NEW基于LabVIEW的電機轉(zhuǎn)速測量與控制虛擬儀器設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目 基于LabVIEW的電機轉(zhuǎn)速測量與控制虛擬儀器設(shè)計 學(xué) 院 機械與電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 基于LabVIEW的電機轉(zhuǎn)速測量與控制虛擬儀器設(shè)計機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 指導(dǎo)老師摘要 本文先簡述電機測速與控制的意義以及國內(nèi)外的電機發(fā)展概況，然后介紹傳感器測量電機轉(zhuǎn)速的相關(guān)方法以及幾種常用的轉(zhuǎn)速控制方法?；贚abVIEW平臺和NI公司的USB6008采集卡，通過光電傳感器將采集到的電壓信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號，再經(jīng)過對脈沖信號的周期測量及數(shù)學(xué)運算，從而得出電機的實時轉(zhuǎn)速。在調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速方

2、面，主要是通過調(diào)節(jié)電機電樞的電壓，達到調(diào)速的效果，同時使用PID控制理論，讓轉(zhuǎn)速能夠在短時間內(nèi)達到用戶的需求。關(guān)鍵詞 LabVIEW；轉(zhuǎn)速測量；電機控制；PID控制ABSTRACT The thesis firstly outlines the significance of motor speeds measurement and control as well as the development of motor at home and abroad. Besides, the related methods of sensor measuring motor speed and the

3、 other commonly used methods are also introduced. Based on LabVIEW platform, the voltage signal collected by NI USB6008 capture card and photoelectric sensor can be transformed into the pulse one. And then, after the periodic measurement and mathematical calculation of the pulse signal, the real-tim

4、e motor speed can be worked out. As for the regulation of motor speed, the effect of speed control can be achieved mainly by adjusting the voltage of motor armature. At the same time, the speed can meet the demand of users in a short period of time in accordance with the PID control theory.KEY WORDS

5、 LabVIEW；Motor speed measurement；Motor control；PID control目錄專心-專注-專業(yè)1前 言1.1 選題目的和意義電動機的出現(xiàn)，使電力代替蒸汽這種動力成為了新能源，同時也促進了第二次工業(yè)革命的推進。時至今日，大至生產(chǎn)行業(yè)的冶煉生產(chǎn)，小至生活用品的電工牙刷，都離不開電機的使用。其中與我們的生活密切相關(guān)的電機應(yīng)該要算微特電機了，因為在汽車電裝、音響影像、光學(xué)精密、家電等其他的領(lǐng)域，都會找到微型電機的身影（如圖1-1所示）。好比家用電吹風(fēng)里的電機，要實現(xiàn)檔位的轉(zhuǎn)換，也就是要實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)速；倘若是運用在醫(yī)療設(shè)備中的電機，那么對電機的調(diào)速要求

6、則更加嚴格，因為如果電機在調(diào)速過程中發(fā)生了過大的誤差，其后果是不堪設(shè)想的。因此如何能快速精確調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速具有一定的研究意義。同時在一些大型設(shè)備中，將電機的轉(zhuǎn)速調(diào)解在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，也能起到節(jié)省能源，提高效率的效果。圖1-1 微型電機在各領(lǐng)域中的應(yīng)用1.2 國內(nèi)外微電機發(fā)展概況1.2.1 我國微電機行業(yè)現(xiàn)狀自改革開放以來，我國對微型電機的需求日益遞增。過往曾經(jīng)大批量、大規(guī)模生產(chǎn)傳統(tǒng)規(guī)格的微型電機，其中有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國微特電機的生產(chǎn)量約為40億臺，占全世界的總產(chǎn)量的59%?，F(xiàn)今用戶對電機的性能要求也不斷地提高，但是國內(nèi)對技術(shù)含量高的微特電機仍然沒有具備大規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品的能力。1.2.2 國外微電

7、機行業(yè)現(xiàn)狀與國內(nèi)微電機的發(fā)展情況相比，國外的微電機正在向質(zhì)量好、厚度薄、噪聲小、效率高等性能方面進行了大量的研發(fā)工作。尤其日本在該方面一直處于領(lǐng)先的地位，在IT產(chǎn)品領(lǐng)域的微電機，NIDEC、JVC、PANASONIC、SAMSUNG這四家國際企業(yè)更是用了世界電子市場的75%。其中全球最大的微電機制造廠商日本Mabuchi公司，在我國各省也設(shè)有生產(chǎn)車間。1.3 電機控制相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀目前，在生產(chǎn)中，大多數(shù)的工廠對電機的控制所用的技術(shù)為異步電動機的矢量控制技術(shù)，更為先進的是無傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。伴隨著測控技術(shù)的不斷成熟以及傳感器的測量精度范圍不斷提高，電機控制技術(shù)也上升到了一個新的臺階。在

8、往后的電機控制技術(shù)的發(fā)展中，對交流電機轉(zhuǎn)速的控制將是研發(fā)的重點。結(jié)合當(dāng)前的數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及傳感器測量技術(shù)的發(fā)展情況，對解決異步電動機非線性解藕控制和參數(shù)選擇性問題有很大的幫助。1.4 本課題設(shè)計要求1.設(shè)計一套電機測速的硬件系統(tǒng)2.采用LabVIEW軟件平臺設(shè)計相關(guān)的軟件部分，要求能夠通過數(shù)值或圖形實時顯示轉(zhuǎn)速的變化，用戶需求值。3.掌握和運用PID控制理論。4.熟悉數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入、模擬輸出、計數(shù)器等功能的用法。5.利用實驗室現(xiàn)有條件進行一定的模擬試驗。2. 電機轉(zhuǎn)速測量與控制技術(shù)2.1 常見的幾種測速轉(zhuǎn)速方法測量轉(zhuǎn)速的方法一般分成兩種：一種是直接法，也就是直接測出電機在固定的時間內(nèi)轉(zhuǎn)動

