畢業(yè)論文-電機轉速PID實時控制系統(tǒng)設計與實現

HUNAN畢業(yè)論文論文題目電機轉速PID實時控制系統(tǒng)設計與實現學生姓名學生學號專業(yè)班級自動化3班學院名稱電氣與信息工程學院指導老師學院院長2015年 05月09日摘要電動機廣泛應用于現代化的工農業(yè)生產和人民生活中，而各種生產對電動機的性能有著不同的要求，如快速起動、制動、反轉或穩(wěn)速運動等等。PID控制在控制理論中是一種成熟的經典控制方法。PID控制器優(yōu)點在于結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便，是工業(yè)控制的主要技術之一。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成，其完整的公式如下：u利用PID控制算法能夠準確對電機轉速進行控制，可使電機的運行狀態(tài)在不同的生產過程中符合要求。本文研究了PID算法在電機轉速控制中的應用，設計出基于VC的電機轉速PID控制系統(tǒng)。電機轉速PID控制硬件平臺由PC機（含數據采集卡），變頻器，編碼器，電機組成，利用VC6.0作為軟件平臺對電機轉速進行實時監(jiān)測及控制。本文對PID參數進行整定使其達到轉速調節(jié)的要求，最終設計出調速性能好的電機轉速PID控制平臺。關鍵詞：PID控制，電機控制，轉速調節(jié)，PID整定DesignandimplementationofthemotorspeedPIDreal-timecontrolsystemAbstractMotoriswidelyusedinmodernindustrialandagriculturalproductionandthedailylivesofthepeople.Itmeansthemotorperformanceshouldmeetavarietyofdifferentrequirementsintheproduction,suchasfaststarting,braking,reverseorconstantvelocity,andsoon.Incontroltheory,PIDcontrolisamaturemethodofclassicalcontrol.ThePIDcontrollerhastheadvantagesofsimplestructure,goodstability,reliableoperation,convenientadjustment,whichmakeitbecameoneofthemaintechnologiesinindustrialcontrol.ThePIDcontrollercomposedbyratiounit(P),integralunit(I)anddifferentialunit(D).Thecompleteformulaisasfollows:uUsingthePIDcontrolalgorithmcanaccuratelycontroltherotationalspeedofthemotor,whichmeettherequirementsofdifferentproductionprocesses.ThispaperstudiestheapplicationofPIDalgorithminmotorspeedcontrolanddesignsaPIDmotorspeedcontrolsystembasedonVC.MotorspeedPIDcontrolhardwareplatformiscomposedofaPCmachine(includingdataacquisitioncard),inverter,encoderandamotor,usingVC6.0assoftwareplatformofmotorspeedforreal-timemonitoringandcontrol.ThispaperalsosetPIDparameterstomeettherequirementofspeedcontrol.FinallydesignthemotorspeedPIDreal-timecontrolplatformwithgoodspeedperformance.Keywords:PIDcontrol,motorcontrol,speedregulation,settingPIDparameters湖南大學畢業(yè)設計(論文)第頁目錄緒論2課題背景及目的2設計現狀和發(fā)展趨勢2課題研究手段及研究內容3系統(tǒng)硬件平臺的設計5硬件平臺原理圖…….