基于LabVIEW的直流电机转速PID控制系统设计

谢三毛

华东交通大学机电工程学院,江西南昌(330013)

摘　要　阐述位置式PID控制算法,分析基于LabVIEW的直流电机转速PID控制系统的硬件组成及软件设计方法。系统编程简单,具有良好的软件交互界面,控制效果良好,有实际应用价值。

关键词　LabVIEW;直流电机;转速;PID控制

中图分类号TM301.2　TM33　文献标识码B　文章编号100827281(2009)0420015202

DesignofPIDSpeedControlSystemforDCControlMotorbasedonLabVIEW

XieSanmao

Abstract　Thispaperdescribesaposition2typePIDcontrolalgorithm,analyzesthe

hardwarecompositionandsoftwaredesignmethodofPIDcontrolsystemofDCmotorbasedonLabVIEW.Thissystemhastheadvantagesofsimpleprogram,finesoftwareinterfaceandeffectivecontrol,soithasacertainpracticalapplicationvalue.

Keywords　LabVIEW;DCmotor;speed;PIDcontrol

0　引言

直流电机广泛应用于工矿企业机电设备之中,与其它类型的电机相比,它具有良好的起动性

能,且能在宽广的范围内平滑而经济地调速,过载能力较强,制动转矩较大,因此直流电动机在起动和调速要求较高的生产机械上广泛被应用。智能控制电机转速的算法很多,如PID算法、自适应模糊控制法等。

本文利用LabVIEW7.1软件,通过编程实现直流电机转速PID算法(Proportion,Integral,Dif2ferentialcoefficientarithmetic)控制。计算机控制是一种采样控制,在计算机PID控制系统中,使用　　　　　　　u(k)=Kpe(k)+1Ti

的是数字PID控制器,数字PID控制算法又分为

位置式PID控制算法和增量式PID控制算法,本系统采用位置式PID控制算法。

1　位置式PID控制算法

位置式PID控制系统框图如图1所示,对r偏差信号进行PID运算产生控制电压,此模块输入量为电机实际转速和指定转速对应的差值,输出量为控制直流电机运行速度的电压。

图1　位置式PID控制系统框图

Σe(i)+×T×

i=0

k

TdT

[e(k)-e(k-1)](1)

式中,k—采样序号,k=1,2,3……;

u(k)—第k次采样时刻的计算机输出值;e(k)—第k次采样时刻输入的偏差值;Kp—控制器的比例放大系数;Ti—控制器的积分时间;

Td—控制器的微分时间;T—采样周期。

2　系统组成及工作原理

系统由一台计算机、一台直流电机装置、一块

数据采集板、光电传感器及直流电机驱动电路板组成,其系统结构框图如图2所示。光电传感器对电机转速进行检测,通过数据采集板反馈到计算机,从而实现了计算机配合采集卡对直流电机转速的闭环控制。由于采集卡输出的模拟电压控制信号功率较小,无法驱动功率较大的电机,经过诸多比较,最终选用了SSR固体继电器直流控制

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由于计算机的输出u(k)直接控制执行机构,u(k)的值与执行机构的位置一一对应,所以称为位置式算法。

电路来控制电机的驱动电压。实现计算机对直流电机转速的实时检测与控制。

图2　系统结构框图

3　系统软件设计

系统编程采用LabVIEW软件,其程序由2部

分组成:前面板、框图程序。图3为直流电机控制系统前面板,图4为直流电机控制系统框图程序。在前面板,输入用输入控件(Control)来实现,程序运行结果由输出控件(Indicator)来显示。在虚拟仪器的前面板上的示波器和电压进度条可以直观的看到输出电压信号变化情况和采集卡的负载。光电传感器用来对直流电机转速的测量,将转速转化为波形信号,传感器的输出信号通过数据采集卡的模拟输入通道反馈到计算机中,在虚拟仪器中对其进行整流和滤波,获得稳定的转速。将其与设定转速相比较,计算出设定转速与实际转速的偏差值,在基于LabVIEW的PID控制系统中对这些数据进行处理,形成控制信号,采集卡根据接收到的指令通过模拟输出通道输出电压信号给直流电机控制电路,对其的控制电压进行控制,从而实现计算机对直流电机转速的闭环控制。

和标度转化模块。标度转化模块功能是计算直流电机实际转速与指定转速的偏差,并实时显示速度变化曲线。

图4　直流电机控制系统框图程序

4　结语

虚拟仪器技术是计算机技术和传统的仪器仪表技术相结合的产物,是全新概念的最新一代测

量仪器。用虚拟仪器图形化编程软件LabVIEW实现对直流电机转速控制编程,其软件界面形象生动,并且编程简单,实现起来非常方便,可根据用户的不同要求随时调整控制方式,因此具有应用价值。

参考文献

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业出版社,2000.

[3]　王仲生,陈东.智能检测与控制技术[M].西安:西

图3　直流电机控制系统前面板

北工业大学出版社,2002.

[4]　李邓化,彭书华等.智能检测技术及仪表[M].北

系统采样点数、采样速率、通道等设置在

DAQ2MAX(数据采集卡测试与自动化资源管理器)中完成。从框图程序中可知,整个程序结构是一个while循环,其内部结构分为3个模块:数据采集及数字滤波模块、数字PID控制算法模块

京:科学出版社,2007.

　作者简介:谢三毛　男　1965年生;华东交通大学机电工程学院副教授,从事机械设备故障诊断教学与研究工作.　收稿日期:2008211220

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