基于LabVIEW软件的PID自动控制
苏州大学机电工程学院 Soochow University of Mechanical and Electrical Engineering
课程设计报告
Curriculum design
课题名称：基于LabVIEW软件的PID自动控制学院: ********院
专业：*********
姓名：＊＊＊
学号：＊＊＊＊
目录
一、PID控制原理 (1)
1、PID控制介绍 (1)
2、PID控制规律 (1)
3、PID 控制的性能指标 (3)
4、PID 控制器参数整定的分类 (3)
5、PID相关控制 (5)
6、数字PID (7)
二、LabVIEW8.5软件 (9)
1、简介 (9)
2、特点 (10)
3、虚拟仪器 (11)
4、应用领域 (12)
三、前期练习题目与内容 (14)
四、设计内容与要求 (17)
1、设计内容 (17)
2、设计要求 (17)
五、设计方案 (18)
1、设计思路 (18)
2、程序框图设计 (20)
3、控制面板设计 (21)
六、最终设计结果及运行情况 (22)
1、程序框图 (22)
2、控制面板 (22)
七、课程设计心得 (25)
基于LabVIEW软件的PID自动控制
一、PID控制原理
1、PID 控制介绍
PID 控制是过程控制中广泛应用的一种控制，简单的说就是按偏差的比例(proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)进行的控制。当今，尽管各种高级控制在不断的完善，但目前在实际生产过程中应用最多的仍是常规PID 控制，其原因是：
1) 各种高级控制在应用上还不完善；
2) 大多数控制对象使用常规PID 控制即可以满足实际的需要；
3) 高级控制难以被企业技术人员掌握。
PID 控制器具有结构简单，参数易于调整等优点。在长期的工程实践中，人们对PID控制己经积累了丰富的经验。特别是在那些实际过程控制中，控制对象的精确数学模型难以建立，系统参数又经常发生变化，常采用PID 控制器，并根据经验进行在线整定。
以下将从PID 控制规律、PID 控制的性能指标及PID 控制参数整定三个方面对PID 控制做进一步的介绍。
2、PID 控制规律
PID(Proportional,Integral and Differential)控制器是一种基于“过去”，“现在”和“未来”信息估计的简单算法。
常规PID 控制系统原理框图如图3-1 所示，系统主要由PID 控制器和被控对象组成。作为一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差e(t),将偏差按比例、积分、和微分通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制。控制器的输入输出关系为：
式中u(t)是PID 控制器的输出，e(t)是PID 控制器的输入，Kp为比例系数，Ti 为积分时间常数，Td为微分时间常数。采用PID 控制器的控制系统如图所示。PID 调节器的传递函数为：
比例、积分和微分三个环节的控制是相互关联的，三个参数可以分别调节，也可以只采用其中一种或两种控制规律。简单的说，PID 控制器各环节的作用如下所述：
（1）比例环节：即成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，系统偏差一旦产生，调节器立即产生与其成比例的控制作用，以减小偏差。比例控制反应快，但对某些系统，可能存在稳态误差。加大比例系数Kp，系统的稳态误差会减小，但稳定性可能变差。
（2）积分环节：积分的控制作用主要用于消除稳态误差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，积分速度越慢，积分作用越弱，反之则越强。积分环节可能使系统的频带变窄。积分控制通常与其它控制规律结合，组成PI 控制器或PID 控制器。
（3）微分环节：微分的作用是能反映偏差信号的变化速率，具有预见性，能预见偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的响应速度，减少超调，减小调节时间。由于微分反映的是变化率，所以当输入没有变化时，微分环节的输出为零。微分控制通常与其它控制规律结合，组成PD或者PID 控制器。
为了能更好地理解三个环节具体的设计经验，在这里我们以PI 控制为例加以说明。实际上，根据我们长期的工作经验及对PID 控制理论的认识，在实际的生产过程中，PI 控制可以满足大多数过程控制的要求。PI 控制的知识及经验
可描述如下：
（1）比例主要影响响应速度，Kp愈大，响应愈快，但太大会引起较大的超调和振荡，甚至产生不稳定。Kp增大则超调增加，上升时间减短；反之，Kp 减小则超调减小，上升时间延长。
（2）积分时间Ti表示由积分作用产生一个比例调节效果的大小。Ti主要影响静态精度，消除静差。稳态时，Ti越大，积分速度越慢，消除静差越慢。反之，Ti 越小，积分速度越快，消除静差越快。但积分控制作用太强会使静态性能变差。（3）在偏差较大时，PI 控制器以提高系统动态响应速度为主。为尽快消除偏差，Kp应取大值，Ti应取小值；在偏差较小时，为继续消除偏差，并防止超调过大而产生振荡，Kp值减小，Ti应取大值；在偏差很小时，以提高静态精度，克服大超调，提高系统稳定性为主，此时Kp值应继续减小，Ti值不变或稍减小。（4）偏差变化率e(t)的大小反映偏差变化的速率。e(t)越大，Kp值应越小，Ti 取值也应越小。反之，e(t)越小，Ti取值也应越大。
3、PID 控制的性能指标
衡量一个PID 控制系统性能好坏的指标主要有：上升时间tr、超调量a%、调节时间ts和稳态误差ess。其中：
（1）上升时间tr是指系统实际输出从正常输出的10%上升到正常输出的90%时所需的时间；
（2）调节时间ts是指系统实际输出值稳定在正常输出值的5%或2%范围以内时所需的时间；
（3）超调量a%是指系统实际输出的最大值与正常值的差与正常值的比值；（4）稳态误差ess是指系统达到稳态时的输出值与正常值差的绝对值与正常值的比值。
这四个参数反映了系统的响应能力和稳定性，通过它们就可以判定一个系统性能的好坏。
4、PID 控制器参数整定的分类
PID 控制器广泛地应用于工业过程中，但是PID 控制器的参数整定是一个令人困扰的问题。一般需要经验丰富的工程技术人员来完成，即耗时又费力，加
之实际系统千差万别，又有滞后、非线性等因素，使的PID 参数的整定有一定的难度。许多实际控制系统无法工作在令人满意的状态，很大一部分是由于控制器的自整定的参数没有达到最优，由此人们提出自整定PID 控制器。将过程对象的动态性能的确定和PID 控制器参数的计算方法结合起来就可以实现PID 控制器的自整定，自整定的含义是控制器的参数可根据用户的需要自动整定，用户可以通过按动一个按钮或给控制器发送一个命令来启动自整定过程。PID 控制器参数自动整定过程包括三个部分：一是过程扰动的产生；二是扰动响应的评估；三是控制器参数的计算。从目前的资料和应用情况来看，根据研究方法，可分为基于频域的PID参数整定方法和基于时域的PID 参数整定方法；按照控制对象的输入和输出个数可分为单变量PID 参数整定方法和多变量PID 参数整定方法；按照控制量的组合形式，可分为常规PID 参数整定方法与智能PID 参数整定方法。但是总体来说，PID 参数自整定的方法主要归结为：基于模型的PID 参数整定方法；基于规则的PID 参数整定方法和基于在线模式识别PID 参数整定方法。
下面以PID 控制为例，讨论控制参数，即比例系数Kp，积分时间常数Ti 和微分时间常数Td对系统性能的影响，负反馈控制系统如图3－2 所示：
（1）比例控制Kp对控制性能的影响
1）对动态特性的影响
比例控制Kp加大，使系统的动作灵敏速度加快，Kp偏大，振荡次数增多，调节时间加长。当Kp太大时，系统会趋于不稳定。若Kp太小，又会使系统的动作缓慢。
2）对稳态特性的影响
加大比例控制Kp，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差ess，提高控制精度，但是加大Kp 只是减少ess，却不能完全消除稳态误差。
（2）积分控制Ti对控制性能的影响
1）对动态特性的影响
积分控制Ti通常使系统的稳定性下降。Ti太小系统将不稳定。Ti偏小，振荡次数较多。Ti太大，对系统性能的影响减少。当Ti合适时，过渡特性比较理想。