…5各硬件模塊分述7電動機…….…………….……………….….7編碼器………………………7變頻器……9數據采集卡11PCI數據采集卡介紹………………….11PCI功能測試………….14電機轉速計算方法……..…...15系統(tǒng)軟件設計…….…….………………….………………15PCI軟件說明………15PID控制原理………18電機PID調速程序………19VC程序設計………20調試程序及結果…………………….23PID參數整定……………………19Ziegler-Nichols工程整定法……………….………………..19整定過程和結果…………….19小結……………………20致謝……………………20參考文獻………………..……...………20附錄源程序……………20緒論課題背景及目的電動機在現代化的生產和生活中起著非常重要的作用。無論是在工農業(yè)生產、航天航空、國防、交通運輸和辦公設備中，還是在日常生活中，都大量地使用著各種各樣的電動機。而在不同的生產過程中，要使電動機的運行狀態(tài)滿足要求，電動機的轉速控制占領著至關重要的位置。在另一方面，PID控制是一種成熟的經典控制方法，其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應用于工業(yè)過程控制，尤其適用于可建立精確數學模型的確定性控制系統(tǒng)。運用PID控制對電動機轉速進行實時控制，可令電動機轉速符合各種各樣的要求。研究電機的PID調速方法，對提高轉速控制精度和響應速度，還有節(jié)約能源等方面也具有重要意義。同時,采用數字化控制可以彌補模擬電路難以實現控制方法的缺點,數字化調速系統(tǒng)與傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)相比，具有以下特點：提高調速性能采用數字化進行測速，可以在大范圍內高精度測速，也提高速度控制的精度。在控制規(guī)律上，數字化系統(tǒng)能滿足各種控制需求，適用于各種生產過程。提高運行可靠性因為數字化系統(tǒng)零部件數量和觸電相比模擬系統(tǒng)較少，很多功能都由軟件完成，使整個系統(tǒng)得以簡化，所以系統(tǒng)的故障率相對較少。便于檢測錯誤數字化系統(tǒng)中計算機具有存儲、顯示、記錄功能，因此可以對系統(tǒng)的狀態(tài)進行檢測、顯示、記錄和診斷。在出現錯誤后，能夠在計算機上檢測出錯誤并修改。設計現狀和發(fā)展趨勢從19世紀末起，電動機逐漸開始替代蒸汽機成為拖動生產機械的原動機，一個多世紀以來，雖然電動機基本結構沒有太大的改變，但是電動機的類型卻增加了不少，而且在運行性能，經濟指標，穩(wěn)定性等方面都有了很大的進步和提高。此外，隨著計算機技術和自動控制系統(tǒng)的發(fā)展，在一般電動機的基礎上又發(fā)展出許多種類的控制電動機，控制電動機具有高可靠性﹑好精確度﹑快速響應的特點，控制電動機成為電動機學科的一個獨立分支。縱觀電動機的發(fā)展史，可發(fā)現每一次的跨越進步都起因于理論方面的革新。因此，可以認為今后的發(fā)展需要依靠現有的各種控制理論，并且互相取長補短。另外，可以引入其他學科理論、方法，交叉學科以取得新的突破。近年來，智能控制研究有了新的突破，并在許多領域獲得了應用。其中典型的如模糊控制、神經網絡控制和基十專家系統(tǒng)的控制。智能控制優(yōu)點在于無需對象的精確數學模型并具有較強的魯棒性，因此許多學者將智能控制方法引入了電機控制系統(tǒng)的研究，并預言未來的十年將開創(chuàng)電力電子和運動控制的新紀元。另一方面，控制理論的發(fā)展經歷了古典控制理論、現代控制理論和智能控制理論三個階段。其控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構﹑輸入輸出接口。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器已經很多，并且很多產品已在工程中得到了廣泛的應用。