9、的圈數(shù)來得到電機的轉(zhuǎn)速；另一種則是間接法，簡單來說，就是電機主軸在轉(zhuǎn)動的每一瞬間，都會引起了另一種物理量也在變化，而電機的轉(zhuǎn)速與該物理量有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，那么通過測量其物理量的變化，從而換算出電機的轉(zhuǎn)速。由于要將電機的轉(zhuǎn)速與其他物理量建立一定的關(guān)系，所以這就涉及到傳感器的應(yīng)用。目前一般常用的電機測速方法有霍爾效應(yīng)傳感器測速、光電傳感器測速、轉(zhuǎn)矩測速、離心式測速、磁漏測速、振動測速等方法。2.2 霍爾效應(yīng)傳感器測速2.2.1 霍爾效應(yīng)原理將導(dǎo)線放在磁場里面，然后對導(dǎo)線通入電流，這是導(dǎo)線里流過的電子會受到一個叫做洛倫茲力的作用力，此作用力是與電子的移動方向成垂直的角度，因此導(dǎo)線間會形成電壓差。1洛

10、倫茲力為： (2.1)式中 F是洛倫茲力q是帶電粒子的E是v是帶電粒子的速度B是。2.2.2 霍爾傳感器使用原理若導(dǎo)線輸入的電流不變，變化導(dǎo)體附近的磁場強度時，產(chǎn)生的霍爾感應(yīng)電壓也會隨之變化，那么可以依據(jù)這個原理，在電機主軸的轉(zhuǎn)盤邊緣上等距離安裝六塊永久磁鋼，如圖2-1所示。當(dāng)啟動電機時，安裝在圓盤上的磁鋼也隨著電機主軸轉(zhuǎn)動，此時在圓盤上的磁鋼旁邊放置一個霍爾傳感器，如圖2-2所示。圖2-1 電機主軸圓盤磁鋼 圖2-2 霍爾傳感器由于磁鋼間是有間隙的，因此在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的時候，霍爾傳感器外的磁場也在不斷地改變，同時霍爾傳感器會因為磁場的變化，在輸出端口會有脈沖信號的輸出，所以只要測量出脈沖信號的周

11、期或者頻率，就可以簡單換算出電機的實時轉(zhuǎn)速。霍爾元件的連接電路如圖2-3所示。1)輸入端 2）接地端 3）輸出端圖2-3 霍爾元件連接電路電機轉(zhuǎn)速與脈沖信號頻率關(guān)系： (2.2)式中 n電機轉(zhuǎn)速 脈沖信號頻率2.3 光電傳感器測速光電傳感器的工作原理就是光電效應(yīng)。當(dāng)光照射到物體的時候，即為光子跟物體的能量交換過程，我們將這個過程稱之為光電效應(yīng)。每一個光子所具有的能量為hv（v為光的頻率，h=6.62620×10-34Js為普朗克常熟）。光電效應(yīng)也可以分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏打效應(yīng)。2光電傳感器是采集光信號，通過電子電路再轉(zhuǎn)化為電信號的傳感器。由于其裝置搭建簡單，而且是非接觸

12、的，不會對電機造成損壞，因此在測量電機轉(zhuǎn)速時能達到精度高、穩(wěn)定性好的效果，所以一般廣泛應(yīng)用在各種測量轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)中。使用時只需將電機轉(zhuǎn)速的變化變換為光信號的變化。根據(jù)這個原理，先將待測轉(zhuǎn)速電機上的轉(zhuǎn)盤一半涂上反光的涂料，另一半作透光處理，如圖2-4所示。圖2-4 光電效應(yīng)測速設(shè)備然后將光電耦合器架設(shè)在轉(zhuǎn)盤上。而光電耦合器是由發(fā)光器和接收器組成的，使用方法是在光電耦合器的輸入端施加一個電壓，使得發(fā)光器發(fā)光，而實驗室中的光電開關(guān)為對射式紅外頭，當(dāng)轉(zhuǎn)盤不透明的一端處在開關(guān)位置的時候，輸出端會輸出高電平；當(dāng)轉(zhuǎn)盤透明的一端處在開關(guān)位置的時候，輸出端會輸出低電平。光電元件的連接電路及電子特性分別如圖2-5所

13、示。圖2-5 光電效應(yīng)連接電路2.4 本課題使用的測速方法由于實驗室中對電機轉(zhuǎn)速測量的裝置只有霍爾效應(yīng)測速系統(tǒng)和光電效應(yīng)測速系統(tǒng)，因此本設(shè)計先采用這兩套測速設(shè)備測量電機的轉(zhuǎn)速，然后對兩個系統(tǒng)進行相對應(yīng)的比較，選出一個使用較方便，數(shù)據(jù)采集較可靠的系統(tǒng)進行往后的電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計。1.霍爾效應(yīng)傳感器使用霍爾效應(yīng)傳感器測速時，將傳感器輸出端口直接連接到NI USB-6008采集卡的計數(shù)器端口，在軟件界面能看到數(shù)字顯示控件在不斷地累加，并不能直接得出電機的實時轉(zhuǎn)速。查閱NI USB-6008官方說明書，發(fā)現(xiàn)該款采集卡計數(shù)器只有輸入功能，而且只有邊沿計數(shù)的功能，因此不可以直接通過采集卡對輸入的脈沖進

14、行運算得出脈沖頻率，從而換算出電機的轉(zhuǎn)速。另外由于霍爾效應(yīng)傳感器和電機的相對位置沒有固定，在電機高速運行時產(chǎn)生的振動讓轉(zhuǎn)盤上的磁鋼與霍爾元件發(fā)生偏移，不利于數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集。2.光電效應(yīng)傳感器使用光電效應(yīng)傳感器測速時，將傳感器輸出端口直接連接到NI USB-6008采集卡的AI端口，由于采集的是電壓的脈沖，通過軟件自帶的波形測量工具能夠簡單測出脈沖的頻率，從而換算出電機的實時轉(zhuǎn)速。同時光電效應(yīng)傳感器安裝簡單、牢固，在速度測量工作中不易受其他外界因素的影響。綜上所述，在測速的過程中，對兩個測量系統(tǒng)的三個指標進行比較（如表2-1），得出光電效應(yīng)傳感器更適合接下來的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計。表2-1 霍爾效應(yīng)