2）对稳态特性的影响
积分控制Ti能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但是若Ti 太大时，积分作用太弱，以致不能消除稳态误差。
（3）微分控制Td对控制性能的影响
微分控制经常与比例控制或积分控制联合作用，构成PD 控制或PID 控制。
微分控制可以改善动态特性，如超调量 a 减少，调节时间ts缩短，允许加大比例控制，是稳态误差减小，提高控制精度。
当Td偏大时，超调量a 较大，调节时间ts较长。
当Td偏小时，超调量a 也较大，调节时间ts也较长。只有合适时，可以得到比较满意的过渡过程。
5、PID 相关控制
PID 控制器的三个组成部分对系统性能有着不同的影响，所以，我们通常需要配合使用来获得最佳的控制效果。比例、积分、微分控制的不同组合可组成P、PD、PI 和PID 共4 种控制器。
5.1 比例微分控制（PD）
若控制器的输出m(t)既与误差信号e(t)成正比，又与误差e(t)的一阶导数成正比，则称这种控制器为比例微分控制器，简称PD 控制器。采用PD 控制规律的系统称为比例微分控制系统。
PD 控制系统的典型结构如图3－3 所示。
PD 控制器的时域方程为：
式中Kp是比例系数；Td微分时间常数。为讨论方便，令Kp=1，则上式为：
易知作为校正装置的比例微分控制器，其传递函数为：
PD 控制规律具有鲜明的物理意义。由于一阶导数表示变化率，故PD 控制中的微分控制分量对于e(t)的变化非常敏感。误差e(t)一有变动，m(t)值随之变化。e(t)变化愈剧烈，则m(t)值愈大。
由于比例微分控制器的控制作用m(t)超前于e(t)的变化，说明控制器能够提前行动，及时采取措施对系统作出有效控制，起到了“未雨绸缪”的效果，这就是PD 控制的“提前性”。另一方面，由于微分控制可以抓住误差e(t)变动的苗头，预测出e(t)的变化趋势，并及时采取措施以控制系统，这就是PD 控制的“预见性”。
“预见性”、“提前性”是微分控制规律的突出优点，它不但能反映误差信号的变化趋势，而且能在误差信号尚未出现之前，就在系统中发出一个有效的早期修正信号，从而有助于系统的稳定性，并抑制过大的超调量[10]。
5.2 比例积分控制（PI）
若控制器的输出m(t)既与误差信号e(t)成正比，又与误差信号e(t)对时间的积分成正比，则称这种控制器为比例积分控制器，简称PI 控制器。采用PI 控制规律的系统称为比例积分控制系统。
PI 控制系统的典型结构如图3－4 所示。
PI 控制器的时域方程为：
式中Kp是比例系数；Ti积分时间常数。同理，将Kp=1，PI 控制的传递函数为：
上式表明：PI 控制不但给系统引进一个纯积分环节，而且还引进一个开环零点。纯积分环节提高了系统的无差度阶数，从而有效地改善系统的稳态性能，但稳定性会有所下降。不过，由于附加的零点有助于改善系统的稳定性能，因此，Gc(s)的零点正好弥补了积分环节的副作用。综上所述，比例积分控制可以在对系统稳定性影响不大的前提下，有效地改善系统的稳态性能。
PI 控制的物理意义可从误差e(t)的角度作出解释：由于引入积分环节，只要误差信号不为0，积分环节就将其不断累积，并对系统进行相应的控制，迫使误差回复为0，从而有效地提高了稳态性能；而比例控制部分则将e(t)的大小和符号即时按比例对系统进行控制，以维持系统的正常运行。
6、数字PID
计算机控制系统通常利用采样的方式实现对生产过程的各个回路进行巡回检测和控制，它属于采样调节。因而，描述连续系统的微分方程应由相应的描述离散系统的差分方程来代替。
离散化时，令
式中，e(KT)是第K 次采样所获得的偏差信号；Δe ( KT)是本次和上次测量值的偏差。在给定值不变时，Δe ( KT)可表示为相邻两次测量值之差：
式中，T 是采样周期，采样周期必须足够短，才能保证有足够的精度；K 是采样序号，K=0,1,2···
则离散系统的PID 算式为：
在上式中所表示的控制算式中，其输出值与阀位是一一对应的，通常称为PID 的位置算式。在位置算式中，每次的输出与过去的所有状态有关。它不仅要计算机对e 进行不断累加，而且当计算机发生任何故障时，会造成输出量u 的变化，从而大幅度地改变阀门位置，这将对安全生产带来严重后果，故目前计算机控制的PID 算式常作如下变化：
第K-1 次采样有：
两式相减得到两次采样时输出量之差：
其中
式中，为积分系数，为微分系数。
在计算机控制系统中，一般采用恒定的采样周期T，当确定了Kp，Ki，Kd 时，根据前后3 次测量值偏差即可求出控制增量。
二、LabVIEW8.5软件
LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
1、简介
与 C 和 BASIC 一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分
LabVIEW标志
析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是 LabVIEW的程序模块。
LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在 LabVIEW中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。
LabVIEW 程序
2、特点
尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。
可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。
用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。
未来
虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前使用较多的是IEEE488 或GPIB协议。未来的仪器也应当是网络化的。
LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
图形化的程序语言，又称为“G” 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位/64
位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。
它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！现在的图形化主要是上层的系统，国内现在已经开发出图形化的单片机编程系统（支持32位的嵌入式系统，并且可以扩展的），不断完善中(大家可以搜索 CPUVIEW 会有更详细信息；）3、虚拟仪器
虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。
虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器[2]的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI 公司的 LabVIEW。
虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 Microsoft公司的 Windows 诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0 以前的版本。对虚拟仪器和 LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LabVIEW 的最新版本为LabVIEW2011，LabVIEW 2009 为多线程功能添加了更多特性，这种特性在 1998
年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEW Real-Time 工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。
