CVI的无刷直流电动机转速控制仿真系统研究.docx

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1、基于LabWindows/CVI的无刷直流电动机转速控制仿真系统研究基于LabWindows/CVI的无刷直流电动机转速控制仿真系统研究ronggang导语：该文基于Labwindows/CVI强大的图像设计与处理功能，设计了电网波动对无刷直流电动机转速控制的影响的仿真系统，并采用扩大临界比例法进展整定的数字PID控制来减小这种影响摘要：该文基于Labwindows/CVI强大的图像设计与处理功能，设计了电网波动对无刷直流电动机转速控制的影响的仿真系统，并采用扩大临界比例法进展整定的数字PID控制来减小这种影响。理论说明，该系统能有效的仿真电网波动对无刷直流电动机转速控制的影响，并对电网参数的

2、计算提供参考价值。关键词：Labwindows/CVI;电网波动;数字PID;无刷直流电动机;仿真balign=centerResearchonLabwindows/CVI-basedbrushlessDCmotorspeedcontrolsystemsimulationLIYadong,YANGGuanlu/align/bAbstractThethesisisbasedonthepowerfuldesignandimageprocessingfunctionsofLabwindows/CVI,anddevisesasimulationsystemofthepowergridfluctuati

3、onsofthebrushlessDCmotorspeedcontrol.AlsoitexpandstheuseofthecriticalmethodofsettingthedigitalPIDcontroltoreducetheimpact.PracticeshowsthatthesystemcanbeaneffectivesimulationthatthegridfluctuationsinfluencethespeedofthebrushlessDCmotor,anditprovidesreferencevaluetogridcomputing.KeywordsLabwindows/CV

4、I;Fluctuationsinpowersystem;DigitalPID;brushlessDCmotor;simulation0.引言无刷直流电动机去掉了普通直流电机的机械换向装置而改用电子换向,这使得它同时具有了直流电动机易于控制和异步电动机构造简单、本钱低的优点,进而得到了广泛的应用。怎样对它的转速进展最正确控制,仍然是目前探究的热门课题2。LabWindows/CVI是交互式C语言开发环境,它以ANSIC为核心,将功能强大、使用灵敏的C语言与用于数据收集分析和显示的测控专业工具有机地结合起来。它的集成化开发环境、交互式编程方法,函数面板和丰富的库函数大大增强了C语言的功能,为熟悉C

5、语言的开发人员开发检测、数据收集、经过监控等系统提供了一个理想的软件开发环境1。随着社会进步和技术开展,电网负荷不断加重，电网污染日益严重，关于电网波动对负载影响的研究越发显示它的重要性。PID控制是最早开展起来的控制策略之一,由于其算法简单、可靠性高,因此被广泛应用于经过控制和运动控制中。然而实际工业消费经过往往具有非线性、时变不确定性,难以建立准确的数学模型,应用经典PID控制器难以到达理想的控制效果,这就需要对经典PID控制进展改良,对其进展有效的整定,本文基于LabWindows/CVI的强大功能，来仿真电网波动对无刷直流电动机转速的影响，并采用扩大临界比例法进展整定的数字PID控制来

6、减小这种影响。1.控制系统原理及系统框架1.1数字PID控制PID控制是将偏向的比例P、积分I和微分D通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进展控制，这样的控制器称PID控制器。积分器能消除静差，进步精度，但使系统的响应速度变慢、稳定性变差。微分器能增加稳定性，加快响应速度。比例为根本环节。三者合用，选择适当的参数，可实现稳定的控制。PID控制器构造简单，参数轻易调整，不一定需要系统确实切数字模型，因此在工业中广泛应用。PID控制器最先出如今模拟控制系统中，传统的模拟PID控制器是通过硬件电子元件、气动和液压元件来实现它的功能。随着计算机的出现，把它移植到计算机控制系统中来，将根据实验

7、和经历在线调整参数，此可以根据实验和经历在线调整参数，因此可以得到更好的控制性能。1.1.1该PID控制器采用传统的增量式数字PID控制3：1式中，KsubP/sub为比例放大倍数;KsubI/sub为积分时间常数;KsubD/sub为微分时间常数。1.1.2设可控硅整流模型采用，采样周期取10ms即：in为电网电压输入21.1.3无刷直流电动机模型的建立4一相导通三相三状态的无刷直流电动机的方程为:3电枢回路电压平衡方程式：4式中：Lsub/sub为相绕组电感,Rsub/sub为相绕组电阻,lsubv/sub为电动势常数,是转子旋转的角速度。力矩平衡方程式：5式中:Tsubem/sub为电磁

8、转矩,Tsub1/sub为负载转矩,B为阻尼系数,J为转动惯量,ksub1/sub为转矩常数。由以上等式可得到无刷直流电机的状态空间61.1.4软件整体流程图大致如图1：align=center图1整体流程图/align1.2数字PID的整定法选择对PID参数的整定一般采用试凑法、经历数据法或工程整定法。工程整定法主要有扩大临界比例法，扩大响应曲线法，归一参数整定法等方法。本系统使用扩大临界比例法。扩大临界比例法适用于有自平衡性的被控对象，整定步骤如下：1首先，将调节器选为纯比例调节器，形成闭环，从小到大改变比例系数KsubP/sub，使系统对阶跃输入的响应到达临界振荡状态稳定边沿，将这时的比

