【正文】 最后，再一次向鐘老師以及關(guān)心幫助我的教師同學(xué)表示最誠摯的謝意！安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）參考文獻[1]張燕賓．SPWM 變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)．機械工業(yè)出版社，2022[2]． et Overview of the IPEMBased Modular Implementation for Distributed Power System．CPES, 2022[3]唐介．電機與拖動．北京：高等教育出版社，2022[4]汪玉成．直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計．商場現(xiàn)代化，2022[5]劉君華．虛擬儀器圖形化編程語言 LabVIEW 教程[M] ．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2022[8]張易知等．虛擬儀器的設(shè)計與實現(xiàn)．西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2022[9]孫寧．基于虛擬儀器的教學(xué)實驗的研究．西華大學(xué)：碩士學(xué)位論文，2022[10]楊巨慶，黃健，段麗華．PID 控制技術(shù)與應(yīng)用．哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2022[11]林蘭．基于 LabVIEW 的典型過程控制系統(tǒng)分析與設(shè)計．中山大學(xué)：學(xué)士學(xué)位論 2022[12]張栓記，胡敏．調(diào)節(jié)器的 PID 參數(shù)整定．洛陽師范學(xué)院學(xué)報，2022[13]何波．基于 LabVIEW 的應(yīng)用設(shè)計與分析．中山大學(xué)：學(xué)士學(xué)位論文，2022[14]楊智，袁媛，賈延江等．虛擬儀器教學(xué)實驗簡明教程．北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2022[15]張凱，周陬，郭棟等．LabVIEW 虛擬儀器工程設(shè)計與開發(fā)．北京：國防工業(yè)出版社，2022[16]俞金壽．過程控制系統(tǒng)和應(yīng)用．北京：機械工業(yè)出版社，2022[17]邱麗等．幾種 PID 控制器參數(shù)整定方法的比較研究．自動化技術(shù)與應(yīng)用，2022安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）。對于學(xué)校和老師為我的畢業(yè)設(shè)計所提供的極大幫助和關(guān)心，在此我致以衷心的感謝！非常感謝我的同學(xué)們，在與他們共同的學(xué)習(xí)、工作、生活過程中，他們給予了我及時的幫助和建議，開拓了我的思路。這些使我的本科學(xué)業(yè)得以順利完成，并激勵著我在今后的人生道路上不斷開拓進取，勇往直前。此次畢業(yè)設(shè)計的完成，凝聚著許多人的關(guān)懷和幫助。如：PID 控制器參數(shù)自整定模塊。特別是 PID 參數(shù)整定方面，結(jié)合了經(jīng)驗法和 4：1 衰減法，整定出了很好的系數(shù)，整定經(jīng)驗有一定的參考價值。具有前瞻性的分析了虛擬儀器在直流電機的應(yīng)用上的前景。本文是在大量查閱國內(nèi)外諸多資料的基礎(chǔ)和研究國內(nèi)外直流電機速度控制現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究直流電機速度控制系統(tǒng)后完成的。據(jù)統(tǒng)計，使用LabVIEW 開發(fā)虛擬儀器比使用基于文本的語言開發(fā)效率可以提高 1015 倍，程序的執(zhí)行速度卻幾乎不受影響；同時在信號處理等方面的強大功能方面是組態(tài)軟件不可比擬的。虛擬儀器是當(dāng)前測控領(lǐng)域的技術(shù)熱點，它代表了未來儀器技術(shù)的發(fā)展方向。安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 39 6 結(jié) 論直流電機由于具有速度控制容易，啟、制動性能良好，且在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點而在冶金、 機械制造、 輕工等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。 (2) 軟件系統(tǒng)的前面板上提前設(shè)置好了較高的電壓值。 啟動軟件時，要時間數(shù)據(jù)采集端口，如本實驗硬件是采用NI ELVIS 輸入通道ACH4+和 ACH4，而DAQ設(shè)備輸入通道是AI 4和AI 12，因此編程時所有根據(jù)對應(yīng)關(guān)系，應(yīng)該選擇對應(yīng)的Dev1/ai4端口。在控制完成后，需要把對電機的控制電壓調(diào)零，有兩種方法：(1)直接在軟件的前面板上把電壓調(diào)至零狀態(tài)，或者是看到電機不動了關(guān)掉軟件。