普通的 PC 有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI 标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的 VXI 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI 仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的 PXI 标准仪器。
4、应用领域
LABVIEW有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。
测试测量：LABVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。经过多年的发展，LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。
控制：控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的LabVIEW 自然而然地首先拓展至控制领域。LabVIEW拥有专门用于控制领域的模块
----LabVIEWDSC。除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。
仿真：LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。在设计机电设备之前，可以现在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。在高等教育领域，有时如果使用LabVIEW进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。
儿童教育：由于图形外观漂亮且容易吸引儿童的注意力，同时图形比文本更容易被儿童接受和理解，所以LabVIEW非常受少年儿童的欢迎。对于没有任何计算机知识的儿童而言，可以把LabVIEW理解成是一种特殊的“积木”：把不同的原件搭在一起，就可以实现自己所需的功能。著名的可编程玩具“乐高积木”使用的就是LabVIEW编程语言。儿童经过短暂的指导就可以利用乐高积木提供的积木搭建成各种车辆模型、机器人等，再使用LabVIEW编写控制其运动和行为的程序。除了应用于玩具，LabVIEW还有专门用于中小学生教学使用的版本。
快速开发：根据笔者参与的一些项目统计，完成一个功能类似的大型应用软件，熟练的LabVIEW程序员所需的开发时间，大概只是熟练的C程序员所需时间的1/5左右。所以，如果项目开发时间紧张，应该优先考虑使用LabVIEW，以缩短开发时间。
跨平台：如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上，也可以优先考虑使用LabVIEW。LabVIEW具有良好的平台一致性。LabVIEW的代码不需任何修改就可以运行在常见的三大台式机操作系统上：Windows、Mac OS 及 Linux。除此之外，LabVIEW还支持各种实时操作系统和嵌入式设备，比如常见的PDA、FPGA以及运行VxWorks和PharLap系统的RT设备。
三、前期练习题目与内容
1.创建一个VI 程序，该程序可以产生一个六行四列的二维数组（数组元素为0
到10 的随机整数），并把二维数组的前三行、前三列单独提出来，作为一个新的数组。
2.用0-100 的随机数代替摄氏温度，将每500ms 采集的温度的变化波形表示出
来，并设定上下限，温度高于上限或者低于下限分别点亮对应的指示灯。并将其上下限也一并在波形中表示出来。
3.创建一个程序，产生正弦波、三角波、矩形波、锯齿波，并显示出来。波形
的频率和幅度可以改变。用一个旋钮式开关来选择产生哪种波形。
4.（1）创建一个VI 子程序，该子程序的功能是用公式节点来产生一个模拟压
力，其计算公式是P=80+18.253V+1.244V*V。V 是1 到5 的随机数。（2）调用（1）的子程序，每0.5 秒测量一次压力，共测量20 次，将当前的压力值在波形中表示出来，并求出压力的最大值、最小值和平均值。
5.利用顺序结构和循环结构写一个跑马灯，如下图所示，5个灯从左到右不停
的轮流点亮，闪烁间隔由滑动条调节。
6.设计一个VI 来测量温度（温度是用一个20 到40 的随机整数来代替），每隔
0.25 秒测一次，共测定5 秒。在数据采集过程中，VI 将在波形Chart 上实
时地显示测量结果。采集过程结束后，在Graph 上画出温度数据曲线,并且把测量的温度值以文件的形式存盘。
存盘格式为：
点数时间(S) 温度值(度)
1 0.25 78
2 0.50 85
四、设计内容与要求
1、设计内容
课程设计的课题为基于labview8.5软件，运用PID自动控制原理，来控制直流电机的转速、转动方向以及电机转动的位置。
2、设计要求
运用labview8.5软件产生给定的数据波形，通过电脑输入到转换装置，将生成的波形数据即数字信号转换为模拟信号，模拟信号通过固定电路使电机按照波形信号来转动，电机转动的速度和方向与给定波形基本一致。
但由于从波形产生到电机转动过程中受到许多因素的影响，电机并不完全严格按照波形信号来运行，这当中会产生一个微小的偏差，是电机在实际中达不到预期的效果。
因此，要运用PID自动控制原理，将中间产生的偏差尽可能的消除。
运动控制的基础
运动控制的基础 概观本教程是在NI测量基础系列的一部分。每个在这个系列的教程，教你一个常用的测量应用的特定主题的解释理论概念，并提供实际的例子。在本教程中，学习运动控制系统的基础知识，包括软件，运动控制器，驱动器，电机，反馈装置，I / O。您还可以查看交互式演示，通过本教程的材料在自己的步伐。有关更多信息，返回到NI测量基础主页。目录运动控制系统的组成部分软件配置，原型设计，开发运动控制器移动类型电机放大器和驱动器汽车和机械要素反馈装置和运动的I / O NI相关产品运动控制系统的组成部分图1显示了一个运动控制系统的不同组件。图1。运动控制系统组件应用软件-您可以使用应用软件，以命令的目标位置和运动控制型材。运动控制器-运动控制系统的大脑作用到所需的目标位置和运动轨迹，并建立电机的轨迹遵循，但输出±10 V的伺服电机或步进和方向脉冲信号，步进电机。 放大器或放大器（也称为驱动器）驱动器-从控制器的命令和需要开车或关闭电机的电流产生。电机-电机机械能变成电能和生产所需的目标位置移动到所需的扭矩。机械部件-电机的设计提供一些力学的扭矩。这些措施包括线性滑轨，机械手臂，和特殊的驱动器。反馈装置或位置传
感器-位置反馈装置是不是需要一些运动控制应用（如步进电机控制），但重要的是为伺服电机。反馈装置，通常是一个正交编码器，感应电机的位置和结果报告控制器，从而结束循环的运动控制器。软件配置，原型设计，开发应用软件分为三大类：配置，原型和应用程序开发环境（ADE）。图2说明了运动控制系统的编程过程和相应的NI产品设计过程：图2。运动控制系统开发过程组态 做的第一件事情之一，是您的系统配置。为此，美国国家仪器公司提供测量与自动化浏览器（MAX），不仅运动控制，但所有其他NI硬件配置的交互式工具。对于运动控制，MAX 提供交互式的测试和调整面板，帮助您验证系统功能之前，你的程序。图3 NI MAX是一个交互式工具，用于配置和调整您的运动控制系统。 应用笔记 了解伺服调谐 使用1D互动的环境测试电机功能 轴运动控制器的配置 轴运动控制器设置 运动控制器的编码器设置 运动控制器的参考设置 数字运动控制器的I / O设置原型 当你配置你的系统，你可以开始原型和开发应用程序。在
自动控制原理-PID控制特性的实验研究——实验报告
自动控制原理-PID控制特性的实验研究——实验报告
2010-2011 学年第1 学期 院别: 控制工程学院 课程名称: 自动控制原理 实验名称: PID控制特性的实验研究实验教室: 6111 指导教师: 小组成员（姓名，学号）: 实验日期：2010 年月日评分：