9、例系数记为Ksub/sub，临界振荡的周期记为Tsub/sub。Ksub/sub与Tsub/sub的选取，可应用LabWindows/CVI虚拟仪器编程实现。2根据齐格勒尼柯尔斯Ziegle-Nichols提供的经历公式5图2所示，就可由这两个基准参数得到PID调节器参数。align=center图2经历公式/align编程得到Ksub/sub、Tsub/sub的软件流程图图3所示。align=center图3PID整定的软件流程图/align1.3系统框图整个直流电动机转速控制仿真系统控制框图如图4所示，主要局部由数字PID控制来完成。align=center图4控制框图/align我们知道

10、，直流电机的输入电压由电网输入的沟通电和可控硅相控的触发角决定。根据这个原理，当电网波动时，数字PID的输出控制可控硅的相控电路，使得直流电机的转速稳定在额定转速。但根据这个原理，假设沟通电压过低，可能就带动不了电机到额定转速，故本系统采用PID输出与整流电压之和作为电机的输入，这样也可以到达控制电机的目的。2软件功能简介本软件的主界面如图5所示，根据功能可划分为波形显示区、波形处理区、控制区。1波形显示区。由波形显示屏幕以及转速表组成，可观察到直流电机的转速变化,从图中可以看出红色的转速变化曲线。2波形处理区。利用LabWindows/CVI的处理功能，对所获得的输出波形进展处理。具有缩放、

11、平移、图形打印以及波形的保存功能;在该区还可以显示超调量与调整时间两项重要指标，以此为根据有利于对实验结果进展检验。假设要连接数据库效劳器可点击该区的“网络参数设置按钮。3控制区。所有的控制功能以及控制参数均由控制区输入。本系统采用PID控制，KsubP/sub、KsubI/sub、KsubD/sub参数以及预期转速可由控制区输入;启动电机、停顿电机的操纵也在控制区。align=center图5软件的主界面/align3本软件的操纵本系统包含三个软件：测试电网GRID.exe、直流电机控制直流电机控制.exe与测试数据库DB.exe。测试电网模拟从电网输入市电，测试数据库模拟数据库效劳器端接收

12、电机的参数。操纵时，按顺序翻开DB.exe，直流电机控制.exe，GRID.exe。假设后两者显示“连接效劳器失败，可依次改变其界面上的IP地址为DB.exe及直流电机控制.exe所在的电脑的IP，并人工进展连接。所有的控制操纵均位于图5的控制区。“启动电机将模拟电机在图示的KsubP/sub、KsubI/sub、KsubD/sub参数下工作;“停顿电机将使电机停顿转动;“电机参数可修改电机的参数，并可将其转换为传递函数形式;“网络参数可查看网络的连接状态并手工进展效劳器的建立与连接数据库效劳器;“PID参数整定可针对电机模型进展扩大临界比例法的工程整定，得到较为适宜的KsubP/sub、Ks

13、ubI/sub、KsubD/sub参数;“关闭仪器将关闭这个软件。此外，软件还有局部人性化的操纵，如菜单、右击软件界面或图形显示区弹出的弹出窗口、图形保存、图形打印以及图形缩放。综上所述,虚拟仪器是传统电子仪器与计算机技术的有机结合，它有着传统仪器无法比较的优点。本文采用Labwindows/CVI设计了无刷直流电动机转速控制仿真系统软件。该系统对于电力系统仿真，电网参数的计算都有参考作用。它可以实现接收电网发送过来的电压，经数字PID处理后，将转速、电压、电流参数由网络发送到数据库效劳器端，这些将被保存在数据库中，并以此为根据选择适宜的控制参数。通过调试，无刷直流电动机转速控制仿真可以正常运

14、行，且扩大临界比例法可以使PID参数的整定时间大大优化。本文成功实现了CVI编程与数字PID控制的结合，并利用CVI编程来仿真电网波动对无刷直流电动机转速的影响，并找到一种有效的PID参数整定方法，其结果对电力系统的仿真与电网参数的计算均具有参考作用。1宋宇峰等编著LabWindows/CVI逐步深化与开发实例M北京:机械工业出版社,20032张继祖.基于DSP和自抗扰控制器的无刷直流电动机转速控制J.西安理工大学硕士学位论文,2007.33何克忠,李伟.计算机控制系统M北京:清华大学出版社,19984宋受俊，刘景林.无刷直流电动机建模及其当代调速方法的仿真J.微特电机2004，09：21-245陈传硕，田丽华.PID控制参数的整定方法J.长春邮电学院学报，1994，Vol.12No.1作者简介：李亚东1982-，男汉族，河南人，华侨大学信息学院06级研究生，电工理论与新技术专业，主要研究感应加热电源和虚拟仪器。