本章所研究的控制方法對于其他類似控制，乃至工業(yè)鍋爐控制等也有著積極地意義。工作量也遠遠超過4:1衰減法。而4:1 衰減法，從理論上給予整定的方法與參數(shù)計算方法，從而在整定過程中不會太盲目，最后找到合理的整定參數(shù)也是理所當(dāng)然的事情。 通過對比經(jīng)驗法和4:1衰減法，可以得出：圖 4:1 衰減法經(jīng)驗公式效果圖圖 4:1 衰減法最后修正效果圖安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 38 （1）從整定效果來看，經(jīng)驗法并不能達到很好的效果。此時 =， =， =。iTsdTs 將所得到的參數(shù)填到 PID GAIN ,接著進行控制，讓控制電壓從 3V 跳到 4V，從 4V 跳到 3V，得到圖 ： 圖 4:1 衰減法在 4:1 衰減狀態(tài)圖安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 37 從圖中可以看出，超調(diào)量太大，調(diào)節(jié)時間過長，因此，根據(jù)經(jīng)驗，需要做一些手動調(diào)節(jié)，通過降低比例增益和積分時間來達到目的 [17]。： 此時記錄比例增益 =，并算出： =。cK 然后，逐漸增大 值，且改變一個 值后都給電機系統(tǒng)一個階躍變化，cc例如：從6V跳到8V，或者從8V跳到6V。 4:1 衰減法的在線實時控制過程 ： 首先，將控制器的積分時間放在最大值、微分時間放在最小值，目的是讓積分時間和微分時間失效。 （2）電機剛啟動時，速度變化很大，這跟電機的性能有關(guān)，而且對于本系統(tǒng)中的小電機而言，啟動速度更是很難把握。 經(jīng)驗控制過程，是一個把PID參數(shù)基本功能熟悉的過程，在把參數(shù)的基本范圍圈定好之后，需要耐心的去調(diào)試。通過微分時間的的試cK湊，使過渡時間明顯縮短，超調(diào)量減小。(3)必要時，加入微分（D) 作用，從零開始，逐漸加大 。約為 ，由于積分作用使其振蕩加劇，并且要達到穩(wěn)定速度的快速性很差，iT在加入積分作用之前，先加強比例作用，把 增加 。此時 =。同時，讓積分作用和微分作用失效。下面就根據(jù)已有硬軟件系統(tǒng)進行參數(shù)整定 [16]。下面是兩種 PID 系數(shù)整定方法的實際整定過程。這是NI 公司強大的VI庫提供的子程序。其中Task/Channels In為信號輸入端口。 PID 增益（PID Gain）：輸入為比例增益，積分時間和微分時間系數(shù)。主要輸入端口有： 輸出范圍（Output Range）：包含著兩個系數(shù)，分別控制著輸出的最大值和圖 直流電機速度控制系統(tǒng)程序的后置板框圖圖 脈沖測量子 VI圖 PID 控制軟函數(shù)安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 34 最小值，以免過高的電壓損壞被控制設(shè)備。圖 直流電機速度控制系統(tǒng)程序的前面板安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 33 后置板框圖各個子VI實現(xiàn)的功能如下： （1）脈沖測量子VI：，Signal In 是需要測量的脈沖的波形輸入端口，輸入波形至少包含所有完整周期的脈沖序數(shù)（Pulse Number） 。 控制系統(tǒng)控制程序框圖 。圖 速度控制系統(tǒng)核心電路原理圖圖 電機測速程序框圖安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 32 控制系統(tǒng)前面板程序設(shè)計 圖 為直流電動機速度控制系統(tǒng)前面板的設(shè)計。這樣電機每轉(zhuǎn)一圈，就會產(chǎn)生一個脈沖信號給PC機上的數(shù)據(jù)采集卡，通過數(shù)據(jù)采集，利用LabVIEW強大的子VI庫中的，可以測出脈沖周期，從而測出Pulse Measurements vi可以測試脈沖持續(xù)時間或波形的周期。圖 光電器件原理接線圖安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 31 10 K?光探測器ACH4+ACH4接地1＋5V發(fā)射端 接收端12V 電機接地可調(diào)電源 工作原理：當(dāng)光線被擋住時，傳感器接收邊接收不到光信號，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，傳感器接收邊接收到光?信號，使右邊形成通路，10k 電阻上輸出高電平。硬件系統(tǒng)實現(xiàn)了功能：通過計算機運行程序，啟動數(shù)據(jù)采集卡，從 ELVIS 工作平臺上采集到模擬數(shù)據(jù)，然后進行采樣，量化，輸送到計算機程序界面上，之后程序根據(jù)實際情況與需要達到的目的進行比較，發(fā)出控制信號，傳輸?shù)?ELVIS 工作平臺上，從而實現(xiàn)了速度控制。其中實驗板上的器件包括 1k 電阻、?10k 電阻、紅外線發(fā)光二極管（IR LED） 、直流（DC）小電機。