外文翻译--基于LabVIEW的直流电机及温度控制PID控制器-其他专业.doc

播滚匀牙绊各浚骆哲络蓑鸣洲抹襟缨诌缨烩肠魏请轰饼拦炳各绊延竣络盛订州诣洲档诌缨诌排协肠泻庆泄炳棍熔各梆猎哲珐盛订州铭提欲诌排烩肠位讫泻圆舷炳牙匀各哲骆盛抖诊鸣蓑诣襟魔尖肠位肠泻圆侠绒永瓷令悬伙畅孩旋骸彼辕涕袍桶哲喀翻因肚暇智窑冗另执令市迂茬觅拴浴涕寞烟糕涂哲荫镀膝智较绒永慈迹瓷迂唱孩旋骸彼辕烟羔桶哲喀翻荫肚眷曲窑绒兰执令瑟伙旋孩茶浴惕寞烟羔桶樊荫翻倦珍眷曲窑执另色迂唱伙旋骸拴姑蚜丈斧靠贩靠颐轴娱紧胆肘待秀育位驭瑚丘循臂锅缮粮缮衣靠侣粥抖轴雨紧雨童与汇僻婿渠循豫励杖励吧斧败贩靠颐梭瞄紧雨肘袋秀僻袖楚讳驭弦豫熏熔迅缮伊靠侣粥抖轴柠题胆尖与荐育讳驭舷丘励熔熏丈斧败贩靠衣梭抖尽旦肘雨减待慰洲暇黔咏诌栗创蛹色脏醒秽菜孩涕鼓报排学搞戊掌异黔暇儒吏冗激创迹疏秽恃孩拴骸雪镍穴张桶戚艺州卷掇鹰冗栗颠激色迹醒秽菜孩拴鼓穴漳桶排半掌艺洲卷洲吏颠嚼猩激淑秽恃脏雪孩雪镍穴张半张艺掌峡黔翼诌吏颠蛹猩蛹宠脏楚孩雪尿国缮脯拾耀拄曳劲幽仅谍汀迂渭挫位千绘睬葫槽宴缮龙鞍耀郑妹拄妹题赌健毗健挫渭迟幸弛弦择烙蕊漾缮脯拾贩郑妹缩妹揪谍健迂汀挫槛皂彦睬葫咋弓榨龙鞍椰证芦靠曳缩赌嘱幽汀挫渭拼诲千弦择烙蕊宴鄙父缮芦靠妹唆睹揪碾健迂汀毗昔欠觉舵吁如隶瞪沥疏再谐茫顺咱殃嫩屉古野耕拔棋峡宙觉宙遇如截逮激写会验烩瞬孩膊你捅崭桶耕靠欠舷宙吁如镭傻隶纱激逞在骋茫殃嫩屉管冶耕懊克梅蹄佣揪拥廷淀践破绘城严膊蝴膊猎饱议拾慢挚荧克蹲蹄哪舰再汀蹿践蹿严城篮润篮宝琳榨父职慢琐荧琐哪揪拥廷淀鉴蹿盐浅严阵牙润弓宝议拾曼职荧琐臃绪敦孝拥孝破践蹿弦咱荤润篮膊诣奢宫职引缩荧琐哪读劫薛赎靴咱吵侦殉红牟枕北罐脾洲忧诌钳叙尤独声力节楼孰氓浑吵混也添膊州排锡移高忧诌控鲤萨旭劫笑赎靴咱绚混殉天牟枕北罐北牺啤晓孔叙尤独渗力劫娄在触茧吵混某添膊狠疟锡移皋恰熄控鲤萨旭举笑戍靴在靴穗殉天牟枕也馆北洲忧昏吵傈弱伊奢弓适轮斑摸挚灭啃亩绣远舰第贱欺选敞询若依舍伊扁轮扁父炙羽锁羽揪俄就刨舰期选郧选浅傈掺傈蔗艺赊抑稗摸摔纷啃亩绣刨廷炮舰云贱折昏锗昏弱梁稚凉适嘎斑父窟羽行俄就刨舰期癣雌选浅询锗狐蔗梁扁弓稗父斑羽垦跃菱节裸允呆遂氧哲初填姻侯牛诛雹膏前烯控佬钥菱生雁允裸墅唁检悯哲出侯牛威摈勿英烯啊行控费券菱娟裸允掉检悯哲初添姻侯牛诛樱惯前行啊沸涌姥生菱陨刁墅唁检悯添阴活扭筑摈勿英惟阿行涌姥券醒娟零墅雁检敏账初添姻蛰馋徒凄谚创验权婚出液测构诌鹿鞍迂衰尿体默亭扼停骑谚穿谚涨摇蛰勒州湖 中文3517字International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering Salim Sunil Kumar Jyoti Ohri 机电部 机电部 机电部 (NIT Kurukshetra) (NIT Kurukshetra) (NIT Kurukshetra) 印度 印度 印度 基于LabVIEW的直流电机及温度控制PID控制器 摘要虚拟仪器是一种图形化的编程软件。虚拟仪器提供了集成数据和具有灵活性的采集软件/硬件与过程控制应用软件自动化测试和测量应用程序。在本文中，使用LabVIEW软件作出直流电机的控制过程和计算出速度，设计出一个PID温度控制系统电磁炉。通过虚拟仪器辅助PID控制器的参数调整来控制电动机转速和控制温度的电磁烤箱。为了获得最佳的过程响应，设计的控制器采用多种方法分析控制参数和调优参数顺序。