PID的概念在1992年被提出，米羅斯基(N.Minorsky)通過對位置控制系統(tǒng)進行分析，并根據PID控制中P、I、D三個參數的控制作用，提出了PID控制公式。在之后將近一百年歷史中，通過奈奎斯特(H·Nyquist)和伯德（H·W·Bode）等人不斷的完善和技術更新，PID控制成為工業(yè)控制中一項可靠和穩(wěn)定的控制技術。在微處理技術迅速發(fā)展之后，PID控制發(fā)展也融入新的活力，現在過程控制中大部分控制規(guī)律還是主要依靠PID控制。而現在對電機數字調速控制的技術在不停發(fā)展和進步，研究工作者也成功把PID控制加入到電機調速控制系統(tǒng)中，進一步提出了自適應PID算法和模糊PID算法等等。課題研究手段及研究內容本設計目標在于創(chuàng)建一個小型電機轉速自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)利用PC機作為實驗平臺，把數據采集卡PCI嵌入PC機中，由此可以實現數據高速的傳輸（從數據總線到PC機），最后采集系統(tǒng)對數據進行存儲和處理。系統(tǒng)以VC軟件作為程序平臺，C語言作為程序語言，其中軟件平臺設計主要包括PCI8932驅動程序安裝和PID控制程序的設計。其中要想對數據采集卡的信息進行處理必須調用相應的PCI驅動程序，才具有對PCI硬件的直接訪問權，對于操作系統(tǒng)，為了實現PCI數據采集卡的相應功能，必須安裝相應的設備驅動程序。在控制系統(tǒng)中，可以通過PID控制算法對PID控制器進行控制。大多數的計算機控制系統(tǒng)都是采樣數據控制系統(tǒng)。連續(xù)時間信號進入計算機后，必須對其進行采樣和數量化的處理后，轉換成數字量，才能進入計算機的存儲器中。本設計的電機轉速自動控制系統(tǒng)在電機運行時，編碼器采集脈沖，并通過數據采集卡PCI8932的計數器計數，在計算機中處理后得到電機當前轉速，PID控制器將設定的給定轉速與當前轉速比較并計算得出模擬控制量，輸出模擬控制量給變頻器，驅動電機調節(jié)轉速。系統(tǒng)硬件平臺設計硬件平臺原理圖圖2.1系統(tǒng)硬件平臺電機控制系統(tǒng)的硬件平臺如圖2.1所示，系統(tǒng)由PC機，變頻器，數據采集卡，電機，編碼器組成。運行原理為：先由PC機軟件根據設定轉速和實際轉速得出模擬控制量輸出給變頻器，變頻器輸出對應頻率與電壓，電機開始運行。此時編碼器把測量出的電機實時轉速通過數據采集卡反饋給PC機，PC機又可根據測出的實際轉速和設定轉速得出新的模擬控制量，輸出給變頻器。如此循環(huán)，直至設定轉速和實際轉速一致，達到調速目的。實物圖及流程圖如下：圖2.2硬件平臺實物圖開始設定電機轉速根據實際轉速和設定轉速計算模擬控制量(PID)，并輸出給變頻器電機轉動，編碼器測速開始設定電機轉速根據實際轉速和設定轉速計算模擬控制量(PID)，并輸出給變頻器電機轉動，編碼器測速把速度信息通過數據采集卡傳給PC機調速結束？N結束Y圖2.4變頻器，編碼器和數據采集卡的接線圖變頻器，編碼器和數據采集卡的接線圖如圖2.4所示，變頻器的U、V、W三個引腳和三相交流電機的對應引腳連接，L1、L2兩個引腳接到交流電源；數據采集卡的模擬輸出引腳與變頻器模擬輸入點VIN相連，模擬地引腳和變頻器的模擬共同點連接，門控開關接到高電平；旋轉編碼器的信號輸出線與的計數器引腳相連，供電線和接地線分別與數據采集卡的對應引腳連接在一起，為了抵抗干擾，全部的地線和編碼器的屏蔽線都要接地。各硬件模塊分述電動機電動機（Motor）是應用“通電線圈在磁場中受力轉動的現象”運行的旋轉電磁機械，可實現電能轉換為機械能。它主要包括一個用以產生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉電樞或轉子,其導線中有電流通過并受磁場的作用而使其轉動。電動機有很多類型，按驅動電源不同可分為直流電動機和交流電動機，交流電機是定子所形成的旋轉磁場在轉子上感應出電勢后產生旋轉動力；直流電機的定子是一個固定磁場，直流電通過轉子的電刷在其周圍形成變化的磁場，從而在定子內轉動。在電力系統(tǒng)中，一般都是選擇交流電機，故在本設計中，也選用了交流電機。編碼器若要實現對電機的控制，主要任務是對轉子轉速的檢測，而轉子檢測的準確性和實時性對控制系統(tǒng)來說至關重要。