一、实验目的 1、学习并掌握利用MATLAB 编程平台进行控制系统复数域和时域仿真的方法； 2、通过仿真实验，学习并掌握应用根轨迹分析系统性能及根据系统性能选择系统参数的方法； 3、通过仿真实验研究，总结PID 控制规律及参数变化对系统性能影响的规律。 二、实验任务及要求 （一）实验任务 针对如图所示系统，设计实验及仿真程序，研究在控制器分别采用比例（P ）、比例积分（PI ）、比例微分（PD ）及比例积分微分（PID ）控制规律和控制器参数（Kp 、K I 、K D ）不同取值时，控制系统根轨迹和阶跃响应的变化，总结PID 控制规律及参数变化对系统性能、系统根轨迹、系统阶跃响应影响的规律。具体实验内容如下： ) s (Y ) s (R ) 6)(2(1 ++s s ) (s G c 1、比例（P ）控制，设计参数Kp 使得系统处于过阻尼、临界阻尼、欠阻尼三种状态，并在根轨迹图上选择三种阻尼情况的Kp 值，同时绘制对应的阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 的变化情况。总结比例（P ）控制的规律。 2、比例积分（PI ）控制，设计参数Kp 、K I 使得由控制器引入的开环零点分别处于： 1）被控对象两个极点的左侧； 2）被控对象两个极点之间； 3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。 分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制对应的系统阶跃响应曲线，确定三种情况下系统性能指标随参数Kp 和K I 的变化情况。总结比例积分（PI ）控制的规律。 3、比例微分（PD ）控制，设计参数Kp 、K D 使得由控制器引入的开环零点分别处于： 1）被控对象两个极点的左侧； 2）被控对象两个极点之间； 3）被控对象两个极点的右侧（不进入右半平面）。 分别绘制三种情况下的根轨迹图，在根轨迹图上确定主导极点及控制器的相应参数；通过绘制
自动控制原理实验报告
《自动控制原理》 实验报告 姓名： 学号： 专业： 班级： 时段： 成绩： 工学院自动化系
实验一 典型环节的MATLAB 仿真 一、实验目的 1．熟悉MATLAB 桌面和命令窗口，初步了解SIMULINK 功能模块的使用方法。 2．通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的动态特性，加深对各典型环节响应曲线的理解。 3．定性了解各参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、实验原理 1．比例环节的传递函数为 K R K R R R Z Z s G 200,1002)(211 212==-=-=- = 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。 三、实验内容 按下列各典型环节的传递函数，建立相应的SIMULINK 仿真模型，观察并记录其单位阶跃响应波形。 ① 比例环节1)(1=s G 和2)(1=s G ； ② 惯性环节11)(1+= s s G 和1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节s s G =)(1 ⑤ 比例+微分环节（PD ）2)(1+=s s G 和1)(2+=s s G ⑥ 比例+积分环节（PI ）s s G 11)(1+=和s s G 211)(2+= 四、实验结果及分析 图1-3 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形
① 仿真模型及波形图1)(1=s G 和2)(1=s G ② 仿真模型及波形图11)(1+= s s G 和1 5.01)(2+=s s G 11)(1+= s s G 1 5.01 )(2+=s s G ③ 积分环节s s G 1)(1= ④ 微分环节
基于labview的智能家居控制设计
检测技术与仪表实验 课程设计 题 目 基于labview 的智能家居控制设计 姓 名 徐鑫涛 黄敏瑶 学 号 3100404112 3100404129 专业班级 10电气工程及自动化2班 任课教师 李园/钟伟红 分 院 信息科学与工程学院 完成日期 2012年12月20日 宁波理工学院
摘要 随着嵌入式技术的发展和高速宽带网络的普及, 利用网络实现远程监控已为人们广泛接受,嵌入式网络监控技术正是在此条件下逐步发展成熟起来的. 用户使用Web 浏览器,通过以太网远程访问内置Web 服务器的监控摄像机, 不但可以实现对现场的远程视频监控, 而且可以向监控现场发送指令. 在整个系统的实现过程中, 嵌入式Web 服务器起着十分重要的作用,实现智能化离不开运算和控制单元。 本文中，我们探讨实现室内外温度，湿度，光照强度的智能控制采用虚拟仪器技术，数据采集并测得电气物理量,如电压、电流、温度等，基于数据采集以及labview仿真，通过软硬件与计算机的结合,实现了测量的自动化并提供可分析数据，对于温度程序的核心思想，其实就是利用这个系统能够根据温度的变化做出相应的处理，比如说外部温度比设定的温度高那么我就需要让制冷设备发挥作用来降低温度，设置相关反馈环节，基于LabView的温度控制系统，主要讲述控制系统软件方面的设计，首先对温度传感器采集到的温度信号（转化并处理为电压信号）输入到采集卡模拟输入端口，采集卡将信号送入LabView程序处理后从模拟输出端输出相关有效的PWM调制波形，实现了测量的自动化并提供可分析数据，实现使室内的温度、湿度、光照度等保持一个基本平衡的状态的智能化系统。 Internet向普通家庭生活不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋明显，现代智能家居由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特点在21 世纪将成为现代社会和家庭的新时尚。当家庭智能网关将家庭中各种各样的家电通过家庭总线技术连接在一起时，就构成了功能强大、高度智能化的现代智能家居系统。而基于嵌入式系统的家庭智能系统在国内才刚刚出现，随着嵌入式技术更加广泛的应用，随着成本的逐步降低，中国的智能家居最终将走向嵌入式。 关键词：温度反馈嵌入式系统 labview 数据采集
PID自控原理实验报告
自动控制原理实验 ——第七次实验
一、实验目的 （1）了解数字PID控制的特点，控制方式。 （2）理解和掌握连续控制系统的PID控制算法表达式。 （3）了解和掌握用试验箱进行数字PID控制过程。 （4）观察和分析在标PID控制系统中，PID参数对系统性能的影响。 二、实验容 1、数字PID控制 一个控制系统中采用比例积分和微分控制方式控制，称之为PID控制。数字PID控制器原理简单，使用方便适应性强，可用于多种工业控制，鲁棒性强。可以用硬件实现，也可以用软件实现，也可以用如见硬件结合的形式实现。PID控制常见的是一种负反馈控制，在反馈控制系统中，自动调节器和被控对象构成一个闭合回路。模拟PID控制框图如下： 输出传递函数形式： ()1 () ()p i d U s D s K K K s E s s ==++ 其中Kp为调节器的比例系数，Ti为调节器的积分常数，Td是调节器的微
分常数。 2、被控对象数学模型的建立 1）建立模型结构 在工程中遇到的实际对象大多可以表示为带时延的一阶或二价惯性环节，故PID 整定的方法多从这样的系统入手，考虑有时延的单容被控过程，其传递函数为： 0001 ()1 s G s K e T S τ-=? + 这样的有时延的单容被控过程可以用两个惯性环节串联组成的自平衡双容被控过程来近似，本实验采用该方式作为实验被控对象，如图3-127所示。 001211 ()11 G s K T S T S =? ?++ 2）被控对象参数的确认 对于这种用两个惯性环节串联组成的自平衡双容被控过程的被控对象，在工程中普遍采用单位阶跃输入实验辨识的方法确认0T 和τ，以达到转换成有时延的单容被控过程的目的。单位阶跃输入实验辨识的原理方框如图3-127所示。 对于不同的 、 和K 值，得到其单位阶跃输入响应曲线后，由 010()0.3()Y t Y =∞和020()0.7()Y t Y =∞得到1t 和2t ，再利用拉氏反变换公式得到
基于LabVIEW的控制系统仿真
基于LabVIEW的控制系统仿真 摘要 在控制理论教学和实验中，存在着设备短缺、教学手段单一等问题，采用虚拟控制系统实验方式可有效地解决这些问题。本文对控制系统仿真的意义与研究现状作了介绍，提出并确定了基于LabVIEW的控制系统仿真的实施方案。应用NI公司的LabVIEW 2009、控制设计工具包作为软件开发工具，实现了控制系统的建模、分析与设计这一系列过程的计算机仿真。经过编写程序和发布应用程序，最终开发出了一种交互式实验教学系统。该系统包含信号发生器、典型环节、质点－弹簧－阻尼器系统和一级倒立摆系统四个子模块，用户可进行控制系统建模、性能分析、PID设计、LQR设计等方面的研究。各个子模块运行良好，整个系统具有操作简单、界面友好和实时交互的特点；对于教学和实验的改革和创新具有一定的指导意义。 文中详细介绍了该实验教学系统的设计思路与设计过程。主体部分是对系统各个子模块的理论分析、相应的算法分析和虚拟仪器程序的编写，此外还涉及程序的动态调用和发布应用程序等内容。 关键词：控制系统；仿真；LabVIEW；倒立摆；实时交互