15、傳感器與光電效應(yīng)傳感器對比穩(wěn)定性精確性可操作性霍爾效應(yīng)傳感器一般好一般光電效應(yīng)傳感器好好好2.5 常見的電機種類在我們的生活中，電機可以說是隨處可見。在大型的車間里，最常用的就是三相交流換向器電機；在一般的辦公室里，最常用的就是直流電動機；在小朋友的電動玩具里，最常用的就是微特電機。隨著電機應(yīng)用的場所不斷變化，很多的特殊電機也應(yīng)運而生，例如應(yīng)用在煤礦、石油化工這些高危行業(yè)里的電機就是防爆電機；對加工車間里要加工齒輪這類精度高的零件就要使用到伺服電機了。電機的種類很多，一般可分為以下幾大類（如圖2-6所示）。鑒于實驗室可用電機為微特電機，因此本課題的電機測速與控制以微特電機為研究對象。圖2-6

16、常見電機分類2.6 微特電機簡介在自動控制、自動檢測和計算機中，廣泛采用各種特色的微型電機稱為微特電機。微特電機的款式很多，按工作范圍的不同，一般分為控制用微型電機、驅(qū)動用微型電機、信號檢測微型電機和信號變換微型電機。而常用的有交、直流伺服電動機、測速發(fā)電機和步進電動機。2.6.1 伺服電動機伺服電動機又叫做驅(qū)動電動機，工作原理是提供一個的電壓的控制信號，通過硬件設(shè)備把信號轉(zhuǎn)換為輸出的角位移或者角速度，以此來達到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。伺服電動機具有控制性能好、響應(yīng)速度快的特點，大多數(shù)的生產(chǎn)工作中都會使用此類電動機作為驅(qū)動元件。伺服電動機分為交流和直流兩種（如表2-2所示）。交流伺服電動機的容量一般為0.

17、1至100W，頻率有50Hz、400Hz等多種。直流伺服電動機的容量較大，一般可達幾百瓦。表2-2 伺服電動機的分類分類結(jié)構(gòu)特點性能特點使用范圍交流伺服電動機鼠籠式與一般籠型轉(zhuǎn)子的異步電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)類似。但是轉(zhuǎn)子細而長，材料一般為鋁、紫銅或黃銅體積和勵磁電流較小，機械強度較高，低速運行不太穩(wěn)定小功率自動控制系統(tǒng)非磁性杯型用非磁性金屬鋁、紫銅等制成杯形轉(zhuǎn)子，杯的內(nèi)外由內(nèi)、外定子構(gòu)成磁路體積和勵磁電流較大，轉(zhuǎn)動慣量小，運行穩(wěn)定要求運行穩(wěn)定的系統(tǒng)直流伺服電動機有槽電樞（電磁或永磁）與一般直流電動機類似。但是電樞鐵心直接較大，氣隙較小有線性調(diào)節(jié)的特性以及下降的機械特性，響應(yīng)快速一般直流伺服系統(tǒng)無槽電樞

18、（電磁或永磁）電樞鐵心光滑，繞組有耐熱環(huán)氧樹脂固定在鐵心表面，氣隙大具有一般直流伺服電機特性，轉(zhuǎn)動慣量小，換向良好，時間常數(shù)小快速動作、大功率的伺服系統(tǒng)空心杯形電樞（永磁式）電樞繞組由耐熱環(huán)氧樹脂注成，電樞內(nèi)外都有鐵心構(gòu)成磁路時間常數(shù)小，低速性能好快速動作的伺服系統(tǒng)印刷繞組電樞（永磁式）磁極需軸向安裝，具有扇形面的極靴。電樞是圓盤絕緣薄板，上面印刷裸露的繞組時間常數(shù)小，低速性能好低速啟動，正反轉(zhuǎn)頻繁的系統(tǒng)無刷電樞（永磁式）多相繞組定子，永久磁轉(zhuǎn)子，沒有電刷跟換向器壽命長，噪聲小，不產(chǎn)生無線電干擾低噪聲要求，高真空對無線電不產(chǎn)生干擾的系統(tǒng)1.交流伺服電動機此電機是由兩相繞組組成，其中一相繞組為勵

19、磁繞組，另一相繞組為控制繞組，工作原理如圖2-7所示。勵磁繞組串聯(lián)電容后接到電源上，使得勵磁電壓與電源電壓有了的相位差。而控制電壓和電源電壓頻率一致，相位相同或相反。要改變電動機轉(zhuǎn)向時，使勵磁電壓恒定，同時讓電壓反相，造成磁場的方向也隨之而改變，于是電動機反轉(zhuǎn)。圖2-7 交流伺服電動機的工作原理若想改變電機的轉(zhuǎn)速，通過改變電樞電壓來達到控制電動機的轉(zhuǎn)速，在帶負荷轉(zhuǎn)矩一定的情況下，為1時，電機轉(zhuǎn)速最高，隨著的減少，轉(zhuǎn)速也減少。電動機的機械特性如圖2-8所示。圖中可以看出，電動機的機械特性很軟，而且斜率隨著的改變而改變，不利于電機轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)調(diào)整。圖2-8 交流伺服電動機的機械特性2.直流伺服電動機

20、要想改變電動機的轉(zhuǎn)速，一般采用的方法是改變電樞電壓，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)勵磁繞組電壓恒定時，即磁通保持不變，其等效電路如圖2-9所示。圖2-9 直流伺服電動機等效電路直流伺服電動機的機械特性方程為： （2.3）式中 n轉(zhuǎn)速 電樞電壓 、與電動機結(jié)構(gòu)有關(guān)的發(fā)點常數(shù)和電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù) 電樞電路的電阻 磁通 電磁轉(zhuǎn)矩可以通過控制直流伺服電機的來控制電機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)矩T恒定的條件下，的值越小，那么電動機的轉(zhuǎn)速就越低，當(dāng)=0的時候，電機就停止轉(zhuǎn)動，直流伺服電機的機械特性如圖2-10所示。如果要改變電機的轉(zhuǎn)向，可以通過改變電動機的電樞電壓極性來實現(xiàn)。圖2-10 直流伺服電動機的機械特性2.6.2 測速發(fā)電機

