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1、本科生毕业论文(设计)题 目：基于aVEW的直流电机速度 控制系统的设计与分析 院 系: 机电工程学院 专 业: 班 级: 学生姓名: 姜京元 指导教师: 二一五 年 五 月学术诚信声明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料均真实可靠。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本论文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本毕业论文的知识产权归属于培养单位。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学生姓名: 姜京元 日期：20年月18日 写在前面的话这篇论文与其理解为一个 基于
2、aVIW的直流电机速度控制系统设计与分析的学术论文，倒不如理解其是一个LabVIEW新手指导教程。本论文详细介绍了LaVIEW基本操作方法,Smuaon &Conrol Dsin工具包、PID工具包中的各种工具和使用方法,AQ系统的建立和使用方法。这是一个非常适合本科大学生初次使用LabVIEW时进行学习的材料。我在写这篇论文的过程中走了很多弯路但是好在最终结果还算令人满意。在这里我把我总结的LabVIEW各部件作用及使用方法系统的介绍给大家，方便大家学习和使用LabVIEW。摘 要直流电机由于具有传动比分级精细,转速型谱宽，电机结构紧凑,承受过载能力强,等优势,实现对直流电机的精确速度和位置
3、控制一直是国内外研究的焦点。本次实验设计借助NI公司的LabVIEW203软件构建直流电机速度控制程序实现直流电机的速度控制。设计过程主要分为四部分，第一部分为虚拟电机模型的构建。通过对电机的电气方程和机械方程的拉数学处理求得电机转速与输入电压之间的传递函数。查阅直流电机用户手册上的相关参数值代入传递函数获得电机数学模型。第二部分为模型匹配过程，通过向真实电机和虚拟电机发送相同的控制信号，并比对响应波形进行模型参数调整达到模型匹配要求。第三部分为PI控55制器设计，即I参数试凑部分,借助于虚拟电机传递函数进行ID参数的试凑,获得一套可以使电机控制系统性能指标达到设计要求的PI参数。第四部分为真
4、机测试，将PID试凑获得的参数代入实际控制系统的PID控制器中进行实际电机速度控制，观察分析响应波性是否达到设计指标。上述四部分中，后面三部分都需要在LVIEW软件上面进行，通过编写相应的VI达到功能要求。需要掌握的基础知识有：abVIEW基本操作方法,利用Simuatio & Conrol Design工具包、PD工具包构建控制系统，DAQ系统的建立和使用，PD参数的整定方法,DCMC实验板的硬件结构及使用方法。关键词：直流电机；速度控制;aVIEW；PI；D;DCMCAtacFor th reas tatDC motor euis he adantges fine transmission
5、 rtio clasicai, iespeed tpe spetral,compattor stuctureandovelad earin, th esarch of preise vlocit dpoitoncontrol f DCotoas alwys bee the exrimentng focuhis xemet eblised DC mtor velocity ontrol sysem bae on he abVIE201 y I copny.Teveral sste dign procss an e divided ino 4setins.Te rstsectionis odelc
6、onstruction.Bythe mahetica eductonon th o lectca quationsand mechanial equatioof te motor, th transfe fuctinth paratrs is baie， ollong the rfeene of thser anual of CCT inrdert f t the pamter values, whichhelpd to bil uthe mathemaica mdl. e seond art odel validain, i ic te mdl d the remotorecevth snu
7、 signa. y oarng diffrencs between he otputs of moel and ead motor, theparamer values f themode aedeermed. The nxt isID otroler consrucin ad hos mortnt art i thstageis the estimation f PD gains Finaly, thelas part oft epermet s aiztin o control sst Th PDgai calculat re put nto he ealconrol syeand the
8、 fial esult f thecontol sytmis nalzed.In thefour sectns above, llof thelast hree stas ae operating onabVIEW. Byrgrammig difrnt VIs o acomplishthe rquirementespectivel. T demands f hisexeriment re ha stuents sol mter th peratin of LabVIEW basfunctions, as wellas the us ofimulain &ContrlDeign tolkit,P
9、IDtokit，IAmx， QNET CCTand he ethodoframetretting.Kyord: D tr; velit cntrol; LbVIW； P;DA;DCMC目 录第1章 绪论.本课题的研究背景和意义12 课题的研究现状1.3 本课题的工作内容21.4本文的结构安排2第章 硬件介绍42.1 DCMT实验板42.1.1 实验板基本组件介绍42.1.2 实验板DA系统介绍6 NI ELVIII72.2. NI LVI II结构介绍第章虚拟仪器与abIEW介绍83 虚拟仪器3.1 虚拟仪器简介8.1.2 虚拟仪器的优势83. LabVE83.21 LVIW概述83. LVI
10、W编程语言9第4章 NI-DAQmx11.1DAmx简介1.1.1 传统DAQmx工具141.2 传统虚拟通道建立过程1342 D助手的使用15第5章 基本控制系统和PID控制器的构建15.1基本控制系统的构建175.1 使用Simulaton选项卡工具构建控制系统751.2 使用ontrlesig选项卡工具构建控制系统5.2 PID控制器的构建225.2.1基本的PID控制器构造235.2 使用D工具构造PID控制器3第6章 直流电机模型的构建和模型匹配过程26. 建立直流电机仿真模型256.1 直流电机的电气方程和机械方程2.1.2建立开环模型6.13查阅参量数值并带入传递函数关系式2.
11、模型匹配26.模型匹配VI简介862. 模型匹配过程介绍062.3 模型匹配触发波形幅值选择124 可变参数传递函数构建3.5 电机停转控制3第7章 直流电机控制器设计与控制结果分析347.1 控制器设计37.11 确立系统类型34.1.2 建立闭环传递函数357.2 P参数整定3521 参数整定VI介绍5722 PD参数试凑法72.3 动态系统方框图及系统性能指标自动计算373 直流电机控制器实现47.3.1 电机速度手动控制系统响应分析07.3.2 电机速度控制系统响应分析417.3 abVIEW中波形发生器实际频率求取47.3. 系统响应结果分析447.3.5 结果分析47.3.簇的构建
12、46第8章 结论48致谢48参考文献9第1章 绪论1.1 本课题的研究背景和意义虚拟仪器技术(irtua strumn）就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NIabVEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节,从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间,并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息,共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。1因此，其研究的意义非常重要。直流电机(dre current machi)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机）或将机械能转换成直流电能(直流发电机）的旋转电机。直流电机的定子是一个固定磁场，直流电通过转子的电刷在其周围形成变化的磁场，从而在定子内转动。在工业企业中，由于直流电源相对比较可靠,直流电机一般用于要求能够可靠运行的备用机械或保安机械；而由于直流电机随着输入电压的变动转速也能变动,所以需要经常调速的地方采用直流电机也不少，如电车、电力机车等等。2在此基础上,研究直流电机的基于虚拟仪器的速度控制将有极大的意义。1.2 课题的研究现状直流电机由于具有传动比分级精细，选择范围广，转速型谱宽,电机结构紧凑,体积小,造