Simulation of Control System Based on LabVIEW Abstract In the teaching and experimental process of control theory, there exist problems such as equipment shortages, monotonous teaching methods and etc. We can use Virtual Instrument to solve these problems effectively. This paper introduces the significance and research status of the control system simulation, puts forward and determines the implement scheme of the Control System Simulation Based on LabVIEW. Use NI's products (LabVIEW 2009, Control Design Toolkit) as software development tools to realize computer simulation of the control system modeling, analysis and design process. After writing programs and publishing applications, we can achieve an interactive experimental and teaching system. The system consists of four sub-modules: signal generator, typical elements, the mass-spring-damper system and the single inverted pendulum system. Users can do research in control system modeling, performance analysis, PID design, LQR design and other aspects. Each sub-module of the system runs well, the whole system has the features as follows: simple, friendly interface and real-time interactive. It will provide the teaching and experiment field with reform and innovation. This paper describes the thinking and design process of the system in details. Theoretical analysis and algorithm analysis for the sub-module and Virtual Instrument programs writing are the main parts. It also discusses the dynamic program invocation and publishing applications and so on. Keywords:Control System; Simulation; LabVIEW; Inverted Pendulum; Real-Time Interaction
基于AVR单片机和LabVIEW的丝杆步进电机运动控制系统
基于A VR单片机和LabVIEW的丝杆步进电机运动控制系统 A VR单片机为核心的嵌入式系统，配备专用步进电机驱动器实现对丝杆步进电机运动的控制工作，LabVIEW软件构建虚拟仪器系统并创建友好交互界面。单片机和LabVIEW之间确定串口通信规则，使LabVIEW能够发送相应字符串到单片机从而实现对丝杆步进电机启停、运动方向、运动步数的直接控制，并能够读取电机相关运动状态。文章设计的丝杆电机运动控制系统具有工作稳定，易于操作和可移植性强的特点。 标签：单片机；LabVIEW；步进电机；串口通信 1 概述 丝杆步进电机，又称线性步进电机，由于其特殊的机械机构和工作机理，在日常实验研究及工业生产等相关领域发挥着越来越大的作用。随着技术的不断发展创新，对于丝杆步进电机运动的控制方法已经不仅仅只限于单种技术的使用，而是多技术混合，结合各自的独特优势来实现最优化的系统设计。本系统以A VR 单片机为核心搭建硬件工作电路，LabVIEW软件创建虚拟仪器系统，解决了步进电机工作噪声较大，控制操作不便等问题。 2 系统组成 系统主要由装有LabVIEW软件的计算机，A VR单片机、电机驱动器和丝杆步进电机组成，系统组成框图如图1所示。 其中本系统中选用美国国家仪器（NI）公司研制开发的2014版LabVIEW 软件，LabVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境，可以方便地建立自己的虚拟仪器，利用其编写的上位机程序控制下位机；下位机选用ATMEL公司中8位系列单片机的ATmega128系列单片机，该款单片机稳定性极高，功耗也很低，单片机与计算机之间通过USB线连接；电机驱动器选用TB6600型号的两相式步进电机驱动器，可实现正反转控制，通过3位拨码开关选择7档细分控制，3位拨码快关选择8档电流控制，能达到低振动、小噪声、高速度的效果；丝杆步进电机选用机身长度40mm，相电流1.7A，保持转矩43N·cm，导程8mm的42丝杆步进电机。 3 系统功能实现 本系统是一种丝杆步进电机运动控制系统，最终可通过LabVIEW直接发送控制丝杆步进电机启停、运动方向以及运动步数的命令，并能读取电机相关运动状态。要完成上述功能需要单片机硬件控制电机、单片机与LabVIEW串口通信和LabVIEW状态机三个基本功能的实现。 3.1 单片机硬件控制电机
PID控制实验报告,DOC
实验二数字PID 控制 计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此连续PID 控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法。在计算机PID 控制中，使用的是数字PID 控制器。 一、位置式PID 控制算法 按模拟PID 控制算法，以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，可得离散PID 位置式表达式： 式中，D p d I p i T k k T k k == ,，e 为误差信号（即PID 控制器的输入） ，u 为控制信号（即控制器的输出）。 在仿真过程中，可根据实际情况，对控制器的输出进行限幅。 二、连续系统的数字PID 控制仿真 连续系统的数字PID 控制可实现D/A 及A/D 的功能，符合数字实时控制的真实情况，计算机及DSP 的实时PID 控制都属于这种情况。 1．Ex3设被控对象为一个电机模型传递函数Bs Js s G += 21 )(，式中 J=0.0067,B=0.1。输入信号为)2sin(5.0t π，采用PD 控制，其中5.0,20==d p k k 。采用ODE45方法求解连续被控对象方程。 因为Bs Js s U s Y s G +==21 )()()(，所以u dt dy B dt y d J =+22，另y y y y ==2,1，则?? ???+-==/J)*u ((B/J)y y y y 12221 ，因此连续对象微分方程函数ex3f.m 如下 functiondy=ex3f(t,y,flag,para) u=para; J=0.0067;B=0.1; dy=zeros(2,1); dy(1)=y(2);