21、測速發(fā)電機的功能是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號。由于發(fā)電機產(chǎn)生的電壓與自身的旋轉(zhuǎn)速率為正比例的關(guān)系，因此可以直接測出電機的轉(zhuǎn)速。測速發(fā)電機一般分直流和交流兩種。1.直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機的整體構(gòu)造與直流發(fā)電機十分近似，其中按照類型可分為永磁式和電磁式。由于永磁式是由永久磁鋼勵磁制成的，因此即使在溫度變化程度比較大時也不會受到太大的影響，而且有輸出誤差小、斜率高等特點。電磁式則采用的是他勵式，這種結(jié)構(gòu)容易受到電源以及環(huán)境等其他因素的影響，導(dǎo)致輸出的電壓變化較大，所以應(yīng)用得比較少。2.交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機的整體構(gòu)造與交流伺服電動機十分近似，在定子上有相互垂直的兩組繞組，一組繞組為勵磁繞組，另

22、一組繞組為輸出繞組，測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)子為杯型。由于杯型的轉(zhuǎn)子在信號的輸出中起到?jīng)Q定性的作用，所以其質(zhì)量的合格與否直接影響測速發(fā)電機的能否正常運行。目前，其技術(shù)性能與其他的測速發(fā)電機相比，有結(jié)構(gòu)簡單、噪聲細小、抗干擾能力強等特點，所以是大多數(shù)商家的首選發(fā)電機。2.6.3 步進電動機步進電動機是一種直接把電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移或線位移參數(shù)的電器設(shè)備。步進電動機具有運行精確度高、同步運行性能好、調(diào)速范圍廣、調(diào)速速度快、結(jié)構(gòu)簡單等的優(yōu)點，因此非常適合用于數(shù)字控制系統(tǒng)。步進電動機的步距角角的計算公式為： （2.4）式中 N運行拍數(shù) Z轉(zhuǎn)子齒數(shù) 若想改變步進電動機的轉(zhuǎn)向，只需按相反順序為三相繞組通電即可。2

23、.7 本課題使用的電機本課題使用的電機為KYJZ-210檢測與轉(zhuǎn)換（傳感器）技術(shù)實驗臺里光電式傳感器中的微特電機，電機型號為萬寶至公司生產(chǎn)的EG-530AD 12v ccw電機。1.電機構(gòu)造電機主要由大殼、軸承、回轉(zhuǎn)子、永久磁石、電刷、電樞、小殼組成，如圖2-11所示。圖2-11 電機構(gòu)造2.EG-530AD 12v ccw電機實物圖光電傳感器中EG-530AD 12v ccw電機實物圖如圖2-12所示。圖2-12 電動機實物圖3.EG-530AD 12v ccw電機外形尺寸EG-530AD 12v ccw電機外形尺寸如圖2-13所示。圖2-13 EG-530AD 12v ccw電機外形尺寸4

24、. EG-530AD 12v ccw電機參數(shù)EG-530AD 12v ccw電機參數(shù)如表2-3所示。表2-3 EG-530AD 12v ccw電機參數(shù)型號 MODEL電壓 VOLTAGE額定負載RATED LOAD額定轉(zhuǎn)速 RATED SPEED額定電流 RATED CURRENT負載波動 LOAD FLUCTUATION起動力矩 STARTING TORQUE使用范圍 OPERATING RANGE額定值 NOMINALVVmA（TYP）EG-530AD-6F（6B）4.27.56.08.024001329.038at4.2vEG-530AD-9F（9B）8.011.09.08.024009

25、29.050at6.0vEG-530AD-2F（2B）8.415.012.08.02400739.060at8.4v5. EG-530AD 12v ccw電機機械特性EG-530AD 12v ccw電機機械特性如圖2-14所示。圖2-14 EG-530AD 12v ccw電機機械特性2.8 電機轉(zhuǎn)速控制理論目前，控制電動機轉(zhuǎn)速廣泛使用的方法是改變電機電樞電壓，通過增加電機電樞兩端電壓使得電動機的轉(zhuǎn)速提高；相反，降低電機電樞電壓，電動機的轉(zhuǎn)速就會相應(yīng)下降。但是要實現(xiàn)調(diào)節(jié)電樞電壓來讓電機轉(zhuǎn)速能夠快速達到用戶的要求，就必須要引入一種可操作性高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快的控制理論。隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代

26、控制理論也在不斷完善，而且應(yīng)用的范圍也越來越廣。從早期的線性系統(tǒng)理論、非線性系統(tǒng)理論以及PID控制理論，到現(xiàn)今涌現(xiàn)出的智能控制理論、魯棒控制理論、模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論和預(yù)測控制理論等。2.8.1 PID控制理論在自動調(diào)節(jié)的發(fā)展歷史中，PID控制理論的出現(xiàn)是非常重要的，因為無論在簡單的家用電器領(lǐng)域，還是復(fù)雜的航天航空領(lǐng)域，都可以看到它的身影。如此實用的控制理論看似十分的復(fù)雜繁瑣，其實簡單來說就是對輸入值和理論值先進行減法運算，再對偏差進行一系列的P、I、D的運算，隨后將運算的多次疊加結(jié)果再去控制執(zhí)行機構(gòu)，其控制邏輯如圖2-15。圖2-15 PID控制邏輯1.比例控制（P）比例控制，也稱

27、作P控制，就是把實測值與期望值的差值的大小與控制的變量成比例關(guān)系，如果只使用P控制，那么系統(tǒng)輸出就會出現(xiàn)一定的穩(wěn)態(tài)誤差，不利于系統(tǒng)的控制。動態(tài)方程和傳遞函數(shù)分別為： （2.5） （2.6）式中 比例控制參數(shù) 實測值與期望值的偏差 比例度2.比例-積分控制（PI）比例-積分控制，也稱作PI控制，由于只使用比例控制，系統(tǒng)會產(chǎn)生一定的穩(wěn)態(tài)誤差，這時就需要引入“積分項”。而積分項對于誤差又取決于時間的積分，當(dāng)時間增加的時候，積分項也就跟著增大。控制規(guī)律和傳遞函數(shù)分別為： （2.7） （2.8）式中 偏差 積分時間常數(shù)3.比例-積分-微分控制（PID）比例-積分-微分控制，也稱作PID控制，在有比例控制

