【導(dǎo)讀】信號(hào)檢測(cè)、處理、顯示等部分中，以一、兩個(gè)環(huán)節(jié)為重點(diǎn)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)）。包括理論推導(dǎo)、計(jì)算分析過(guò)程和結(jié)果等，需要對(duì)設(shè)計(jì)路線和方法。進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，且給出相關(guān)的圖表。第一頁(yè)——報(bào)告封面。第二頁(yè)——指導(dǎo)老師提供的設(shè)計(jì)題目和要求。調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的核心部件之一，應(yīng)用范圍極為廣泛，特別是拖動(dòng)系統(tǒng)。勢(shì)，但從供電的質(zhì)量和可靠性來(lái)看，直流發(fā)電機(jī)仍有一定的優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，研究直流電機(jī)的基于虛擬儀器的速度控制將有極大的

　　

【正文】 統(tǒng)的誤差成比例的時(shí)候成立。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系。比如說(shuō)，一個(gè)電熱器的控制器的比例尺范圍是 10176。C ，它的預(yù)定值是 20176。C 。那么它在 10176。C 的時(shí)候會(huì)輸出 100%，在 15176。C 的時(shí)候會(huì)輸出 50%，在 19176。C 的時(shí)候輸出 10%，注意在誤差是 0的時(shí)候，控制器的輸出也是 0。 微分 —— 來(lái)控制將來(lái)，計(jì)算誤差的一階導(dǎo)，并和一個(gè)負(fù)常數(shù) D相乘，最后和預(yù)定值相加。這個(gè)導(dǎo)數(shù)的控制會(huì)對(duì)系統(tǒng)的改變作出反應(yīng)。導(dǎo)數(shù)的結(jié)果越大，那么控制系統(tǒng)就對(duì)輸出結(jié)果作出更快速的反應(yīng)。這個(gè) D參數(shù)也是 PID被稱為可預(yù)測(cè)的控制器的原因。 D 參數(shù)對(duì)減少控制器短期的改變很有幫助。一些實(shí)際中的速度緩慢的系統(tǒng)可以不需要 D 參數(shù)。 用更專業(yè)的話來(lái)講，一個(gè) PID 控制器可以 被稱作一個(gè)在 頻域 系統(tǒng)的 濾波器 。這一點(diǎn)在計(jì)算它是否會(huì)最終達(dá)到穩(wěn)定結(jié)果時(shí)很有用。如果數(shù)值挑選不當(dāng)，控制系統(tǒng)的輸入值會(huì)反復(fù)振蕩，這導(dǎo)致系統(tǒng)可能永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到預(yù)設(shè)值。 Labview 中 PID 函數(shù) 在 Labview 軟件中提供有相應(yīng)地 PID 函數(shù) ，如圖 423 所示。 圖 423 本次課程設(shè)計(jì)中只使用到了 （如圖 424） ， 雖然 這個(gè)函數(shù)比較 簡(jiǎn)單，但是足夠滿足本次實(shí)驗(yàn)使用。 動(dòng)態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo) 在經(jīng)典控制理論中，用動(dòng)態(tài)時(shí)域指標(biāo)來(lái)衡量系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。動(dòng)態(tài)指標(biāo)能夠直觀地反映控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程特性，動(dòng)態(tài)指標(biāo)包括調(diào)節(jié)時(shí)間 st ，超調(diào)量 p? ，峰值時(shí)間 pt ，振蕩次數(shù) N 和衰減比 ? 。 圖 424 (1) 調(diào)節(jié)時(shí)間 st ： st 反映了過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的長(zhǎng)短，當(dāng) stt? ，若 ??? ?yty )( ，則 st 定義為調(diào)節(jié)時(shí)間，式中 ?y 是輸出量 )(ty 的穩(wěn)態(tài)量， ? 取 ?y 或 ?y 。 (2) 超調(diào)量 p? ： p? 表示了系統(tǒng)過(guò)沖的程度，設(shè)輸出量 )(ty 的最大值 my ， )(ty 輸出量的穩(wěn)態(tài)值 ?y ，則超調(diào)量定義為 %100?? ? ??y yymp? ，超調(diào)量通常以百分?jǐn)?shù)表示。 (3) 峰值時(shí)間 pt ： pt 表示過(guò)渡過(guò)程達(dá)到第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間，它反映了系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)反映的快速性。 (4) 振蕩次數(shù) N ： N 反映了控制系統(tǒng)的阻尼特性。它定義為輸出量 )(ty 的穩(wěn)態(tài)值 ?y 的次數(shù)的一半。 (5) 衰減比 ? ： ? 表示了過(guò)渡過(guò)程衰減快慢的程度，它定義為過(guò)渡過(guò)程第一峰值 1B 與第二個(gè)峰值 2B 的比值，即 21BB?? ，通常，希望衰減比為 4:1。 