基于LabVIEW的几种简单测量与控制系统.
基于LabVIEW的几种简单测量与控制系统 李鹏雄徐熙炜 指导老师：俞熹 （复旦大学物理系上海 200433） 摘要：本文介绍了虚拟仪器的概念，LabVIEW的概念、来源、特点以及应用，着重讨论了几种简化的实用测量与控制系统。对红绿灯系统提出改进，使其更接近于生活中的实际情况。最后有对本实验的理解。 关键词：虚拟仪器 LabVIEW 计算机实测与控制温度计光强红绿灯 一．引言 虚拟仪器（Virtual Instruments）指的是用计算机软件将计算机硬件与仪器硬件结合在一起，利用计算机强大的计算以及模拟能力和仪器设备实现控制和测量的目的的工具。区别于传统的仪器，虚拟仪器没有一套固定的设备、固定的外观和功能等，其很大一部分功能是依赖于计算机来实现的。所以虚拟仪器往往能缩小体积，减少硬件成本。 LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器公司（NATIONAL INSTRUMENTS，简称NI）的创新软件产品。其功能是用编程的方法创建虚拟仪器，但是和传统的编程不同的是，它使用的是图形化的程序语言，称为“G”语言，编写的程序后缀为.VI。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是图标和流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232 和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。它也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。 二．LabVIEW下的几种简单测量与控制系统 使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为VI。VI包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。而每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。图标/连接器是子VI被其它VI调用的接口。 1.温度计 温度计程序是一个典型的测量用虚拟仪器。 图1就是温度计程序的前面板，可以看到上面有酒精温度计的图案，数字显示，还有两个显示电压和温度的框，以及一个停止按钮。
PID实验报告
实验题目：PID控制实验 学生姓名：学号： 区队：日期： 学科名称现代控制系统实验 实验目的 1.理解一阶倒立摆的工作机理及其数学模型的建立及简化的方法；掌握使用Matlab/Simulink软件对控制系统的建模方法； 2.通过对一阶倒立摆控制系统的设计，理解和掌握闭环PID控制系统的设 计方法； 3.掌握闭环PID控制器参数整定的方法；理解和掌握控制系统设计中稳定 性、快速性的权衡以及不断通过仿真实验优化控制系统的方法。 实验设备倒立摆实验箱、MATLAB6.5 实验原理PID控制原理分析： 由前面的讨论已知实际系统的物理模型： Kp=30，Ki=0，Kd=0.5 60 122 .6 ) ( 2- = s s G 对于倒立摆系统输出量为摆杆的角度，它的平衡位置为垂直向上的情况。系统控制结构框图如图3-37，图中KD(s)是控制器传递函数，G(s)是被控对象传递函数。 图1 PID控制结构框图 其中s K s K K s KD D I P + + =)( 此次实验只考虑控制摆杆的角度，小车的位置是不受控的，即摆杆角度的单闭环控制，立起摆杆后，会发现小车向一个方向运动直到碰到限位信号。那么要使倒立摆稳定在固定位置，还需要增加对电机位置的闭环控制，这就形成了摆杆角度和电机位置的双闭环控制。立摆后表现为电机在固定位置左右移动控制摆杆不倒。
实验步骤： 1、使用MATLAB/Simulink 仿真软件建立以下控制模型： 图2 PID 控制模块组成 2、按照PID 参数整定方法调整PID 参数，设计PID 控制器。 3、在倒立摆教学实验软件中进行PID 控制器的仿真验证。 实验结果： 1、PID 参数整定： 设置PID 控制器参数，令Kp=1，Ki=0，Kd=0，仿真得到以下图形： 012345678910 00.5 1 1.5 2 2.53 3.5 4 4.5 x 1030时间t/s 摆杆角度Kp=1，Ki=0，Kd=0 从图中看出，曲线发散，控制系统不稳定。令Kp=20，Ki=0，Kd=0，仿真得到以下图形： 0246810 00.5 1 1.5 22.533.5 4 时间t/s 摆杆角度 Kp=20，Ki=0，Kd=0
基于labview的电梯控制设计
成绩评定表
课程设计任务书
目录 1 目的及基本要求 (1) 2 基本原理 (1) 2.1程序原理 (1) 2.2设计步骤 (1) 3 电梯控制设计和仿真 (2) 3.1 总体程序设计 (2) 3.2 控件描述 (3) 3.3 子程序设计 (4) 4 结果及性能分析 (6) 4.1 运行结果 (6) 4.2 性能分析 (7) 参考文献 (7)
1 目的及基本要求 熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，运用专业课程中的基本理论和实践知识，采用LabVIEW开发工具,实现国际象棋设计和仿真。 基本要求: 本程序是参照日常电梯使用规则而设计的，实现的功能是：程序运行后，可以选择要去的层数一层或者多层，电梯会从低到高的依次在已选择的层数停下来，然后在继续到下一个被选中的层数停下，当都已选楼层停下后，按钮会灭掉，回到一层，等待下一次的楼层选择。本程序基于电梯的特点利用LabVIEW制作的一款简单的电梯控制程序。 2 基本原理 2.1程序原理 设计上可大致分为以下几个部分： 1）主面板部分即电梯主界面的设置 2）控件部分即按钮的设置 3）控制部分就是通过操作按键来控制电梯移动 4）逻辑部分进行判断电梯走动没有，是否运行，同时布尔灯的亮灭 5）显示部分就是将电梯所到层数显示出来 运行原理： 程序运行后，首先规定电梯停在大楼的一层，然后根据右边所点亮的布尔控件上显示的数字层数，电梯经过时间的判断开始运行，向上或者向下移动，到达所选的楼层后，电梯停止，布尔灯灭掉，继续向下一个所选的楼层移动，直到所有的所选楼层全部停完后，
基于LabVIEW软件的PID自动控制
苏州大学机电工程学院 Soochow University of Mechanical and Electrical Engineering 课程设计报告 Curriculum design 课题名称：基于LabVIEW软件的PID自动控制学院: ********院 专业：********* 姓名：＊＊＊ 学号：＊＊＊＊
目录 一、PID控制原理 (1) 1、PID控制介绍 (1) 2、PID控制规律 (1) 3、PID 控制的性能指标 (3) 4、PID 控制器参数整定的分类 (3) 5、PID相关控制 (5) 6、数字PID (7) 二、LabVIEW8.5软件 (9) 1、简介 (9) 2、特点 (10) 3、虚拟仪器 (11) 4、应用领域 (12) 三、前期练习题目与内容 (14) 四、设计内容与要求 (17) 1、设计内容 (17) 2、设计要求 (17) 五、设计方案 (18) 1、设计思路 (18) 2、程序框图设计 (20) 3、控制面板设计 (21) 六、最终设计结果及运行情况 (22) 1、程序框图 (22) 2、控制面板 (22)
七、课程设计心得 (25)
基于LabVIEW软件的PID自动控制 一、PID控制原理 1、PID 控制介绍 PID 控制是过程控制中广泛应用的一种控制，简单的说就是按偏差的比例(proportional)、积分(Integral)、微分(Derivative)进行的控制。当今，尽管各种高级控制在不断的完善，但目前在实际生产过程中应用最多的仍是常规PID 控制，其原因是： 1) 各种高级控制在应用上还不完善； 2) 大多数控制对象使用常规PID 控制即可以满足实际的需要； 3) 高级控制难以被企业技术人员掌握。 PID 控制器具有结构简单，参数易于调整等优点。在长期的工程实践中，人们对PID控制己经积累了丰富的经验。特别是在那些实际过程控制中，控制对象的精确数学模型难以建立，系统参数又经常发生变化，常采用PID 控制器，并根据经验进行在线整定。 以下将从PID 控制规律、PID 控制的性能指标及PID 控制参数整定三个方面对PID 控制做进一步的介绍。 2、PID 控制规律 PID(Proportional,Integral and Differential)控制器是一种基于“过去”，“现在”和“未来”信息估计的简单算法。
