)整定。但第二個波峰通常不容易分辨，難于 測取 衰減振蕩周期 sT 。 這樣一來，可以將廣義對象用一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)來近似，即 () 1 soo oKG s eTs ??? ? K ? T P 圖 42 反應曲線法 29 式中，放大倍數(shù) oK 應按下式加以計算，即 m a x m inm a x m in/( )/( )o y y yK u u u??? 有了 ? 、 oT 和 oK 三個數(shù)據(jù)，就可以根據(jù) 表 42中的經(jīng)驗公式，計算出滿足 4:1衰減振蕩的控制器整定參數(shù)。 表 41 臨界比例度法控制器參數(shù)計算（ 4:1衰減比 ） 控制規(guī)律 比例 K 積分時間 iT 微分時間 dT P pK /2 PI pK / PD pK / kT PID pK / 由于臨界比例度法是應用最為普遍的方法之一，人們將其整定的具體方法歸納為以下口訣： 28 參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查；先是比例后積分，最后再把微分加； 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳； 曲線偏離回復慢，積分時間往下降；曲線波動周期長，積分時間再加長； 曲線振蕩頻率快，先把微分降下 來；動差大來波動慢。 PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例度法、反應曲線法和衰減曲線 法。應當指出的是，雖然參數(shù)整定對于系 統(tǒng)運行是一個相當重要的工作，但它只能在一定的范圍內起作用。適用于控制對象時間常數(shù)較大、負荷變化較小、反應速度較慢的場合。自動控制系統(tǒng) 在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。比例作用大 ,可以加快調節(jié) ， 減少誤差 ， 但是過大的比例 ， 使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降 ,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。此后，隨著科學技術的發(fā)展，特別是電子計算機的 誕生和發(fā)展，涌現(xiàn)出很多新的控制理論和控制方法，但直到現(xiàn)在 24 PID 依然是應用最廣泛的控制技術 。 23 第四章 控制器的分析與設計 引言 控制器在生產過程的自動控制系統(tǒng)中充當“頭腦”的角色，是控制系統(tǒng)的核心設備。 （五）一階微分環(huán)節(jié) 一階微分環(huán)節(jié)是自動控制系統(tǒng)中經(jīng)常應用的環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)的形式一般有如下幾種： 22 1．理想微分環(huán)節(jié) 這種環(huán)節(jié)在輸入量為階躍變化時，輸出量為一振幅無窮大，而時間寬度趨于零的脈沖信號。其微分方程式為 () ()dc t rtdt ? 或 ( ) ( )c t r t dt?? 進行拉氏變換為 1( ) ( )C s R ss?? 即傳遞函數(shù)為 ( ) 1()()CsGs R s s?? （ 四）振蕩環(huán)節(jié) 振蕩環(huán)節(jié)包含有兩種形式的儲能元件，并且所儲存的能量能夠相互轉換，如位能和動能之間、電能和磁能之間的轉換等。 由于傳遞函數(shù)的這種表達式包含有六種因子，因此，任何控制系統(tǒng)都可以看作是這六種因子表示的環(huán)節(jié)在某種情況下的串聯(lián)組合。 (2)列出原始微分方程式。 常用的列寫系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的動態(tài)微分方程式的方法有兩種：一種是機理分析法，即根據(jù)各環(huán)節(jié)所遵循的物理規(guī)律（如力學﹑電磁學﹑運動學﹑熱學等）來編寫。其中 ()Rs 是輸入信號， ()Es是偏差信號， ()Cs是輸出信號， ()Bs 是反饋信號； 1()Gs可看作是 控制器， 2()Gs可看作是受控對象， ()Hs則可看作是檢測反饋機構。下面分別示出。虛擬儀器就是通過在流程圖窗口中添加功能模板（ Function palette）中的 相關圖標并“連線”來設計制作虛擬儀器流程圖，以完成相應的功能。 “ Configure?”按鈕可以對軟件以及通訊進行初始化。功能模板包含一些基本的功能函數(shù)，也包含一些已做好的子儀器。突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、表達、傳送、存儲等方面的限制，達到傳統(tǒng)儀器無法比擬的效果。 （ 6）傳統(tǒng)儀器擴展性差，數(shù)據(jù)無法編輯；虛擬儀器數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印。 虛擬儀器的優(yōu)點 [4] 8 任何儀器都基本上分三部分組成，即數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析、數(shù)據(jù)的顯示。 第五章， 7 利用控制工具包進行了一些列設計，包括性能分析、控制器設計等 ，重點是對控制系統(tǒng)的快速整定和臨界比例度整定 。 本論文的研究內容 本文的研究和應用主要基于 NI 公司的虛擬儀器產品（包括硬件模塊和虛擬儀器開發(fā)軟件 LabVIEW及控制設計包和仿真模塊）。虛擬儀器的出現(xiàn)為我們展現(xiàn)了“軟件就是儀器、儀器就是軟件”的嶄新觀 點，也使得儀器測量、工業(yè)控制等領域獲得了一個全新的發(fā)展。 本文在 LabVIEW 的控制設計包和仿真模塊的基礎上，研究了如何在 LabVIEW 平臺上對典型控制系統(tǒng)進行設計與仿真。虛擬儀器 既 具有傳統(tǒng)儀器的功能，又有 獨特的靈活性，它能夠充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有 計算機先進技術，使儀器的測試和測量及自動化工業(yè)的系統(tǒng)測試和監(jiān)控變得異常方便和快捷。 At last, perform the dynamic system simulation, including the offline simulation and online simulation. Key words: Virtual Instrument, LabVIEW, Control System Model, PID Control, OpenLoop System Analyze, Autoadjusting, System Simulation 目 錄 第一章 緒論 ....................................................................................................................... 6 課題研究的背景、意義和目的 ........................................................................ 6 國內外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................. 6 本論文的研究內容 ......................................................................................... 7 第二章 LABVIEW應用基礎 .............................................................................................. 8 虛擬儀器概述 ............................................................................................... 8 虛擬儀器的概念 ............................................................................. 8 虛擬儀器的優(yōu)點 ............................................................................. 8 虛擬儀器的功能 ............................................................................. 9 4 虛擬儀器實例 ............................................................................... 10 LABVIEW 概論 ........................................................................................... 11 什么是 LabVIEW.......................................................................... 11 LabVIEW 的特點 .......................................................................... 11 LABVIEW 入門 ........................................................................................... 12 啟動界面介紹 ............................................................................... 12 前面板及程序框圖 ........................................................................ 13 示例 ............................................................................................. 14 第三章 控制系統(tǒng)的模型分析 ............................................................................................ 18 控制系統(tǒng)概述 ............................................................................................. 18 傳遞函數(shù)表達式 ......................................................................................... 18 建模示例 .................................................................................................... 19 典型環(huán)節(jié) 模型 ............................................................................................. 20 第四章 控制器的分析與設計 ............................................................................................ 25 引言 ........................................................................................................... 25 PID控制器介紹 .......................................................................................... 25 PID控制器結構 ............................................................................ 25 PID各參數(shù)作用 ..............