PID 控制參數(shù)整定方法 經(jīng)驗(yàn)法 經(jīng)驗(yàn)法 是通過(guò)閉環(huán)運(yùn)行或模擬，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù)各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，反復(fù)湊試參數(shù)，直至出現(xiàn)滿意的響應(yīng)，從而確定 PID控制參數(shù)。 經(jīng)驗(yàn)法 的整定步驟為 “ 先比例，再積分，最后微分 ” 。 （ 1）整定比例控制 ： 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。 （ 2）整定積分環(huán)節(jié) ： 若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先將步驟（ 1）中選擇的 比例系數(shù)減小為原來(lái)的 50～ 80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。 （ 3）整定微分環(huán)節(jié) ： 若經(jīng)過(guò)步驟（ 2）， PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過(guò)程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成 PID控制。先置微分時(shí)間 TD=0，逐漸加大 TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和 PID控制參數(shù)。 第五章 直流電機(jī)控制系統(tǒng) 直流電機(jī)控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路 直流電機(jī)控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 思路如圖 51所示。 啟動(dòng)電機(jī) 搭建電路 電機(jī)兩端電壓=設(shè)定電壓？ PID 算法調(diào)節(jié) N 結(jié)束 Y 圖 51 直流電機(jī)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)原理圖如 52,53所示。 圖 52 圖 53 實(shí)驗(yàn)器件：光電開關(guān)， 1K， 10K電阻，直流電機(jī)各一個(gè)。 工作原理：當(dāng)光線被擋住時(shí)，傳感器接收邊接收不到光信號(hào)，使右邊形成短路， 10k? 電阻上電壓為低電平，當(dāng)光線不被擋 住時(shí)，傳感器接收邊接收到光信號(hào)，使右邊形成通路， 10k? 電阻上輸出高電平。右邊是電機(jī)，轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)突出薄板，薄板隨電機(jī)轉(zhuǎn)軸儀器旋轉(zhuǎn)，沒(méi)轉(zhuǎn)一圈就擋住光電傳感器的光線，使傳感器輸出一個(gè)脈沖。這樣電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)給 PC機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)數(shù)據(jù)采集，利用 LabVIEW強(qiáng)大的子 VI庫(kù)中的，可以測(cè)出脈沖周期，從而測(cè)出 Pulse Measurements vi可以測(cè)試脈沖持續(xù)時(shí)間或波形的周期，如圖 54所示 。 圖 54 電機(jī)測(cè)速程序 直流電機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 直流電機(jī)控制系統(tǒng) 前面板 程序設(shè)計(jì) 圖 55 直流電機(jī)控制系統(tǒng)前面板程序如圖 55所示。 直流電機(jī)控制系統(tǒng)框圖程序設(shè)計(jì) 圖 56 電機(jī)轉(zhuǎn)速與電壓擬合曲線框圖程序如圖 56所示。 PID控制及相關(guān)參數(shù)顯示框圖程序如圖 57所示。 圖 57 直流電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物連接圖 實(shí)際電路連接如圖 58所示。 圖 58 第六章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理 實(shí)驗(yàn)所獲得電壓與轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)如 表 61，并作出兩者間的擬合曲線 如 圖 62。 DAQ 采樣頻率以及采樣數(shù)如圖 63 所示。 電壓（ V） 轉(zhuǎn)速 (N)(每秒鐘 ) 表 61 圖 62 圖 63 利用 PID 控制算法調(diào)節(jié)電壓，設(shè)定電壓與實(shí)際電壓關(guān)系曲線如圖 64 和圖 65。 圖 64 圖 65 控制參數(shù)如圖 66。 圖 66 第七章 總結(jié)及心得 此次直流電機(jī)自動(dòng)控制儀 課程設(shè)計(jì) 的核心是 PID 控制參數(shù)的調(diào)節(jié)，但是這些參數(shù)很難調(diào)節(jié)， 實(shí)驗(yàn)中有一半的時(shí)間用在調(diào)節(jié)這些參數(shù)上，多次試湊下獲得了比較滿意的結(jié)果?？偟膩?lái)說(shuō)這次實(shí)驗(yàn)不僅考查我們實(shí)際動(dòng)手能力 — 搭建電路圖，同時(shí)考查 了我們對(duì)專業(yè)知識(shí) — PID 經(jīng)典 控制 方法 的理解， 總的來(lái)說(shuō)這次課程設(shè)計(jì)付出很多收獲很多，夯實(shí)基礎(chǔ)，提高能力。