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时间:2020-07-01 17:50  编辑:铜仁步行街

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基于LabVIEW的PID控制系统设计与实现

摘要:针对传统单片机PID控制在数据处理、显示、存储等方面的不足,将虚拟仪器技术用于PID控制中,设计了基于LabVIEW的单容水箱PID控制系统。系统通过传感器,数据采集卡,以及LabVIEW的PID工具包,对采集的数据进行实时地分析和处理,最后达到对液位高度的控制。该系统具有人机交互性强,控制精度高,稳定性好,使用方便等优点,在教学及实验中已经得到使用。

关键词:LabVIEW软件;数据采集;PID控制;液位控制;虚拟仪器

Design and realization of PID control system based on LabVIEWLI Yang,XIE Hui,CHEN Kan(School of Mechanical Engineering,Southwest Jiaotong

University,Chengdu 610031,China)Abstract:Due to the backwards of the control based on traditional SCM PID in the aspects of data processing,displaying and storing etc,the virtual instrument was applied into the PID control to design a single container PIDcontrol system with LabVIEW.The data can be real-time analyzed and processed by this system through its sensor,data collector and the tool packet,PID of LabVIEW,and also,the goal of controlling the height of the liquid-levelcan be realized.This system has many advantages such as strong human-computer interaction,high controlprecision,excellent stabilities,and easy to use.Thus,it has been used in teachings and experiments.

Key words:LabVIEW;Data acquisition;PID control;Liquid-level control;Virtual instrument

1引言

LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Warkbench)的简称,是美国NI公司推出的虚拟仪器开发平台软件,具有简洁图形化编程环境和强大的功能。

它广泛应用于数据采集与控制、信号处理、数据显示、数据分析等领域。采用虚拟仪器技术,有以下优点:(1)突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制;(2)利用计算机丰富的软件资源,增加了系统灵活性;(3)通过软件技术和相应数值算法,实时、直接地对测试数据进行各种分析和处理,通过图形用户界面(GUI)技术,真正做到界面友好,人机交互。

在连续控制系统中,PID控制算法得到了广泛的应用,是技术最成熟的控制规律。它调节原理简单,易于整定,使用方便,广泛地应用于机电、冶金、机械、化工等各个生产部门。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。

2 PID原理介绍

PID控制是从比例、积分和微分三个环节来实现对系统控制的。常规PID控制系统原理框图如图1所示,该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。

PID控制器是一种线性控制器,它根据给定值(rt)与实际输出值c(t)构成控制偏差:

e(t)=(rt)-c(t)

对偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)计算后通过线性组合构成控制量,作用于被控对象,其控制规律为:

u(t)=kp e(t)+1/Tir0!e(t)dt+Tdddet(t)"#

表示为传递函数的形式为:

G(s)=U(s)/E(s)=k(p1+1/Tis+Tds)

式中kp、Ti、Td分别为比例系数、积分时间常数和微分时间常数。

增大比例系数可以加快系统的响应,在有静差的情况下有利于较小静差。但过大的kp 会产生较大的超调,并产生震荡,使稳定性变坏。增大积分项有利于减少超调,使系统更加稳定,但系统静差的消除将随之减慢。增大微分时间Td有利于加快系统的响应,使超调量减小,稳定性增加,但系统对扰动的抑制能力减弱,对扰动有较敏感的响应。

3控制系统的设计

3.1系统原理

本文设计的单容水箱控制系统是采用PIO-821L/S数据采集卡和美国NI公司的LabVIEW8.2软件平台构建的,其系统组成如图2所示。水箱中的液面受到重力作用产生压力,并被压力传感器感知。

传感器将液位高度转换成电压信号,作为数据采集卡的输入信号送入计算机,经过线性比例换算,可以得到电压与液位的关系。将实际液位高度与期望值进行比较获得偏差,采用LabVIEW软件的PID工具包可得控制量,该控制量经过数据采集卡输出,经过放大器可以改变水泵电机的转速,从而达到控制的目的。该系统的主要功能有:实时数据采集和趋势图显示,实时PID控制和数据存储。

3.2系统硬件组成

本系统采用PIO-821L/S数据采集卡,它具有12位采样精度,最高采样速率可以达到

45k/s,它支持16路单端,8路差动模拟输入通道,1路独立的D/A输出通道,16路标准TTL电平数字输入输出。传感器为压力传感器,输出电压为-5V~+5V。电机为0V~10V输入的直流电机。