28、的基礎(chǔ)上，加入積分控制，消除了穩(wěn)定誤差，之后又引入了微分控制，更加提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。傳遞函數(shù)為： （2.9）式中 微分時間常數(shù)綜上所述，使用單純的比例控制時，當(dāng)比例參數(shù)過大，意味著控制作用太強，很容易引起系統(tǒng)的振蕩；當(dāng)比例參數(shù)過小，控制的效果不明顯。而在比例控制的基礎(chǔ)上再引入積分控制，可以消除系統(tǒng)誤差，不過積分時間過長，就會使系統(tǒng)超調(diào)從而發(fā)生振蕩。一般來說，比例-積分控制足夠滿足電動機轉(zhuǎn)速控制的使用要求，是否要加入微分控制，需要視現(xiàn)實情況而定。2.8.2 其他控制理論1.智能控制理論 智能控制，顧名思義，就是人工智能與自動控制相融合，在人類不用參與的作用下，可以自動獨立完成自動控制的效果。與

29、傳統(tǒng)的控制理論不同，智能控制并不需要對數(shù)學(xué)公式或者計算進行過多的研究，開發(fā)人員只需將精力放在數(shù)據(jù)庫和建模的研究上。智能控制運用在實際生產(chǎn)中，會自動對外界進行認識、分辨、計算和規(guī)劃，最終能夠?qū)崿F(xiàn)使被控對象按照用戶的要求達到預(yù)期的效果。2.魯棒控制理論在自動控制中，很多時候建立的模型都是非線性模型，因此都存在模型的不確定性，而魯棒控制正是解決這一系列的問題。與傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)的相比，前者的控制思想是對模型的參數(shù)進行判斷，然后建立控制器。由于建立的控制器都是參考模型的參數(shù)，所以不可能把將會出現(xiàn)的不確定性因素添加進去。相反的是，魯棒控制的設(shè)計理念真是盡可能把模型一切的不確定因素和信息添加到控制器里

30、，在運行中遇到的不確定參數(shù)時，依舊可以滿足用戶需求的性能指標。3.模糊控制理論模塊控制一種是基于模糊數(shù)學(xué)的基本思想的控制理論。在過去的控制理論的領(lǐng)域中，一個控制系統(tǒng)的動態(tài)模式是否精確，往往會直接影響到整個控制系統(tǒng)的效果，因此系統(tǒng)的動態(tài)信息越詳盡，那么就可以達到精確控制的效果。換言之，對于一些非常復(fù)雜的系統(tǒng)，因為存在的變量過多，造成很難去準確表達系統(tǒng)的動態(tài)，并實現(xiàn)控制的目的。對于如此復(fù)雜而又不能準確表達的系統(tǒng)，則可以用模糊數(shù)學(xué)來解決這些問題。4.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制作為早于其出現(xiàn)的智能控制理論的一個新分支，是自動控制領(lǐng)域里的前沿科學(xué)。它為之前線性控制理論、自適應(yīng)控制理論所不能分析的非線性

31、、不確定的控制問題給出了可行的方案。5.預(yù)測控制理論在所有的生產(chǎn)過程中，進行的步驟都是非常復(fù)雜的，因此建立其相對應(yīng)的模型也是難以絕對相符合。對于一些應(yīng)用于復(fù)雜建模的控制理論，往往其控制效果也是不如人意。由于預(yù)測控制理論中可以對已建立的模型進行反饋校正，不斷完善其模型的算法，因此適合用于復(fù)雜的生產(chǎn)過程。伴隨預(yù)測控制理論的飛速發(fā)展，其在生產(chǎn)控制中必定能起到更大的作用。3. 虛擬儀器的概述3.1 虛擬儀器的簡介20世紀70年代中期，NI公司提出了虛擬儀器（Virtual Instrument）的概念。在以計算機等硬件平臺的基礎(chǔ)上，利用虛擬儀器，用戶可以在虛擬面板選擇合適的控件，編寫程序系統(tǒng)。由于虛擬

32、儀器具有開發(fā)架構(gòu)的特點，因此用戶可以更快速實現(xiàn)測試系統(tǒng)的建立。同時，虛擬儀器的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)采集、運算、傳輸?shù)确矫娴南拗?，是一個高自動化、低運行成本的運載平臺。虛擬儀器構(gòu)成如圖3-1所示。圖3-1 虛擬儀器的構(gòu)成3.2 虛擬儀器的特點使用虛擬儀器的好處除了能與計算機建立成靈活的測試平臺，關(guān)鍵是通過其他各種類型的接線口，就可以建立起各種各樣的自動測試系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的儀器相比，虛擬儀器的特點有以下幾點：1.在傳統(tǒng)的儀器面板中，控制控件種類繁多，用戶使用時容易發(fā)生誤操作。相比之下，虛擬儀器的功能面板則將復(fù)雜的控件分類號，用戶使用時更加方便、快捷。2.在通用的硬件平臺里，虛擬儀器可以完成各種

33、硬件不能達成的功能。3.儀器的功能，用戶可以按所需地設(shè)置。4.要提升虛擬儀器的性能，只要聯(lián)網(wǎng)下載升級同版本的軟件。5.與傳統(tǒng)的儀器相比，研發(fā)的時間縮短。6.虛擬儀器連上互聯(lián)網(wǎng)后可以更加靈活。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較如表3-1所示。表3-1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開發(fā)維護費低開發(fā)維護費高技術(shù)更新周期短技術(shù)更新周期長軟件占主導(dǎo)地位硬件占主導(dǎo)地位價格較低價格昂貴用戶可以按需求定義功能 商家定義功能可與計算機實現(xiàn)同步功能固定不變可通過互聯(lián)網(wǎng)與其他設(shè)備連接獨立設(shè)備3.3 虛擬儀器的組成虛擬儀器主要由硬件平臺和軟件平臺組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示。圖3-2 虛擬儀器結(jié)構(gòu)框圖4. 轉(zhuǎn)速測量

