发布时间 : 星期三 文章NEW基于LabVIEW的电机转速测量与控制虚拟仪器设计 - 图文更新完毕开始阅读
4.3.4 PID控制程序
PID程序设计的好坏，直接影响到整个系统的转速控制效果。在过去，用户要想使用PID控制的话，需要自己在后面板进行算法的编写，而且工作量相对比较大，但近年来NI公司也推出了PID控制工具包，用户只需安装上工具包，即可调用一系列的PID.vi，之后用户只需按照需求调节PID的相关参数，就能实现PID的控制，大大缩小了系统开发的时间。本设计运用的PID.vi如图4-12所示。图中英文output range为设置数据输出的范围大小，里面包含了设置输出的最大值和输出的最小值，在本实验中这是设置采集卡电压输出的范围；setpoint为用户对预期的设定值，在这次设计里为电机转速的设定值；process variable意思为过程变量，在实验中，我们把这个端口连接到电机的实测转速；PID gains就是需要设置的PID参数。
图4-12 PID.vi
由于数据采集卡的输出为0~5 V，因此PID的output需要输出为0~5 V，setpoint与设置转速控件连接，process variable与实测转速控件连接。
对PID进行参数调节，因为控制输出的范围不大，所以调节参数P时不宜太大，选取P为0.005，I和D分别为0，如图4-13所示，图中转速数据振荡非常厉害。尝试引入I，减少系统误差，把I设为0.010，如图4-14所示，效果不太明显。把P向下调节为0.001，保持I为0.010，如图4-15所示，系统振荡减少，但是调节时间过长，需要增大I减少系统误差。将I设为0.015，如图4-16所示，调速效果有了明显的改善，但是超调量仍然过大。再将I设为0.018，如图4-17所示，系统的响应时间减少，超调量与之前相比也有了改善。为了得出更好的调速效果，再将I值设分别为0.019、0.020、0.021，分别如图4-18、图4-19、图4-20，发现I为0.020时，调速效果为最好。
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图 4-13 P0.005，I0.000，D0.000 图 4-15 P0.001，I0.010，D0.000 图 4-17 P0.001，I0.018，D0.000 图 4-19 P0.001，I0.020，D0.000
图 4-14 P0.005，I0.010，D0.000
图 4-16 P0.001，I0.015，D0.000
图 4-18 P0.001，I0.019，D0.000
图4-20 P0.001，I0.021，D0.000
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在调节PID参数的过程中，发现一味单纯调节P参数的话，无论怎么调节响应曲线的超调量一直是非常大的，因此需要引入I参数。把I从小开始调起，发现I慢慢变大，系统的响应时间也随之减少，同时超调量也不断减少，当参数I达到一定的时候再往上增加的话，系统的超调量也会变大起来，这是由于系统的调速效果较理想，所以不用引入参数D。经过实验中PID的参数不断调试，得出P值为0.001、I值为0.020、D值为0.000，输出范围最大值为5.00、最小值为0.00。PID控制程序框图以及PID参数设置如图4-21和图4-22所示。
图4-21 PID控制程序
图4-22 PID参数设置
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4.3.5 数据输出程序
数据输出使用的是AO1端口，DAQ助手的配置为信号输出范围最大值为5，最小值为0，接线端配置为RSE，生成模式为1采样（按要求），信号端接入PID.vi的output端口。并在while结构外添加一个AO1模拟输出，数据配置为常数0，目的是在停止程序运行后，采集卡自动输出一个0 V电压的信号，使直流电机停止转动。后面板编程如图4-23所示。
a) 数据输出程序框图
b) 数据输出参数设置 图4-23 数据输出程序
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