NEW基于LabVIEW的电机转速测量与控制虚拟仪器设计 - 图文

图2-15 PID控制逻辑

1.比例控制（P）

比例控制，也称作P控制，就是把实测值与期望值的差值e0的大小与控制的变量成比例关系，如果只使用P控制，那么系统输出就会出现一定的稳态误差，不利于系统的控制。

动态方程和传递函数分别为：

zp?Kpeo （2.5） W(s)?式中 Kp——比例控制参数 e0——实测值与期望值的偏差 P——比例度

2.比例-积分控制（PI）

比例-积分控制，也称作PI控制，由于只使用比例控制，系统会产生一定的稳态误差，这时就需要引入“积分项”。而积分项对于误差又取决于时间的积分，当时间增加的时候，积分项也就跟着增大。

控制规律和传递函数分别为：

m(t)?Kp[?(t)?1Tie01 ?Kp? （2.6）

zpP ??(?)d?] （2.7）

0t? W(s)M(s)1?Kp[?1?E(s)TisdT s ] （2.8）

式中 ?(t)——偏差

16

Ti——积分时间常数

3.比例-积分-微分控制（PID）

比例-积分-微分控制，也称作PID控制，在有比例控制的基础上，加入积分控制，消除了稳定误差，之后又引入了微分控制，更加提高了系统的稳定性。

传递函数为：

W(s)?M(s)1 ?Kp[1??Tds] （2.9）

E(s)Tis式中 Td——微分时间常数

综上所述，使用单纯的比例控制时，当比例参数过大，意味着控制作用太强，很容易引起系统的振荡；当比例参数过小，控制的效果不明显。而在比例控制的基础上再引入积分控制，可以消除系统误差，不过积分时间过长，就会使系统超调从而发生振荡。一般来说，比例-积分控制足够满足电动机转速控制的使用要求，是否要加入微分控制，需要视现实情况而定。

2.8.2 其他控制理论

1.智能控制理论

智能控制，顾名思义，就是人工智能与自动控制相融合，在人类不用参与的作用下，可以自动独立完成自动控制的效果。与传统的控制理论不同，智能控制并不需要对数学公式或者计算进行过多的研究，开发人员只需将精力放在数据库和建模的研究上。智能控制运用在实际生产中，会自动对外界进行认识、分辨、计算和规划，最终能够实现使被控对象按照用户的要求达到预期的效果。

2.鲁棒控制理论

在自动控制中，很多时候建立的模型都是非线性模型，因此都存在模型的不确定性，而鲁棒控制正是解决这一系列的问题。与传统的自适应控制系统的相比，前者的控制思想是对模型的参数进行判断，然后建立控制器。由于建立的控制器都是参考模型的参数，所以不可能把将会出现的不确定性因素添加进去。相反的是，鲁棒控制的设计理念真是尽可能把模型一切的不确定因素和信息添加到控制器里，在

17

运行中遇到的不确定参数时，依旧可以满足用户需求的性能指标。

3.模糊控制理论

模块控制一种是基于模糊数学的基本思想的控制理论。在过去的控制理论的领域中，一个控制系统的动态模式是否精确，往往会直接影响到整个控制系统的效果，因此系统的动态信息越详尽，那么就可以达到精确控制的效果。换言之，对于一些非常复杂的系统，因为存在的变量过多，造成很难去准确表达系统的动态，并实现控制的目的。对于如此复杂而又不能准确表达的系统，则可以用模糊数学来解决这些问题。

4.神经网络控制理论

神经网络控制作为早于其出现的智能控制理论的一个新分支，是自动控制领域里的前沿科学。它为之前线性控制理论、自适应控制理论所不能分析的非线性、不确定的控制问题给出了可行的方案。

5.预测控制理论

在所有的生产过程中，进行的步骤都是非常复杂的，因此建立其相对应的模型也是难以绝对相符合。对于一些应用于复杂建模的控制理论，往往其控制效果也是不如人意。由于预测控制理论中可以对已建立的模型进行反馈校正，不断完善其模型的算法，因此适合用于复杂的生产过程。伴随预测控制理论的飞速发展，其在生产控制中必定能起到更大的作用。

18

3. 虚拟仪器的概述

3.1 虚拟仪器的简介

20世纪70年代中期，NI公司提出了虚拟仪器（Virtual Instrument）的概念。在以计算机等硬件平台的基础上，利用虚拟仪器，用户可以在虚拟面板选择合适的控件，编写程序系统。由于虚拟仪器具有开发架构的特点，因此用户可以更快速实现测试系统的建立。同时，虚拟仪器的出现，打破了传统仪器在数据采集、运算、传输等方面的限制，是一个高自动化、低运行成本的运载平台。虚拟仪器构成如图3-1所示。

图3-1 虚拟仪器的构成

3.2 虚拟仪器的特点

使用虚拟仪器的好处除了能与计算机建立成灵活的测试平台，关键是通过其他各种类型的接线口，就可以建立起各种各样的自动测试系统。与传统的仪器相比，虚拟仪器的特点有以下几点：

1.在传统的仪器面板中，控制控件种类繁多，用户使用时容易发生误操作。相比之下，虚拟仪器的功能面板则将复杂的控件分类号，用户使用时更加方便、快捷。

2.在通用的硬件平台里，虚拟仪器可以完成各种硬件不能达成的功能。

19