34、與控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1 系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)思結(jié)合實驗室現(xiàn)有的實驗儀器的基礎(chǔ)上，要設(shè)計出盡量滿足實驗要求的系統(tǒng)。因此將整個設(shè)計分為硬件測速系統(tǒng)設(shè)計和軟件控制系統(tǒng)設(shè)計這兩個方面。測控系統(tǒng)的設(shè)計思路為先啟動電機，然后使用光電傳感器將電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為高低電平的脈沖信號，接著通過NI USB-6008的AI端口采集數(shù)據(jù)，再與計算機的LabVIEW軟件進行通信，使用LabVIEW軟件里的控件編程，從而計算脈沖的頻率并換算出直流電動機的實時轉(zhuǎn)速，緊接著再使用PID控件實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，由NI USB-6008的AO端口提供電壓輸出，改變電機轉(zhuǎn)速達到用戶的需求，最后對實驗結(jié)果分析總結(jié)。測控系統(tǒng)的設(shè)計流程如圖4-1所示。

35、圖4-1 直流電動機測控系統(tǒng)設(shè)計流程4.2 測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計直流電動機的測控系統(tǒng)中硬件設(shè)計包括了將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電信號、數(shù)據(jù)采集、信號放大、電信號輸出這幾個方面。其中將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電信號的有光電傳感器TLP-850完成，數(shù)據(jù)采集、信號放大、電信號輸出則由NI公司推出的USB-6008采集卡完成。4.2.1 光電傳感器TLP-850TLP-850是由東芝公司生產(chǎn)的一款可控制的光電耦合器電子元件，該款光電傳感器把發(fā)光器以及接收器裝在了一個完全密封的塑料殼內(nèi)，兩者之間用透明的絕緣體完全隔離開。其中發(fā)光器的引腳是電壓的輸入端，接收器的引腳是脈沖信號輸出端。1.光電傳感器TLP-850相關(guān)參數(shù)光電傳感器TL

36、P-850相關(guān)參數(shù)如表4-1所示。表4-1光電傳感器TLP-850相關(guān)參數(shù)Maximum Ratings最大額定值(Ta=25)CHARACTERISTIC參數(shù)SYMBOL符號RATING數(shù)值UNIT單位LED發(fā)光源Forward Current正向電流 Forward Current Derating正向電流減率Reverse Voltage反向電壓DECTECTOR受光器Collector-Emitter Voltage集電極發(fā)射極電壓Emitter-Collector Voltage發(fā)射極集電極電壓Collector Power Dissipation集電極功耗Collecto

37、r Power Dissipation Derating 集電極功耗減率Collector Current集電極電流Operating Temperature Range工作溫度范圍Storage Temperature Range儲存溫度范圍Soldering Temperature（5s）焊接溫度RECOMMENDED OPERATING CONDITIONS推薦工作情況CHARACIERSTIC參數(shù)SYMBOL符號MIN最小值TYP適合值MAX最大值UNIT單位Supply Voltage電源電壓Forward Current正向電流Operating Temperature工作溫度2.

38、 光電傳感器TLP-850尺寸光電傳感器TLP-850尺寸如圖4-2所示。圖4-2光電傳感器TLP-850尺寸3. 光電傳感器TLP-850接線端口光電傳感器TLP-850接線圖如圖4-3所示。圖4-3光電傳感器TLP-850接線圖 4. 光電傳感器TLP-850實物圖 光電傳感器TLP-850實物圖如圖4-4所示。綜上所述，電機圓盤厚度為3.5MM，光電開關(guān)的溝槽寬度為5MM；實驗室可提供12V穩(wěn)壓電源，沒有超出光電開關(guān)的工作電壓最大值16V，因此可以選用光電傳感器TLP-850對電機進行轉(zhuǎn)速測量。圖4-4 光電開關(guān)實物圖4.2.2 數(shù)據(jù)采集卡USB-6008NI USB-6008是一款US

39、B 總線供電 B系列多功能DAQ模塊，在高采樣率下也能保持高精度。該模塊提供了8路模擬輸入；10 kS/s單通道采樣率；2路模擬輸出（0V5V）；12路數(shù)字雙向通道。使用時即插即用，在最大程度里縮短了配置與設(shè)置的時間，關(guān)鍵的一點式用戶不用再為數(shù)據(jù)采集卡配置另外的外部電源。結(jié)合LabVIEW軟件中的NI-DAQmx助手，用戶可以快速開發(fā)所需的系統(tǒng)。1.NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡尺寸NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡尺寸分別如圖4-5所示。圖4-5 NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡尺寸參數(shù)2.NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡端口參數(shù)NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡端口參數(shù)如表4-2所示。表4-

40、2 NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡端口參數(shù)模擬輸入模擬輸出通道數(shù)8 SE/4 DI通道數(shù)2采樣率10 kS/s更新率150 S/s是否同步采樣否分辨率12 bits分辨率12 bits最大電壓范圍05 V最大電壓范圍-1010 V精度范圍7 mV精度范圍138 mV最小電壓范圍05 V最小電壓范圍-11 V精度范圍7 mV精度范圍37.5 mV電流驅(qū)動5 mA/10 mA量程數(shù)8數(shù)字I/O板上存儲量512 B通道數(shù)12 DIO計時器/定時器定時方式軟件數(shù)目1邏輯電平TTL續(xù)表4-2分辨率32 bits最大輸入范圍05 V最大信號源頻率5 MHz最大輸出范圍05 V最小輸入脈沖寬度100 ns

41、輸入電流源電流，漏電流邏輯電平TTL輸出電流源電流，漏電流最大量程05 V電流驅(qū)動8.5 mA/102 mAGPS同步否可編程輸入濾波器否時基穩(wěn)定度50 ppm看門狗否脈沖生產(chǎn)否支持握手I/O否緩沖操作是支持模式I/O否短時脈沖干擾消除否可編程上電狀態(tài)否4.2.3 模擬輸入端口直流電動機的轉(zhuǎn)速通過光電傳感器轉(zhuǎn)換為電信號后，通過NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入AI3端口進行數(shù)據(jù)采集，由于數(shù)據(jù)采集選擇的是單端測量模式，因此將光電傳感器的地線接入采集卡的GND端口，接線如圖4-6所示。圖4-6 模擬輸入端口AI3接線4.2.4 模擬輸出端口本設(shè)計對微型電機的控制采用的方法是控制電機電樞電壓