基于LabVIEW的控制系统仿真毕业设计
基于LabVIEW的控制系统仿真毕业设计 目录 1 绪论......................................................................................................................................... I 1.1 课题背景 ....................................................................................................................................... - 1 - 1.2 控制系统仿真的意义.................................................................................................................... - 1 - 1.3 控制系统仿真的研究现状............................................................................................................ - 2 - 1.4 本课题研究内容 ........................................................................................................................... - 2 - 2 LabVIEW概述 .................................................................................................................. - 4 - 2.1 虚拟仪器技术 ............................................................................................................................... - 4 - 2.2 控制设计工具包 ........................................................................................................................... - 5 - 3 系统方案的选定............................................................................................................... - 7 - 3.1 系统概述 ....................................................................................................................................... - 7 - 3.2 系统方案的比较与选定................................................................................................................ - 7 - 3.3 系统子模块的规划........................................................................................................................ - 9 - 4 系统设计......................................................................................................................... - 10 - 4.1 信号发生器 ................................................................................................................................. - 10 - 4.1.1 确定方案 ............................................................................................................................. - 10 - 4.1.2 VI设计................................................................................................................................. - 10 - 4.2 典型环节 ..................................................................................................................................... - 13 - 4.2.1 建模及理论分析 ................................................................................................................. - 13 - 4.2.2 VI设计................................................................................................................................. - 14 - 4.3 质点－弹簧－阻尼器系统.......................................................................................................... - 18 - 4.3.1 建模与模型转换及其VI设计........................................................................................... - 18 - 4.3.2 模型分析及其VI设计....................................................................................................... - 21 - 4.3.3 PID设计及其VI设计......................................................................................................... - 25 - 4.4 一级倒立摆系统 ......................................................................................................................... - 29 - 4.4.1 建模与分析及其VI设计................................................................................................... - 