3.3系统软件组成

单容水箱控制系统是基于LabVIEW8.2版本进行设计的。该设计中前面板(见图3)包括了控制件和显示件,其中控制件主要包括采样设置(采样通道、采样频率和增益)、PID控制参数的设置,目标液位值的设置,保存按钮以及传感器标定过程中的电机电压控制。显示件包括液面显示、传感器电压趋势图和控制过程示意图。打开该系统,先将采样设置参数设置完毕,在实验进程中选择传感器标定。关闭排水阀,记录液面为0时的传感器电压值。调整电机电压旋钮,使液面上升至水箱顶部,记录传感器电压值。液面高度与传感器电压存在的线性关系,由此可以求出传感器电压系数。完成传感器标定之后,选择单容水箱控制进程,设定目标液面即可进行液位PID控制。打开保存开关就能够将采集到的液位数据进行保存。

虚拟仪器的后面板即程序框图(见图4)是整个系统的重要部分,它由以下模块组成:数据采集模块,传感器系数标定模块,PID控制模块,数据存储模块。由于本设计中采用的数据采集卡属于非NI公司的数据采集卡,在LabVIEW中并不能直接使用,但是通过库函数的调用可以解决这一问题。图5给出了D/A转换VI的库函数的调用。

3.3.1数据采集模块

数据采集模块负责将液位压力产生的电压信号采集到计算机中,在这个模块中可以设置采样频率,采样通道及增益。采集到的传感器电压可以在趋势图中直接显示出来。其中Active board.vi、setch config.vi、ads poll.vi分别用作数据采集卡的板卡号设置,通道设置和D/A转换,且都需要进行库函数调用。

3.3.2传感器系数标定模块

为了提高控制精度,采用了在每次控制开始前都重新标定传感器系数的方法,这样可以避免温度、湿度、位置等随机因素的干扰。通过传感器系数标定模块,可以在前面板上实时反映出水箱中的液位,而不仅仅是抽象的电压,也为PID液位控制模块提供了实时输入,更加方便得出偏差量。其中D/A.vi、close board.vi分别用作D/A转换和关闭板卡。

3.3.3 PID控制模块

PID控制模块采用的是NI公司的PID工具包的PID.vi,利用这个工具包,不但可以在LabVIEW环境下通过友好的人机交互界面直观方便地进行控制器的设计,还能充分利用LabVIEW的各种强大功能,特别是同数据采集板卡等硬件的良好结合,迅速地搭建所需的自动控制系统,进行仿真及实际应用。程序中通过一个条件结构避免了电机驱动电压小于2V 时电机不能正常工作的情况。

3.3.4数据存储模块

数据存储模块提供了数据保存的功能,能够将水箱的液面数据保存在一个txt文档中,供波形再现或者数据分析处理使用。

4控制系统实际控制过程

设定控制参数,kp=100,Ti=20,Td=10,通道设置为1通道,增益设置为1,目标控制液位设置为300。由于过程控制对采样频率的要求不高,设置为10Hz。从实际过程控制图(见图6)中看出,控制过程较好,稳定性能也较高,通过改变PID控制参数,能取得更好的控制效果。

5结束语

本文设计的单容水箱PID控制系统采用的是LabVIEW图形化编程语言,其软件界面友好,操作简单,人机交互性强,编程容易,方便快捷,扩展性好,易于维护。所设计的系统具有稳定时间快,稳定精度高等特点。同传统的单片机控制系统相比,采用虚拟仪器的方法大幅地缩减了开发周期,提高开发质量,且性能好,简单,控制方便灵活。本文所设计的系统已经成功地应用于教学实验中。

参考文献[1]杨乐平,李海涛,杨磊.LabVIEW程序设计与应用[M].2版.北京:电子工业出版社,2005.

[2]高金源,夏洁.计算机控制系统[M].北京:清华大学出版社,2007.

[3]李刚,林凌.LabVIEW-易学易用的计算机图形化编程语言[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.

[4]杨乐平,李海涛,赵勇.LabVIEW高级程序设计[M].北京:清华大学出版社,2003.

[5]杨振江,孙占彪,王曙梅.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.

[6]李世平,韦增亮,戴凡.PC计算机测控技术及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.

[7]李瑞先.基于LabVIEW电机控制实验系统的软件设计及实现[J].山东理工大学学报,2006(7):52-56.

[8]李威宣,黄建新.基于LabVIEW平台的通用数据采集卡的驱动方法及数据采集[J].电子质量,2005(7):14-16.

[9]舒丽芬,陈春俊,兰波.虚拟仪器在交流电机转速控制系统中的应用[J].中国测试技术,2006,32(9):89-91.

[10]牛仁朝,赵乃煌.虚拟仪器技术的研究及应用[J].电子仪器仪表用

户,1998(5):11-12.

[11]赵旎,火长跃.基于G语言的液位控制系统研制[J].河南科技大学学报:自然科学版,2006(8):46-48.

[12]LabVIEW与通用数据采集卡的接口方法研究[J].测控自动化,2004(2):34-35.

[13]何永泰,肖丽仙.基于单片机的通用示波器存储功能扩展设计[J].国外电子元器件,2006(1):51-52.

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