在控制系統(tǒng)中，電機轉速的檢測通常采用測速發(fā)電機或光電編碼器，但由于光電發(fā)電機體積很大，而且電壓信號容易受到外界環(huán)境的干擾，直接導致檢測不準確。因此，目前大多數的自動控制系統(tǒng)是采用光電編碼器對電機的轉速進行檢測的。編碼器是一種旋轉式傳感器，它能夠把角位移或直線位移信息轉換成電數字脈沖。這些脈沖可用于控制角位移，或者把編碼器和螺旋桿或齒條結合后，就可直線位移的控制。在編碼器中角位移的轉換基于光電掃描原理，交替的透光窗口和不透光窗口構成分度盤，讀數系統(tǒng)就是基于該徑向分度盤的轉動。用一個紅外光源垂直照射這個系統(tǒng)，盤子和圖像就會在光的照射下投射到接收器的表面上，接收器的表面上有一層光柵覆蓋著，它具有和光盤相同的窗口，稱為準直儀。接收器作用是感受光盤轉動時光的變化狀況，再把其信息轉化成對應的電數字脈沖。本設計利用光電編碼盤的測速能力，完成電機轉速的測量裝置，整個測量裝置簡潔而且精度較高，符合要求。本設計選用的是增量式光電旋轉編碼器，增量編碼器的碼盤如圖所示。高分辨率的碼盤，也稱為圓光柵，其透光窗口和不透光窗口都由細小的狹縫或線條組成。碼盤上相鄰兩個狹縫之間的夾角稱為柵距角，透光窗口和不透光窗口均占柵距角的一半。判斷碼盤分辨率大小的單位是每轉計數，每轉計數即是碼盤轉動一周轉換成電脈沖信號的脈沖數量。另外，為了產生定位或零位信號，一般在碼盤上會有一個特殊的狹縫或線條，測量裝置或運動控制系統(tǒng)可利用這個特殊的信號回零或復位。圖2.5增量碼盤與擋板作用本設計選擇的是嶸德系列增量式光電旋轉編碼器，廣泛應用于數控機床、機械、試驗機、風力發(fā)電、交流伺服電機、電梯、冶金設備、科教儀器、航空航天、設計開發(fā)、學術研究等領域。其脈沖數可達2500P/R,屬于通用型設備，并具有體積小、質量輕、結構緊湊、安裝方便等特點。光電編碼器在整個系統(tǒng)中的作用很大，安裝在電機的主軸上，是電機轉速測量的主要部分，它把信號進行整理譯碼后，最后輸出的是方波信號，并將此信號通過數據采集卡送到計算機上，在計算機上進行算法編程，計算出電機的轉速。圖2.6R38S系列編碼盤嶸德編碼器的機械參數和電氣參數分別如表所示表2.1編碼器電氣參數電氣參數參數值分辨率10～2500P/R輸出電路L電源電壓DC5V消耗電流最大150mA響應頻率最大100KHz上升/下降時間100ns信號的高電平Vcc70%信號的低電平最大為0.5V表2.SEQ表4.\*ARABIC2編碼器機械參數機械參數參數值最大轉速6000r/min負載（徑向）20N負載（軸向）10N重量0.18Kg防護等級IP50啟動力矩1510-4工作溫度范圍-10度-70度貯存溫度范圍-20度-80度抗沖擊1000m/s2,6ms抗振動100m/s2,10～200Hz變頻器變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是基于微電子技術和變頻技術，可以電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的電力控制設備。一般變頻器的三個輸入端（R，S,T）和頻率固定的三相交流電源連接，輸出端（U，V，W）輸出的是在一定范圍內頻率可調的三相交流電，輸出端和電機連接。變頻器輸出電源的電壓和頻率的調整是靠內部絕緣柵極型功率管（IGBT）的開斷，根據電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節(jié)能、調速的目的。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器在工業(yè)領域得到了重視和廣泛的使用。變頻器的基本組成：變頻器通常分為4部分：高容量電容、整流單元、逆變模塊和控制電路。高容量電容：轉換后的電能的存儲容器。整流單元：把輸入端的三相或單相交流電變換為直流電。逆變模塊：由IGBT管、相應的驅動控制和保護電路構成，實現直流電逆變?yōu)椴煌l率、幅度、寬度的交流電功能?？刂齐娐罚簩z測電路得到的各種信號送至運算電路，使運算電路能夠根據要求為變頻器主電路提供必要的門極(基極)驅動信號。在本設計中，由于電機的轉速是隨著頻率變化的，所以可以通過變頻器改變頻率大小，進而改變電機轉速，達到電機轉速調節(jié)的目的。其中，頻率與電機實際轉速的關系如下：其中，表示異步電機的同步轉速，單位是；表示電源頻率，單位是；表示電動機的磁極對數；轉差量S的定義如下：，是電機的實際轉速。