30 - 4.4.2 LQR设计及其VI设计....................................................................................................... - 36 - 4.4.3 实时仿真及其VI设计....................................................................................................... - 41 - 4.5 动态调用VI的设计 ................................................................................................................... - 44 - 4.5.1 VI的动态调用..................................................................................................................... - 44 - 4.5.2 VI设计................................................................................................................................. - 45 -
PID控制电机实验报告范本
Record the situation and lessons learned, find out the existing problems and form future countermeasures. 姓名：___________________ 单位：___________________ 时间：___________________ PID控制电机实验报告
编号：FS-DY-20618 PID控制电机实验报告 摘要 以电机控制平台为对象，利用51单片机和变频器，控制电机精确的定位和正反转运动，克服了常见的因高速而丢步和堵转的现象。电机实现闭环控制的基本方法是将电机工作于启动停止区，通过改变参考脉冲的频率来调节电机的运行速度和电机的闭环控制系统由速度环和位置环构成。通过PID调节实现稳态精度和动态性能较好的闭环系统。 关键词：变频器PID调节闭环控制 一、实验目的和任务 通过这次课程设计，目的在于掌握如何用DSP控制变频器，再通 过变频器控制异步电动机实现速度的闭环控制。为实现闭环控制，我们需完成相应的任务： 1、通过变频器控制电机的五段调速。
2、通过示波器输出电机速度变化的梯形运行图与s形运行图。 3、通过单片机实现电机转速的开环控制。 4、通过单片机实现电机的闭环控制。 二、实验设备介绍 装有ccs4.2软件的个人计算机，含有ADC模块的51单片机开发板一套，变频器一个，导线若干条。 三、硬件电路 1.变频器的简介 变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，变频器还有很多的保护功能。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。 2.变频器的使用 变频器事物图变频器原理图
基于labview的交通灯控制
Labview虚拟仪器课程设计 The Design of Temperature Measurement System Based on Virtual Instrument Technology 题目 : LAB VIEW 在交通灯中的应用 指导老师 : 刘宏 专业班级 : 电子091班 姓名 : 杨晓燕 学号 : 15 实习时间 : 2012.9.24-2012.9.28
Labview在交通灯中的运用 一、概论 实现路口信号灯控制系统的方法很多，可以用可编程控制器PLC、单片机、标准逻辑器件等实现。但其功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了设计难度。提出基于labview的智能交通灯控制系统，可实现3种颜色灯的交替点亮、各种信息提示、实时监测交通灯工作状态等功能。不仅编程简单、灵活、可靠性高，而且成本低、具有良好的经济效益。为实现交通系统智能控制提供了一条新途径。 近年来，在快速城市化进程和经济发展的影响下，城市交通迅速增长，交通问题成为困扰许多大城市发展的通病，已成为日趋严峻的国际性问题。其中，十字路口则是造成交通堵塞的主要”瓶颈”。世界发达国家都在积极探索如何最大限度地发挥道路通行能力，尽量减少交通堵塞造成的各种损失。实现十字路口信号灯控制系统的方法有很多，可以通过可编程控制器PLC、单片机、标准逻辑器件等方案实现。但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了设计难度，提高了设计成本。随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术在数据采集、自动测试和仪器控制领域得到广泛应用，促进并推动测试系统和测量控制的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。”软件就是仪器”已经成为测试与测量技术发展的重要标志。 我设计了基于labview的智能交通灯控制系统，该系统可实现3种颜色灯的交替点亮，通过信息提示指挥车辆和行人安全通行，并能实时监测交通灯工作状
普通运动控制卡在LabVIEW平台上的应用
摘要： 介绍了一种在LabVIEW平台上使用普通运动控制卡实现快速开发多轴运动控制程序的方法。该方法首先应用运动普通控制卡提供的函数库编译成通用动态链接库文件，然后使用LabVIEW与外部代码进行连接的动态连接库机制调用这个文件，实现实时的运动控制。 实践证明，该方法不仅可以很好地发挥运动控制卡的性能，而且可以借助LabVIEW强大的界面编辑功能，缩短程序开发周期，美化人机界面。 关键词：LabVIEW;运动控制卡;动态链接库 一、引言 LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美国国家仪器公司（National Instruments）推出一种基于图形语言的开发环境，编程非常方便，人机交互界面直观友好，用户可以创建独立的可执行文件，能够脱离开发环境而单独运行，是目前最流行的虚拟仪器编程平台，广泛应用于测试测量、过程控制、实验室研究与自动化等方面。 在运动控制方面，LabVIEW有专门的运动控制模块，并且NI 公司为其所有的运动控制卡配备相应的驱动程序，可以方便实现即插即用功能。如果用户所使用的板卡不是NI公司的产品，又没有提供与LabVIEW兼容的驱动程序，就不能为LabVIEW所用。但是LabVIEW能够通过调用Windows32动态连接库
（Dynamic Link Library，简称DLL）来编写与LabVIEW兼容的驱动程序，实现该运动控制卡在LabVIEW环境下二次开发，不仅可以大大降低成本、缩短开发周期，而且可以使界面美观。 二、应用背景 笔者在参与某二自由度运动平台运动仿真项目的研制过程中，选用深圳众为兴数控技术有限公司生产的ADT850型四轴运动控制卡，该型号的卡提供多种版本Windows下的驱动程序和在 BorlandC++3.1、VB和VC等多种环境下开发所需的函数库。虽然在这些编程环境中很容易实现所需的运动控制，但是，如果要开发出一个美观的人机交互界面，将会有很大一部分时间花在程序主界面的编写上。为此，我们利用LabVIEW强大的界面编辑功能以及它能够调用Windows32动态连接库的特点，首先在VC编译环境中编译出运动控制所需要的动态链接库文件，然后在LabVIEW环境中编写程序主界面，最后在LabVIEW框图程序中调用动态链接库文件来编写所需的运动控制程序。其主要过程如图1所示。 图1 DLL生成与LabVIEW调用 三、程序设计 LabVIEW具有强大的外部接口能力，可用的外部接口包括：DDE、CIN、DLL、MATLAB Script以及HiQ Script等，其中DLL 是其常用的外部接口。 3.1 动态链接库（DLL）的编写