42、，通過NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出A01端口與電機的正極連接，采集卡的GND端口與電機的負極連接。4.2.5 硬件設(shè)備的搭建開關(guān)電源NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡硬件設(shè)備的搭建如圖4-7所示。光電傳感器直流電機圖4-7 硬件設(shè)備的搭建4.3 測控系統(tǒng)的軟件設(shè)計硬件設(shè)計完成后，就可以利用LabVIEW進行軟件方面的設(shè)計，軟件的設(shè)計包括前面板的控件設(shè)計布局，以及后面板的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)運算、PID控制、數(shù)據(jù)輸出等功能，前面板的設(shè)計如圖4-8所示。圖4-8 前面板控件設(shè)計4.3.1 數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集使用LabVIEW的DAQ助手編寫程序，相比傳統(tǒng)的DAQmx節(jié)點編程更加快

43、速方便，但是在功能的全面性方面相對比較弱。在本課題的轉(zhuǎn)速采集中使用DAQ助手足以滿足用戶編程的需要。在模擬輸入端口AI3的配置中信號輸入范圍為-1010 V，采集模式選擇連續(xù)采樣，采樣率及采樣數(shù)均設(shè)為1000，接線端配置模式為RSE。后面板編程如圖4-9所示。a）數(shù)據(jù)采集程序框圖b）數(shù)據(jù)采集配置參數(shù)圖4-9 數(shù)據(jù)采集程序進行信號采集的初期，發(fā)現(xiàn)電壓波形圖里的方波有很大的噪聲，而且顯示的波形相當(dāng)?shù)牟环€(wěn)定，運行程序的時候會不時彈出測量的幅值小于0的錯誤提示，曾一度造成實驗的設(shè)計無法進行，后來經(jīng)老師指導(dǎo)，再查看NI USB-6008采集卡的說明書，發(fā)現(xiàn)使用RSE采集模式的時候應(yīng)該將信號源接地，這樣就

44、能消除方波中的噪聲，而且采集的波形相當(dāng)平滑，可以繼續(xù)進行往下的研究設(shè)計。4.3.2 數(shù)據(jù)測量程序光電傳感器的電平信號采集到NI USB-6008卡后，經(jīng)過卡內(nèi)的電路將信號放大，輸出的波形為脈沖波形，因此使用后面板中信號處理波形測量信號的時間與瞬態(tài)特性測量，選擇頻率輸出。在采集的過程中，由于采用的是以電信號的形式輸出，因此很有可能受到設(shè)備以外的環(huán)境因素的影響，在電壓波形圖中有一定噪聲，同時在電機的轉(zhuǎn)速為0時，電壓波形不是為平滑的低電平，運行狀態(tài)中信號的時間與瞬態(tài)特性測量工具繼續(xù)測量波形的頻率，造成輸出的頻率并不為0，因此嚴重影響了接下來的數(shù)據(jù)運算。為了解決這個問題，在數(shù)據(jù)采集后添加一個幅值和電平

45、測量工具，計算波形的峰峰值，通過比較面板中的大于進行判斷，再引入一個條件結(jié)構(gòu)，當(dāng)電壓信號的峰峰值大于7是為有效數(shù)值，當(dāng)小于7是，數(shù)值默認輸出為0，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電機不轉(zhuǎn)動的時候，前面板輸出的轉(zhuǎn)速為0。數(shù)據(jù)測量程序如圖4-10所示。a）條件結(jié)構(gòu)為真b）條件結(jié)構(gòu)為假圖4-10 數(shù)據(jù)測量程序4.3.3 數(shù)據(jù)運算程序由于數(shù)據(jù)采集后通過工具已得出波形的頻率，因此可以直接通過簡單的數(shù)學(xué)控件換算出直流電動機的實時轉(zhuǎn)速。數(shù)據(jù)運算程序如圖4-11所示。程序測出的頻率也就是指電機圓盤一秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，也就是說，將頻率直接乘以60，就能得出電機圓盤一分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，理論上即為電機的實時轉(zhuǎn)速。圖4-11 數(shù)據(jù)運算程序4.

46、3.4 PID控制程序PID程序設(shè)計的好壞，直接影響到整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制效果。在過去，用戶要想使用PID控制的話，需要自己在后面板進行算法的編寫，而且工作量相對比較大，但近年來NI公司也推出了PID控制工具包，用戶只需安裝上工具包，即可調(diào)用一系列的PID.vi，之后用戶只需按照需求調(diào)節(jié)PID的相關(guān)參數(shù)，就能實現(xiàn)PID的控制，大大縮小了系統(tǒng)開發(fā)的時間。本設(shè)計運用的PID.vi如圖4-12所示。圖中英文output range為設(shè)置數(shù)據(jù)輸出的范圍大小，里面包含了設(shè)置輸出的最大值和輸出的最小值，在本實驗中這是設(shè)置采集卡電壓輸出的范圍；setpoint為用戶對預(yù)期的設(shè)定值，在這次設(shè)計里為電機轉(zhuǎn)速的設(shè)定

47、值；process variable意思為過程變量，在實驗中，我們把這個端口連接到電機的實測轉(zhuǎn)速；PID gains就是需要設(shè)置的PID參數(shù)。圖4-12 PID.vi由于數(shù)據(jù)采集卡的輸出為05 V，因此PID的output需要輸出為05 V，setpoint與設(shè)置轉(zhuǎn)速控件連接，process variable與實測轉(zhuǎn)速控件連接。對PID進行參數(shù)調(diào)節(jié)，因為控制輸出的范圍不大，所以調(diào)節(jié)參數(shù)P時不宜太大，選取P為0.005，I和D分別為0，如圖4-13所示，圖中轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)振蕩非常厲害。嘗試引入I，減少系統(tǒng)誤差，把I設(shè)為0.010，如圖4-14所示，效果不太明顯。把P向下調(diào)節(jié)為0.001，保持I為0.0

48、10，如圖4-15所示，系統(tǒng)振蕩減少，但是調(diào)節(jié)時間過長，需要增大I減少系統(tǒng)誤差。將I設(shè)為0.015，如圖4-16所示，調(diào)速效果有了明顯的改善，但是超調(diào)量仍然過大。再將I設(shè)為0.018，如圖4-17所示，系統(tǒng)的響應(yīng)時間減少，超調(diào)量與之前相比也有了改善。為了得出更好的調(diào)速效果，再將I值設(shè)分別為0.019、0.020、0.021，分別如圖4-18、圖4-19、圖4-20，發(fā)現(xiàn)I為0.020時，調(diào)速效果為最好。圖 4-13 P0.005，I0.000，D0.000 圖 4-14 P0.005，I0.010，D0.000圖 4-15 P0.001，I0.010，D0.000 圖 4-16 P0.001，