變頻器按照電壓的調制方式可分為兩種，脈幅調制（）和脈寬調制（PWM）。PWM是英文PulseWidthModulation(脈沖寬度調制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調節(jié)輸出量和波形的一種調制方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脈沖幅值調制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調節(jié)輸出量值和波形的一種調制方式。本設計采用的是脈寬調制（PWM）。本設計選用的變頻器是臺安科技E2系列，如圖2.7所示。圖2.7臺安科技E2系列變頻器本設計在變頻器上主要用到的引腳功能如下：變頻器主要用到的引腳功能說明端子符號功能說明L1(R)L2(S)L3(T)主電源的輸入單相機種：L1/L2三相機種：L1/L2/L3T1(U)，T2(V)，T3(W)變頻器的輸出VIN（模擬輸入點）模擬頻率信號的輸入端子0V模擬信號的共同點由于是單相機種，故選用L1、L2作為主電源輸入，變頻器的輸出是T1、T2、T3，與電機對應地接在一起，變頻器要接地。數據采集卡和變頻器的VIN及0V連接，這樣就可以將其模擬信號輸出給變頻器，進而驅動電機運行。系統(tǒng)運行時，變頻器的控制方式應選擇：功能選擇F_11（頻率控制），采用外部端子控制（01），在選擇好控制方式后，按下運行。數據采集卡PCI數據采集卡介紹本設計采用的是一種基于PCI總線的數據采集卡，可直接插在IBM-PC/AT或與之兼容的計算機內的任一PCI插槽中，構成實驗室、產品質量檢測中心等各種領域的數據采集、波形分析和處理系統(tǒng)，也可構成工業(yè)生產過程監(jiān)控系統(tǒng)。實物圖如下：圖2.8PCI8932實物圖各主要元件的大體功能：信號的輸入輸出連接器CN1；信號的輸入輸出連接器P1：開關量的輸入信號端口P2：開關量的輸出信號端口電位器RP4、RP7、RP3、RP8：DA模擬量信號VOUT0~VOUT3的零點調節(jié)電位器RP6、RP9、RP5、RP10：DA模擬量信號VOUT0~VOUT3的滿度調節(jié)電位器跳線器JP2、JP4：DA模擬量VOUT0的輸出量程設置JP5、JP7：DA模擬量VOUT1的輸出量程設置JP1、JP3：DA模擬量VOUT2的輸出量程設置JP6、JP8：DA模擬量VOUT3的輸出量程設置指示燈ADRead：AD工作狀態(tài)指示燈物理ID撥碼開關D1D1：設置物理ID號，當PC機中安裝的多塊PCI8932時，可以撥碼開關設置每一塊板卡的物理ID號，這樣使得用戶方便的在硬件配置和軟件編程過程中區(qū)分和訪問每塊板卡。信號輸入輸出連接器管腳定義如圖2.9圖2.9數據采集卡、編碼器和變頻器的連接方式如圖2.4所示。PCI8932數據采集卡的減法計數器共有六種方式。在本設計中，采用計數結束產生中斷方式進行減法計數，GATE引腳應該接到高電平。計數結束后產生中斷需要GATE引腳為高電平才能重新開始計數。所以，需要先給計數器賦一個初值n，當門控信號GATE為高電平時[49]，計數器開始做減1計數，計數器的輸出信號OUT為低電平，當計數結束時，OUT變?yōu)楦唠娖?，當計數器重新裝入初值或者復位時OUT信號才會變成低電平。當如果對正在做減數計數的計數器重新賦值時，計數器會從新裝入的初值開始做減量計數。而輸出信號OUT由低電平變?yōu)楦唠娖骄涂梢宰鳛橹袛嗾埱笮盘?。輸入變頻器的直流電壓的量程范圍是0-10V，所以PCI8932的DA模擬量的輸出要進行校準，通過調整跳線器JP2和JP4，使模擬量輸出（本系統(tǒng)選擇VOUT0通道）的電壓量程為0-10V。其中VOUT0通道輸出量程的選擇示意圖如下:圖2.10VOUT0通道輸出量程選擇示意圖PCI功能測試數據采集卡計數器測試：運行PCI8932阿爾泰驅動演示系統(tǒng)，選擇計數器測試功能，因為本設計選擇的輸入通道為CLK1，故輸入數值到計數器1中。計數初值為1000000，計數方式0、計數結束產生中斷。