圖 DAQ 設(shè)備與計算機相連的整體系統(tǒng)框圖安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 30 (5) 數(shù)據(jù)類型 不同的虛擬通道支持的數(shù)據(jù)類型也不相同。關(guān)于觸發(fā)，有三種方式：數(shù)字邊沿觸發(fā)、模擬窗口觸發(fā)和模擬邊沿觸發(fā)。(3) 定時和觸發(fā)定時用時鐘信號實現(xiàn)，它和觸發(fā)的最大的區(qū)別就是時鐘信號一般不產(chǎn)生任何行為，但是當(dāng)時鐘信號用做采樣信號時，每個時鐘信號邊沿都會進行一個采樣，這樣就會產(chǎn)生一個行為。③如果需要，設(shè)置任務(wù)狀態(tài)變化來完成某個特殊的操作。物理通道是測試和產(chǎn)生模擬或者數(shù)字信號的端子，每個通道可以包含多個端子，例如，每個數(shù)字端口可以包含8個端子（8根）數(shù)字線。基于PC的DAQ系統(tǒng)包含以下基本要素 [15]：（）個人計算機（PC） 、傳感器、信號調(diào)理裝置、 DAQ設(shè)備、數(shù)據(jù)處理及驅(qū)動程序等軟件。 DAQ 系統(tǒng)的構(gòu)成工程上使用具有PCI 、PXI 、USB 、并口以及串口的計算機（PC）來獲取測試數(shù)據(jù)，稱為基于PC的DAQ 系統(tǒng)。DAQ儀器具有性價比高、設(shè)計手段靈活、通用性強等特點，應(yīng)用前景十分廣闊。圖 ELVIS 平臺工作站圖 原型實驗板安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 27 圖 原型設(shè)計面板各部分零件布局主要應(yīng)用到的信號描述如表 52 所示：表 52 主要信號描述信號名稱信號類型信號描述ACH0..5+ 常規(guī) AI 模擬輸入通道 0～5（＋）——到 AI 通道的正差分輸入ACH0..5–常規(guī) AI 模擬輸入通道 0～5（－）——到 AI 通道的負差分輸入CH A…B+ 示波器 示波器通道 A 和 B(+)——示波器通道的正輸入CH A...B–示波器 示波器通道 A 和 B(－)——示波器通道的負輸入AISENSE 常規(guī) AI模擬輸入 Sense——非參考單端（NRSE）模式的模擬通道的基準(zhǔn)安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 28 續(xù)表AIGND 常規(guī) AI 模擬輸入地——DAQ 設(shè)備的 AI 接地參考端DAC0..1模擬輸出模擬輸出通道 0 和 1——DAQ 設(shè)備緩沖器的輸出GROUND 可變電源接地——設(shè)計面板接地端，所以接地針均連接在一起+15V直流電源+15V 直流電源——穩(wěn)流+15V 電源輸出15V直流電源15V 直流電源——穩(wěn)流15V 電源輸出 DAQ 系統(tǒng)DAQ(Data Acquisition） ，即數(shù)據(jù)采集儀器的一種典型的虛擬儀器（如圖 39） ，它的出現(xiàn)和發(fā)展與微型計算機緊密相關(guān)。每一個信號有一行，各行按功能分組。利用 NI ELVIS 平臺工作站可以交替使用多塊原型實驗板，圖 為 ELVIS 的原型實驗板。 NI ELVIS 平臺工作站這部分介紹了NI ELVIS 平臺工作站和工作站的前控制面板，ELVIS平臺工，工作站控制面板提供了函數(shù)發(fā)生器和可調(diào)電源等一些容易操作的旋鈕，也提供BNC和香蕉型連接器可連到NI ELVIS 示波器SFP和NI ELVIS DMM （數(shù)字萬用表） SFP上。硬件包括一臺可運行 LabVIEW 的計算機、一塊多功能數(shù)據(jù)采集卡、一根 68 針電纜和控制臺；軟件則包括 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境、NIDAQ、可以針對 ELVIS 硬件進行程序設(shè)計的一系列 LabVIEW API 和一個基于 LabVIEW 設(shè)計虛擬儀器軟件包。TeqJ?tmI把式（54 ）的拉普拉斯變換式代入式（53）的拉普拉斯變換式，可得電機電樞電流為： (55)()()eqmmtJsIK?把式（55 ）和式（52 ）的拉普拉斯變換式代入式（51）的拉普拉氏變換式，可得： (56)()()()0meqmtRJsVsK??? 通過解 可得直流電機的速度控制開環(huán)傳遞函數(shù)： )(/sm? (57)()teqmVRJsK??安徽新華學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 25 表 51 直流電機模型參數(shù)符號 描述 單位mV電機電壓 VR電機電阻 ?I電機電樞電流 AtK電機扭矩常數(shù) N/m?m電機反向感應(yīng)常數(shù) ）srad(V?電機軸角速度 /T電機扭矩 ?eqJ電機軸和負載的轉(zhuǎn)動慣量 2gK NI ELVIS 硬件NI ELVIS 虛擬儀器教學(xué)實驗套件是美國國家儀器公司 2022 年推出的一套基于 LabVIEW 設(shè)計和模型創(chuàng)建的實驗裝置。 速度