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1、实验五 直流电机转速控制设计一、实验目的1了解直流电机转速测量与控制的基本原理。2. 掌握LabVIEW图形化编程方法，编写电机转速控制系统程序。3. 熟悉PID参数对系统性能的影响，通过PID参数调整掌握PID控制原理。二、实验设备与器件计算机一台，NI ELVISII多功能虚拟仪器综合实验平台一套，LabVIEW软件，万用表 1个，12V直流电机1个，光电管1个，电阻若干，导线若干。三、实验原理直流电机转速测量与控制系统的基本原理是：通过调节直流电机的输入电压大小调节电 机转速；利用光电管将电机转速转换为一定周期的光电脉冲，采样脉冲信号，获取脉冲周期， 将脉冲的周期变换为脉冲频率，再将脉冲
2、频率换算为电机转速；比较电机的测量转速与设定 转速，将转速偏差信号送入PID控制器，由PID控制器输出控制电压，通过可变电源输出 作为直流电机的输入电压，实现电机转速的控制。原理框图、检测与控制硬件电路图如图 5-1 和图 5-2 所示：图 5-1 电机转速测量与控制原理框图图 5-2 电机转速测量与控制硬件电路图直流电机转速控制设计中特别需要考虑的问题：1. 电机启动的“死区”问题。电机刚上电时速度为0，光电检测脉冲周期测量为 0，那 么脉冲频率测量为无限大，该怎么办? 一个办法：设定转速的“虚拟下限”。2. 可变电源输出初始电压一定要调为0，避免烧坏直流电机。还要避免电源短接。3. 需要设
3、置合适参数值：PID参数、转速下限、设定转速上限、可变电源的电压输出 范围、数据采集的采样率等，而所有这些参数都需要根据所用的直流电机来考虑，低速电机 与高速电机是完全不同的。4. 采样率（Sample Rate）的设置与待读取样本（Samples to Read）设置。连续采集中, 要使ELVIS数据采集平台的FIFO缓存与计算机内存这两处缓存一直不溢出，必须保证USB 总线的数据转移速率大于数据采集速率，同时程序必须尽快读取计算机内存中的数据。采样 率设置一般建议为乃奎斯特频率的10倍或更高；待读取样本（Samples to Read）设置为采 样率数值的 1/10到1/5。5. PID控
4、制算法可利用LabVIEW PID工具包中现成PID函数，也可以自行设计。PID 参数调整采用试凑法。四、实验内容与要求1 .自学LabVIEW图形化设计软件，可利用LabVIEW帮助信息（Ctrl + H）、LabVIEW 范例查找器、参考书籍、网络资源。阅读PPT,重点掌握LabVIEW DAQmx API函数、while 循环、定时、移位寄存器、PID模块、波形测量等。2. 在实验板上搭建出电机转速光电检测电路。3. 应用LabVIEW软件设计实现对直流电机转速的检测与PID控制。其中，要求利用 NI ELVISH可变电源VPS驱动12V直流电机旋转，通过改变电压来改变电机的转速。期望
5、达到的如图5-3所示的控制效果。7 400叽试电机Ld I T , TidiKiKD。Kp在低频区PI控制起作用，提高系统型别，消除或减小稳态误差。中、高频区PD控制 起作用，增大系统的相位裕度与幅值穿越频率，加快系统的响应速度。二、LabVIEW DAQmx API 函数LabVIEW 是一种图形化的系统设计软件平台，特点就是可以非常方便地集成硬件，构 建起软硬件结合的实际系统。要构建实际控制系统，与 DAQ 密不可分。本节重点介绍 LabVIEW中编程快速灵活的DAQmx API函数。DAQmx API 函数引入多态机制，即一个多态 VI 可以接收或输出多种数据类型，可以 实现模拟I/O、
6、数字I/O、计数器等多种功能，使得编程灵活、通用性强。DAQmx API函数 位于LabVIEW的VI程序框图设计窗口“函数” T “测量I/O” T DAQmx-Data Acquisition 数据采集子选板中，如图1-3所示。图 1-3 DAQmx 数据采集选板常用DAQmx API函数包括：DAQmx创建虚拟通道、DAQmx读取、DAQmx写入、DAQmx 定时、 DAQmx 触发、 DAQmx 等待直到完成、 DAQmx 开始任务、 DAQmx 停止任务、DAQmx清除任务。DAQ.mx(1)：电压 DAQmx创建虚拟通道DAQmx Create Virtual Channel.vi)：创建测量通道，可以通过多态VI选择器选择创建模拟输入通道、模拟输出通道、数字I/O通道或计数 器通道。对于模拟输入信号，可以进一步选择测量类型。DliLLiTi： :2)模拟DBL1通道1采样DAQmx读取(DA