按下“開始計數測量”后，計數器1開始計數，測試結果如下：圖2.11數據采集卡計數圖PCI8932測試程序的DA輸出測試：DA輸出測試中選擇VOUT0通道，先運行PCI8932阿爾泰驅動演示系統(tǒng)，功能選擇為DA輸出檢測，其中寫入PCI8932設備DAData的范圍是0-4095，設備輸出電壓值的范圍是0-10，變頻器的頻率范圍是0-50。首先，設置界面上的“只輸出恒定值（Lsb）”為0，即DAData為0，結果界面上的“電壓值”顯示為0.00，觀察變頻器上的讀數為0。慢慢增大設置界面上的“只輸出恒定值（Lsb）”，發(fā)現“電壓值”和頻率都隨“只輸出恒定值（Lsb）”和DAData的增大而增大，最后當設置界面上的“只輸出恒定值”為4095，即DAData為4095，則界面上的“電壓值”顯示為9997.56，觀察變頻器的頻率顯示為50。由此可得出“只輸出恒定值（Lsb）”，DAData,“電壓值”，頻率均成正比例關系。2.2.4電機轉速計算方法搭建好硬件平臺后，便可根據數據計算電機轉速。計算方法如下：電機啟動后，因為只采用一個計數器0（即是CLK0）來計數，在計數的過程中首先給計數器賦一個初值，計數器便開始作減1計數，當定時器1s時間到，上次計數值與當前計數值的差值就是1s時間內接受的脈沖個數，又因為編碼器轉一轉有1000個脈沖，所以用計數值與當前計數值的差值除以1000，根據一分鐘有60秒則再乘以60便可得出電機的轉速（r/min）。系統(tǒng)軟件設計PCI軟件說明在用VC6.0編程前，首先將PCI8932.h和PCI8932.lib兩個驅動庫文件從相應的演示程序文件夾下復制到源程序文件夾中，然后，為了使用方便，避免重復定義和包含，最好將#include"PCI8932.h"語句放在StdAfx.h文件。一旦完成了以上工作，就可以非常簡單、方便地調用的驅動程序PCI驅動程序是面向對象的編程，面向對象含義是把構成問題事務分解成各個對象，建立對象的目的不是為了完成一個步驟，而是為了描敘某個事物在整個解決問題的步驟中的行為。在使用PCI設備的功能前，必須首先用CreateDevice函數創(chuàng)建一個設備對象句柄hDevice，有了這個句柄，就擁有了對該設備的絕對控制權。然后將此句柄作為參數傳遞給相應的驅動函數，如InitDeviceAD可以使用hDevice句柄以程序查詢方式初始化設備的AD部件。最后要通過ReleaseDevice將hDevice釋放掉。在本設計中，調用PCI驅動程序的過程如下：流程圖：開始開始CreateDevice創(chuàng)建設備SetDeviceCNT設置計數初值和計數方式GetDeviceCNT取得計數當前值PID控制程序計算WriteDevice輸出數據ReleaseDevice釋放設備結束圖3.1調用PCI驅動程序流程圖PCI驅動程序函數功能介紹：CreateDevice函數函數原型：CreateDevice(DevicelgcID=0)功能：該函數負責創(chuàng)建設備對象，并返回設備對象句柄。參數：DevicelgcID設備邏輯ID（Identifier）標識號。當同一個windows系統(tǒng)中加入若干個相同類型的PCI設備時，系統(tǒng)將以該設備的“基本名稱”與DevicelgcID的標識值為名稱后綴作為標示符來確認和管理這個設備。比如，當添加第一個PCI8932AD模板時，系統(tǒng)以PCI8932作為基本名稱，以設備的標識符PCI8932_0來確認和管理這一設備。當系統(tǒng)加入第二個設備時，系統(tǒng)就以PCI8932_1來確認和管理第二個設備，若再添加，則依次類推。所以用戶要創(chuàng)建設備句柄管理和操作第一個設備時，DevicelgcID應置0，第二個設備置1。依此類推，默認值為0。返回值：如果執(zhí)行成功，則返回設備句柄對象，如果執(zhí)行失敗，則返回錯誤碼。由于此函數已帶容錯處理，當出錯時，會彈出出錯原因的對話框。只需對此函數的返回值作一個條件處理即可。SetDeviceCNT函數函數原型：SetDeviceCNT(hDevice,ControlMode,CNTVal,ulChannel)功能為：設置計數器的初值參數：設置對象操作句柄,它由CreateDevice創(chuàng)建ControlMode方式控制字，其選項值如下表：表3.1ControlMode方式控制字模式表CNTVal計數初值ulChannel計數器通道選擇，取值為[0,2]GetDeviceCNT函數函數原型：GetDeviceCNT(hDevice,pCNTVal,ulChannel)功能：取得各路計數器的當前計數值參數：hDevice：設備對象句柄，它應由函數創(chuàng)建。