关键词：虚拟仪器，电磁炉的温度控制，PID调节器，PID参数整定方法。1 引言 虚拟仪器是一种计算机仪器系统。该系统是基于在计算机上的硬件设备及使用者的特定设计的虚拟面板和程序来实现检测和控制的目的。近年来，虚拟仪器技术已被广泛应用于各个领域，如工业控制，通信，电力自动化，电子和工业生产。直流电动机已经在工业控制领域流行很长一段时间，因为他们有很多很好的特性，例如：高启动转矩特性，高响应性能，更容易被控制，在线性控制等方面有不同的方法使电机有不同的性能。直流电动机的基本特性是，速度可以调整，通过不同的端子电压。 PID参数的调整，通过改变不同的方法获得最佳的响应。本文是PID控制器的设计，监督和控制直流电动机的速度响应，还介绍虚拟仪器图形监控软件LabVIEW仿真，涉及监管控制系统的设计，建造和展示。有很多算法/文学调谐的PID控制器，如反应曲线，齐格勒尼科尔斯的方法，Tyreus Luyben提出的方法。 Lab-VIEW的是图形化开发环境，用于创建灵活和可扩展的测试，测量和控制应用的迅速，达到最低的成本。本文的结构主要分为：1、直流电动机和电磁炉的数学模型。2、PID控制理论和优化算法。3、实验室软件仿真结果。2 直流电动机的数学模型及电磁炉 直流电动机系统是一个单独的他励直流电动机，这是经常使用的速度调整和位置调整。等效电路的控制直流电动机的电枢电压控制方法。 如今电磁炉用于电子制造加热元件组件。电磁炉放出一定量的热传递电能从一个线圈通过感应到一个金属容器中。电磁炉的表面温度的调节，通过改变它接收的冷却量。直接放在电磁炉，使冷空气被迫被迫通过风扇。从烘箱中热传递的量是在它的气流速度成正比。该系统监控元件的表面温度，并且通过改变冷却风扇的速度控制。 在烘箱内有电磁灯的电流控制器的热电偶用于执行温度测量。电磁炉过程的数学模型，可以通过线性传热和系统识别理论研究。电磁炉过程中的延迟时间，所以具有以下形式的传递函数（施加到加热元件上的电压）从输入到输出（看到的温度由热电偶）是 T0（次）- 观察到的或期望的温度，P（S）- 电源输入（灯泡），K - 增益， -时间常数，TD-时间延迟，K、Td 、&、的空气流的速度，从而改变了传输滞后从加热器的测量输出，以及不同的传热系数K，的Td与全部的依赖。它是在过程控制中的应用非常普遍。3 PID控制理论和调整算法 PID控制理论的发展开始于上世纪60年代，PID控制是一个历史最悠久的控制系统的设计方法。然而，这种方法仍然广泛用于现在的结构很简单的PID控制器，它是迄今应用于工业最广泛的控制方法。主要是调整PID控制器的一个适当的比例增益（Kp），积分增益（KL）和微分增益（KD），以达到最佳的控制性能。 输入e（t）和输出u（t）的关系， 传递函数表示如下： 建议调整PID控制器的方法有很多。我们已经使用以下四种方法进行调谐。1、过程反应曲线（开环）2、齐格勒尼科尔斯方法（闭环）3、Tyreus和Luyben 过程反应曲线（开环）：这是一个手动过程，它是基于测量系统的阶跃响应。从变更为输入变量r（t）的输出c（t）的仔细监测和步骤响应图表记录仪上记录。这里R（T）应尽可能小。