[Labview经验]

基于LabVIEW的PID控制器设计方法

2019-5-13 09:40:03 3520 PID

0 摘要：利用labview虚拟仪器开发平台，设计了一个程序，可以对３阶以内的线性被控对象快速的确定PID控制器的各个参数，完成PID控制器的设计。同时，可以给出控制系统开环或者闭环的阶跃响应。关键词：　虚拟仪器；LabVIEW；PID控制 1、引言 PID控制调节原理简单，易于整定、使用方便，是历史最悠久、控制性能最强的基本调节方式，广泛地应用于机电、冶金、机械、化工等各个工业生产部门。 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，具有简洁的图形化编程环境和强大的功能。它广泛地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。 2、PID控制原理 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。图1 PID控制原理图 PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差： (1) 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： (2) 表示为传递函数的形式为 (3) 式中分别为,比例系数、积分时间常数、微分时间常数。比例环节成比例的反映控制系统的偏差信号，一旦产生偏差，控制器就产生控制作用，来减少偏差。积分环节主要用于消除静态误差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于时间常数越小，积分作用越强。微分环节反映偏差信号的变化趋势，在系统中引入一个有效的提前修正信号，来加快系统的动作速度，缩短调节时间。 3、LabVIEW及其PID工具包简介 LabVIEW自1986年推出以来，经过十几年的时间，发展到以最新版本LabVIEW7.1为核心，包括控制与仿真、高级数字信号处理、模糊控制和PID控制等众多的附加软件包,可运行于Windows、Linux、Sun和HP-UX等多种平台。 LabVIEW提供了一种全新的编程方法,即采用编译型图形化编程语言—G语言(GraphProgramming)。用户设计好程序的框架之后,只需把系统提供的各种图形化功能模块连接起来,即可得到所需的应用程序。LabVIEW中的程序称为虚拟仪器 (virtual instruments)程序,简称VI.。每个VI都由前面板、框图程序和图标/连接端口三部分组成。前面板就是图形化用户界面,用于设置输入数值和观察输出值；框图程序利用图形语言对定义在前面板上的控制量和指示量进行编程；图标/连接端口则可以把VI定义为一个子程序(subVI),使其能被别的VI调用。 LabVIEW的PID控制模块包含PID和模糊逻辑控制以及其它先进控制函数。利用NI的基于LabVIEW的PID工具包（PID Toolkit），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。 4、PID控制器设计的LabVIEW实现方法 PID控制器设计的主要任务是对于给定的被控对象，快速的确定比例系数、积分系数和微分系数 ,使系统满足相应的指标。 4.1 LabVIEW程序设计 ① 前面板设计前面板程序用来提供用户与程序的接口，产生一个友好的图形界面，用于显示仿真波形输出。此外，用户还可以通过前面板上的控件设置被控对象的传递函数,以及开环和闭环控制的选择。实现PID控制器设计的VI前面板程序如图1所示,可以几乎同步得到仿真波形。图2 开环控制及波形图3 闭环控制及波形 ② 框图程序设计框图程序是虚拟仪器的图形化源代码，与前面板相对应，连线表示信号的方向。它是利用图形语言对前面板上的控制量和显示量进行控制，使程序完成设定的功能。图3和图4为本文的源程序。框图程序1对前面板输入的数据进行预处理，作为框图程序2中各子VI的参数。图4 框图程序1 图5 框图程序2 4.2 控制器设计完成程序设计后,只需在前面板上设置被控对象的传递函数，然后运行程序,用鼠标拖动参数的滑动按钮调整它们的大小，使得输出的阶跃响应达到预期的效果。还可以通过开关选择对开环系统或者闭环系统进行仿真。本文对传递函数为　　　　　　　　　　　　　　（4）的被控对象进行仿真，得到开环和闭环阶跃响应分别如图3和图4所示。、、的值分别为5.17、0.006、0.01。对不同的被控对象只需改变其传递函数，重复上面步骤即可获得的PID参数,完成PID控制器的设计。 5、结束语在LabVIEW软件条件下，利用PID工具包，可以方便的进行PID控制器的设计，为PID控制在实际系统中的应用提供参考。通过前面板的图形交互界面本程序对3阶以内具有线性递函数的被控对象有着很好的通用性。此外，还可以利用PID工具包，设计其它基于PID算法的LabVIEW程序，设为子VI，便于在设计中调用。参考文献［1］杨乐平，李海涛等。LabVIEW程序设计与应用。北京：电子工业出版社，2001.7 ［2］ NI Corporation。PID Control Toolset User Manual。2003.11。 2
2019-5-13 09:40:03　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 基于LabVIEW的PID控制器设计的方法 121 • 一种基于LabVIEW 的PID 控制器设计的方法A met 124 • 基于LabVIEW_的PID_控制器设计的方法 13788 • pid控制器原理 PID控制器调节 0 • 如何调节PID参数 PID控制器的调试方法 375 • LabVIEW辅助PID控制器参数整定 81 • PID控制器的调试方法 3827 • 如何使用LabVIEW和NI myRIO实现PID控制器 10504 • 什么是PID控制器?PID控制器控制器中的积分控制是什么? 1545 • 采用Labview实现PID控制器设计 12482