pCNTVal：取得計數值。ulChannel：計數器通道選擇，取值為[0,2]。返回值：若成功，返回，失敗返回。WriteDeviceDA函數函數原型：WriteDeviceDA(hDevice,nDAData,nDAChannel)功能：輸出DA原始數據到CN1上的VOUT0上，在本設計中即將模擬信號輸出到指定通道VOUT0上。參數：hDevice設備對象句柄，它應有CreateDevice創(chuàng)建。nDAData指輸出的DA原始碼數據，它的取值范圍為[0,4095]。nDAChannel需要指定的模擬量通道號，其取值范圍為[0,3]。返回值：若成功，返True,輸出DA原始數據到CN1上的VOUT0上；否則返回False。ReleaseDevice函數函數原型：ReleaseDevice(hDevice)功能：釋放設備本身及所占用的系統(tǒng)資源。參數：hDevice設備對象句柄，它應由CreateDevice創(chuàng)建。返回值：若成功，則返回True，否則返回False。PID控制原理PID控制，又稱PID調節(jié)，它實際上是一種算法。當不能完全掌握被控對象的結構和參數、被控對象精確的數學模型無法得到和難以采用控制理論的其它技術時，意味著必須通過以往經驗和現場實驗來確定系統(tǒng)控制器的參數和具體結構，為了解決這個問題PID控制被引入了。PID控制器是一種比例、積分、微分控制器。比例作用P的加入可以加快系統(tǒng)的響應速度，即使系統(tǒng)的輸出值加快，但缺點會造成輸出值不能穩(wěn)定在一個理想的狀況，比例系數的引入雖然能有效地克服擾動影響，但會出現余差。并且，一個過大比例系數的加入會造成過大的超調量，同時會產生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。積分作用I可以減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，它能對穩(wěn)定后有誤差累積的系統(tǒng)進行誤差修整，積分作用的強弱取決于積分時間常數Ti。微分作用D具有超前性，它能反映偏差信號的變化趨勢，同時能在偏差信號變得太大之前，提前引入一個有效的修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。它可以減小系統(tǒng)的超調量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小動態(tài)誤差。以下是常用的各種控制規(guī)律的控制特點：1、比例控制P：上面已經說明，采用P控制能較快地克服擾動的影響，它的作用是能夠加快輸出值，但不能使輸出值很好地穩(wěn)定于一個理想的數值。P控制器適用于控制要求不高、負荷變化不大、控制通道滯后較小而且被控參數在一定范圍內允許有余差出現的場合。2、比例積分控制(PI)：比例積分控制在工程中是應用比較多的一種控制規(guī)律，它抵抗D調節(jié)造成的干擾。PI控制器利用I調節(jié)來消除余差，同時P調節(jié)可以使系統(tǒng)穩(wěn)定，但控制器輸出中的積分項與當前的誤差值和過去歷次誤差值的累加值成正比，因此積分作用具有很大的滯后性，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以PI控制器適用于系統(tǒng)滯后較小、而被控參數又不允許有余差的情況。3、比例微分控制(PD)：微分作用具有超前調節(jié)的功能，因此引入微分作用控制，對于具有容量滯后的控制通道能夠提高系統(tǒng)的動態(tài)性能指標。因此，對于控制通道的時間常數或容量滯后較大的場合，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動態(tài)偏差等可選用比例微分控制規(guī)律。另外補充說明一點，微分作用對于那些純滯后較大的區(qū)域里是無能為力的，并且在測量信號有噪聲或周期性振動的系統(tǒng)，也不宜加入微分控制。4、比例積分微分控制(PID)：PID控制是結合P、I、D三種控制規(guī)律的控制器，它是一種較全面的控制規(guī)律。