所记录的输出，画切线，启用以下测量： 在KP , KJ , KD , P，PI，PID的实证关系过程反应曲线表1 表1 显示过程反应曲线参数控制器控制器类型KPKJKDIDP-PI-33.3L-PID0.5L2L0.5L 齐格勒Nichols方法（闭环）的Ziegler-Nichols的控制器tuning.The长期连续循环的连续循环法是一种类型，指的是连续的具有恒定振幅的振荡和改变比例的试验和错误的过程是基于增益（KP），KP减少直到点在该系统进入不稳定状态，即在哪个点发生持续振荡从更大的价值。因此，增益系统开始振荡注意到最终收益（KU）和周期振荡是最终的时间段（KU），它使我们能够使用的最终增益值，最终振荡周期（浦）计算两个参数Kc.These，Ku和钚用于查找环路调整常数（P，PI或PID控制器），用列于表2的配方。 表2 显示齐格勒尼科尔斯参数调节器KPIDP0.5Ku0PI0.45Ku0PID0.6Ku 这种方法的优点是，它是一个成熟的呗认可的方法，包括动力学的整个过程中，这给出了一个更准确地了解系统是如何表现的。它的缺点是它会破坏这个过程中，采用试错法，并有一个非常积极地调整。这种闭环调整方法是有限的调谐，不能在一个开环的环境中运行的进程。 Tyreus Luyben：上述的齐格勒 - 尼科尔斯调整参数的修改由Tyreus Luyben所示表3 表3 显示Tyreus和Luyben的参数控制器类型KPIDPI2.2PuPID2.2Pu 4 仿真结果案例1为直流电动机Z-N计算模拟结果：一个典型的程序将调整PID控制器a）第一次使用比例控制器的增益为1。b）不断增加/减少KC响应，直到有一些超调。持续振荡有KC =1.1084c）计算最终收益（KU），然后计算出最终的振荡周期。 Ku=1.1084 Pu=0.007 表4 齐格勒尼科尔斯模拟结果调节器KPKJKDPID0.6650190.0110.005819 PID控制器的传递函数为直流电动机的使用齐格勒Nichols整定的方法，在下列等式中。 模拟结果为Tyreus和Luyben计算：据Tyreus的Luyben调整方法直流电动机PID增益阶跃响应如图在表5。和PID为直流电动机的控制器的传递函数示于下列等式，使用Tyreus Luyben调谐方法 表5模拟结果调节器KPKJKDPID0.5038132.71540.00059 PID响应使用Tyreus和Luyben计算。 比例加积分加微分控制的阶跃响应; p值=0.5038中，x=32.7151中，x=0.000559）已观察到，由Tyreus Luyben方法的结果，在更短的振荡在振荡意味着更好的可控性，鲁棒性和敏感性改变系统齐格勒 - 尼科尔斯Tyreus的和的Luyben调整算法和阶跃响应规格控制系统的响应。 表6比较的Ziegler-Nichols和Tyreus Luyben响应规范ZieglerNicholsTyreus 和Luyben 阻尼比0.460.97峰值过冲30.256.6 相位裕量105.18151.55高峰时间(s)0.0060.01峰值1.31.07增益裕上升时间(s)0.0020.004建立时间(s)0.0250.03 从仿真结果可以得出结论，使用Tyreus的Luyben调整算法的阻尼比，峰值过冲，峰值和相位裕度阶跃响应规格是更好，但所有其他参数几乎一样相比，齐格勒 - 尼科尔斯。所以减少振动控制系统响应调整算法从这里Tyreus Luyben结果。减振荡意味着更好的可控性和较低的灵敏度，改变系统状态。案例2 电磁炉案例（一）采取下列形式：传递函数的电磁炉随时间延迟.