49、I0.015，D0.000圖 4-17 P0.001，I0.018，D0.000 圖 4-18 P0.001，I0.019，D0.000圖 4-19 P0.001，I0.020，D0.000 圖4-20 P0.001，I0.021，D0.000 在調(diào)節(jié)PID參數(shù)的過程中，發(fā)現(xiàn)一味單純調(diào)節(jié)P參數(shù)的話，無論怎么調(diào)節(jié)響應(yīng)曲線的超調(diào)量一直是非常大的，因此需要引入I參數(shù)。把I從小開始調(diào)起，發(fā)現(xiàn)I慢慢變大，系統(tǒng)的響應(yīng)時間也隨之減少，同時超調(diào)量也不斷減少，當(dāng)參數(shù)I達到一定的時候再往上增加的話，系統(tǒng)的超調(diào)量也會變大起來，這是由于系統(tǒng)的調(diào)速效果較理想，所以不用引入?yún)?shù)D。經(jīng)過實驗中PID的參數(shù)不斷調(diào)試，得出P值

50、為0.001、I值為0.020、D值為0.000，輸出范圍最大值為5.00、最小值為0.00。PID控制程序框圖以及PID參數(shù)設(shè)置如圖4-21和圖4-22所示。圖4-21 PID控制程序圖4-22 PID參數(shù)設(shè)置4.3.5 數(shù)據(jù)輸出程序數(shù)據(jù)輸出使用的是AO1端口，DAQ助手的配置為信號輸出范圍最大值為5，最小值為0，接線端配置為RSE，生成模式為1采樣（按要求），信號端接入PID.vi的output端口。并在while結(jié)構(gòu)外添加一個AO1模擬輸出，數(shù)據(jù)配置為常數(shù)0，目的是在停止程序運行后，采集卡自動輸出一個0 V電壓的信號，使直流電機停止轉(zhuǎn)動。后面板編程如圖4-23所示。a) 數(shù)據(jù)輸出程序框圖

51、b) 數(shù)據(jù)輸出參數(shù)設(shè)置圖4-23 數(shù)據(jù)輸出程序4.4 實驗結(jié)果分析4.4.1 實驗運行結(jié)果當(dāng)硬件設(shè)備連接齊全，軟件系統(tǒng)編寫好后，運行程序，由于設(shè)置轉(zhuǎn)速默認為0，因此電動機沒有轉(zhuǎn)動，從輸出電壓控件可以看到數(shù)據(jù)采集卡的輸出為0。運行時系統(tǒng)界面如圖4-24所示。圖4-24 轉(zhuǎn)速為0時的電壓輸出在系統(tǒng)運行時，把設(shè)置轉(zhuǎn)速的數(shù)值改為1000轉(zhuǎn)/分鐘時，設(shè)置轉(zhuǎn)速的紅色線瞬間從0升至1000轉(zhuǎn)/分鐘，實測轉(zhuǎn)速的白色線逐漸從0升至1000轉(zhuǎn)/分鐘，響應(yīng)時間為2.5s左右，其中上升過程中的延時時間為1s、上升時間為1.5s，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速快速到達1000轉(zhuǎn)/分鐘時，速度還會繼續(xù)上升至1070轉(zhuǎn)/分鐘左右，然后會迅速

52、下降，速度降為950轉(zhuǎn)/分鐘左右，接著白色線的實測轉(zhuǎn)速會繞著紅色線的設(shè)置轉(zhuǎn)速來回波動并逐漸接近1000轉(zhuǎn)/分鐘，這是整個調(diào)整時間大概為10.5s，而電壓輸出的數(shù)值維持在3.33 V上下波動。盡管在速度達到1000轉(zhuǎn)/分鐘時，電機轉(zhuǎn)速也有會較小的波動，但對總體的調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的效果良好，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)實時情況如圖4-25所示。圖4-25 1000轉(zhuǎn)/分鐘時調(diào)速情況隨后在測控系統(tǒng)中測試了其他轉(zhuǎn)速檔位的調(diào)速控制測試，發(fā)現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速只能實現(xiàn)在350轉(zhuǎn)/分鐘到1650轉(zhuǎn)/分鐘之間調(diào)速，電動機調(diào)速范圍如圖4-26所示。圖4-26 電動機調(diào)速范圍4.4.2 實驗結(jié)果分析由于直流電動機的調(diào)速范圍只能達到350轉(zhuǎn)/分鐘至

53、1650轉(zhuǎn)/分鐘之間，與課題設(shè)計要求達到50轉(zhuǎn)/分鐘至2000轉(zhuǎn)/分鐘有一定的差距，因此需要對設(shè)計系統(tǒng)的硬件和軟件進行分析。1.從測控系統(tǒng)硬件方面分析首先，本課題采用的直流電動機型號為EG-530AD 12v ccw，代表電機在額定電壓12 V的情況下能夠達到2400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速，因此給電機的兩端輸入實驗臺提供的穩(wěn)壓12 V的穩(wěn)壓電源，同時對電機的實時轉(zhuǎn)速進行測量，發(fā)現(xiàn)直流電動機的轉(zhuǎn)速在2400轉(zhuǎn)/分鐘上下輕微波動。由于本次實驗采用的NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出為05 V，所以使用實驗臺提供的穩(wěn)壓5 V的直流電源接入電機電樞兩端，同時對電機的實時轉(zhuǎn)速進行測量，發(fā)現(xiàn)直流電動機的轉(zhuǎn)速依然可以達到2400轉(zhuǎn)/分鐘，但是電機的轉(zhuǎn)速不太穩(wěn)定。實驗臺和數(shù)據(jù)采集卡同樣是輸出5 V的直流電壓，但是直流電動機的轉(zhuǎn)速卻有很大的差異，因此使用萬能表的電壓檔，分別對測量兩種