PID控制器穩(wěn)定性好，能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差和余差，滿足工業(yè)控制的需求。在控制要求比較高的場合，一般都使用PID控制器。電機PID調速程序在本次設計中，主要利用PID算法公式根據設定轉速和實際轉速計算模擬輸入量。其中本設計PID算法如下：u其中，Kp，KI，Ku(k)為當前時刻的輸出值，e(k)為當前時刻給定值和實際值的偏差,在設計中即當前時刻設定速度與實際速度的偏差e(k-1)為上一時刻給定值和實際值的偏差，在設計中即上一時刻設定速度與實際速度的偏差因為

u可知u故u最后可得u以上式作為PID控制程序的算法，可得PID控制程序如下：e(k)=setspeed-curspeedif((-0.1<=e(k))&&(e(k)<=0.1)){ u(k)=u(k-1);}else{ u(k)=u(k-1)+P*[e(k)-e(k-1)]+I*e(k)+D*[e(k)-e(k-2)]}e(k-2)=e(k-1);e(k-1)=e(k);u(k-1)=u(k);VC程序設計第一步，新建一個基本對話框方法：打開VC，在菜單中找到"文件->新建"。在左邊的窗口中選擇工程”MFCAppWizard”，填寫工程名稱，選擇工程所在的文件夾位置，點擊確定。之后選擇基于對話框的方式圖3.2新建對話框第二步，添加對應控件方法：在出現的界面中，用鼠標點下右邊的工具條上的對應控件，比如：按鈕（Button），接著可在右邊的對話框上空白處按住鼠標左鍵拖畫出一個按鈕。圖3.3添加控件第三部，使用類向導給控件關聯變量方法：右擊控件-建立類向導-選成員變量頁,在該頁中選要關聯哪個類中的控件,然后單擊添加變量,輸入變量名,選擇該變量的類型。一般類型分2類,一種直接就是控件類型,比如CTEXT類型(對該類型的變量的操作等同與對該控件的操作)；一種是值類型,對該變量的操作要使用UpdateDate(boolean)函數,該函數是更新控件跟變量之間的值。本設計選擇CTEXT類型。圖3.4控件關聯變量第四步，編寫各控件程序，添加定時器圖3.5編寫程序調試程序及結果程序編寫完畢后，進行調試。程序沒有錯誤，運行結果如下：圖3.6程序運行結果輸入任意P、I、D值和設定速度，測試結果如下：PID參數整定PID有很多參數整定的方法，總體而言可分為兩大類：第一類為理論計算整定法。這類方法是根據系統(tǒng)的具體數學模型，再根據理論計算得出PID控制器的參數數值。但這類方法所計算的數據不一定符合要求，還必須根據工程實際進行參數的調整和修改。第二類是工程整定方法。它不僅根據工程經驗，而且需要在控制系統(tǒng)的實際試驗中進行，其方法簡單、易于掌握，這類方法被廣泛采用在工程實際中。本設計使用的Ziegler-Nichols工程整定法就屬于這類方法。Ziegler-Nichols工程整定法JohnZiegler（Zeke）和NathanielNichols是Ziegler-Nichols工程整定法的發(fā)現者和提出者，他們提出的回路整定技術大大加強了PID算法在工程領域的應用性，使PID控制器更為簡便地運用到各種工業(yè)控制。Ziegler-Nichols工程整定技術在1942年提出，并且直到現在還被廣泛地應用著。Ziegler和Nichols提出了一個回路整定方法。他們設計了一個對定量過程的行為的實驗，這個實驗具體為：使過程作用改變后，記錄過程變量改變了多少以及過程變量改變速度。之后，他們將得出的測試結果加以分析，轉化為PID控制器的正確的性能設置參數或者整定參數，總結出了一套經驗公式。PID回路的“整定”實際上是指調整控制器對實際測量得到的過程變量值與理想值之間的誤差產生的反作用的積極程度。如果正巧控制過程是相對緩慢的話，那么PID算法可以設置成只要有一個隨機的干擾改變了過程變量或者一個操作改變了設定值時，就能采取快速和顯著的動作。相反地，如果控制過程對執(zhí)行器是特別地靈敏而控制器是用來操作過程變量的話，那么PID算法必須在比較長的一段時間內應用更為保守的校正力?；芈氛ǖ谋举|就是確定對控制器作用產生的過程反作用的積極程度和PID算法對消除誤差可以提供多大的幫助。傳統(tǒng)的PID整定方法大體步驟如下所述：關閉控制器的積分作用和微分作用，放大比例作用P，使系統(tǒng)產生振蕩。