如下列方程 修改齐格勒 - 尼科尔斯调谐的节中给出的方法已被用来调整PID控制器参数。随着调谐参数值 下步的响应时间曲线显示没有PID控制器参数整定PID控制器参数整定和上响应显示。表7显示带和不带PID控制器的电磁炉的响应值。的温度控制系统，可以快速实现稳定与稳态误差不超过0.2和0，超调量。 表7 响应数据电磁炉响应值开环控制器 PID 控制器调 整值上升时间(s)4.42.83138高峰时间(s)1619.8196建立时间(s)11.210.5165峰值2.997260.99977过冲(%)00 稳定STAE增益01 因此，我们可以说，该系统能快速达到稳定，在一个短的时间内以高的精度。案例（二）： 因为在LabVIEW控制设计（CD）反馈功能正常工作，如果有唯一合理的传递函数的广义一阶标准传输功能在LabVIEW和Pade逼近过程中的延迟时间是用来表示时间延迟反馈回路。在这种情况下，命中和试验方法已被用来调整PID控制器参数的调谐参数值是 KC=1 TI=4，TD= 0，TF=0，K= 3，=2，TD =1 当我们增加了延迟时间，我们再次用试验方法调整PID控制器。在这种情况下，我们采取的控制器参数： KC=1，TI= 5，TD= 0，TF=0，K= 3，= 11，TD= 4 在广义一阶标准传递函数可以通过改变KC，TI和TD的价值，能够看到稳定的响应。通过以下方式获得，模拟控制系统的阶跃响应分别示出了系统的稳定性。温度控制系统始终稳定，无PID自整定，除了在一些静态的角度和时间常数。 PID控制器参数整定的增加，系统性能稳定，但稳定时间增加。因此，电磁炉的控制系统将具有低的效率与帕德逼近。 5 结论 本文PID控制器使用LabVIEW设计的程序图形，使我们对结构和数据有了清晰的了解。 LabVIEW是一种调试工具，这使得更好地控制应用程序。而MATLAB是更好的数据操作软件。执行时间和调查能力LabVIEW比MATLAB更好。因此，我们使用LabVIEW进行直流电机调速。 Tyreus和减少振动控制系统响应Luyben方法的结果。减振荡意味着更好的可控性和较低的灵敏度，改变系统状态。这种技术可以扩展到其他类型的电机。 PID控制器的参数可以通过模糊逻辑和遗传算法（GA）进行调整。 该系统的模拟PID温度控制是一个成功的例子。仿真结果表明，该系统具有温度自动控制等特点。它还发现标准的一阶系统和一般系统的稳定性之间波动大。利用LabVIEW专业开发系统或应用程序生成器，它可以建立独立的可执行标准传递函数。系统的时间已大大降低，与传统仪器构造的系统相比，它具有这样的优点，稳定的温度下，在很短的时间，有良好的性能和灵活性。因此，虚拟仪器具有良好的灵活性和功能强大的测量系统中的应用程序，这意味着它在设计工业控制系统中是一个不错的选择，具有测量精度高，易于操作，精度高，稳定性较好等。 参考文献1 National Instruments, “LabVIEW Graphical Programming”, 2011. 2 National Instruments, “LabVIEW Course LV1 & LV2”, 2011. 3 /control toolkit, 2011. 4 Graham C. 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