畢業(yè)論文-電機(jī)轉(zhuǎn)速PID實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

HUNAN畢業(yè)論文論文題目電機(jī)轉(zhuǎn)速PID實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)自動(dòng)化3班學(xué)院名稱電氣與信息工程學(xué)院指導(dǎo)老師學(xué)院院長(zhǎng)2015年 05月09日摘要電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中，而各種生產(chǎn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的性能有著不同的要求，如快速起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)或穩(wěn)速運(yùn)動(dòng)等等。PID控制在控制理論中是一種成熟的經(jīng)典控制方法。PID控制器優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便，是工業(yè)控制的主要技術(shù)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(zhǔn)確對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，可使電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)在不同的生產(chǎn)過(guò)程中符合要求。本文研究了PID算法在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出基于VC的電機(jī)轉(zhuǎn)速PID控制系統(tǒng)。電機(jī)轉(zhuǎn)速PID控制硬件平臺(tái)由PC機(jī)（含數(shù)據(jù)采集卡），變頻器，編碼器，電機(jī)組成，利用VC6.0作為軟件平臺(tái)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制。本文對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定使其達(dá)到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的要求，最終設(shè)計(jì)出調(diào)速性能好的電機(jī)轉(zhuǎn)速PID控制平臺(tái)。關(guān)鍵詞：PID控制，電機(jī)控制，轉(zhuǎn)速調(diào)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第頁(yè)目錄緒論2課題背景及目的2設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)2課題研究手段及研究?jī)?nèi)容3系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)5硬件平臺(tái)原理圖…….…5各硬件模塊分述7電動(dòng)機(jī)…….…………….……………….….7編碼器………………………7變頻器……9數(shù)據(jù)采集卡11PCI數(shù)據(jù)采集卡介紹………………….11PCI功能測(cè)試………….14電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法……..…...15系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…….…….………………….………………15PCI軟件說(shuō)明………15PID控制原理………18電機(jī)PID調(diào)速程序………19VC程序設(shè)計(jì)………20調(diào)試程序及結(jié)果…………………….23PID參數(shù)整定……………………19Ziegler-Nichols工程整定法……………….………………..19整定過(guò)程和結(jié)果…………….19小結(jié)……………………20致謝……………………20參考文獻(xiàn)………………..……...………20附錄源程序……………20緒論課題背景及目的電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著非常重要的作用。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航天航空、國(guó)防、交通運(yùn)輸和辦公設(shè)備中，還是在日常生活中，都大量地使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。而在不同的生產(chǎn)過(guò)程中，要使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)滿足要求，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制占領(lǐng)著至關(guān)重要的位置。在另一方面，PID控制是一種成熟的經(jīng)典控制方法，其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)。運(yùn)用PID控制對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，可令電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速符合各種各樣的要求。研究電機(jī)的PID調(diào)速方法，對(duì)提高轉(zhuǎn)速控制精度和響應(yīng)速度，還有節(jié)約能源等方面也具有重要意義。同時(shí),采用數(shù)字化控制可以彌補(bǔ)模擬電路難以實(shí)現(xiàn)控制方法的缺點(diǎn),數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)與傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)相比，具有以下特點(diǎn)：提高調(diào)速性能采用數(shù)字化進(jìn)行測(cè)速，可以在大范圍內(nèi)高精度測(cè)速，也提高速度控制的精度。在控制規(guī)律上，數(shù)字化系統(tǒng)能滿足各種控制需求，適用于各種生產(chǎn)過(guò)程。提高運(yùn)行可靠性因?yàn)閿?shù)字化系統(tǒng)零部件數(shù)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(gè)系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化，所以系統(tǒng)的故障率相對(duì)較少。便于檢測(cè)錯(cuò)誤數(shù)字化系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)具有存儲(chǔ)、顯示、記錄功能，因此可以對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、顯示、記錄和診斷。在出現(xiàn)錯(cuò)誤后，能夠在計(jì)算機(jī)上檢測(cè)出錯(cuò)誤并修改。設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)從19世紀(jì)末起，電動(dòng)機(jī)逐漸開始替代蒸汽機(jī)成為拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，雖然電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)沒有太大的改變，但是電動(dòng)機(jī)的類型卻增加了不少，而且在運(yùn)行性能，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，穩(wěn)定性等方面都有了很大的進(jìn)步和提高。此外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展，在一般電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上又發(fā)展出許多種類的控制電動(dòng)機(jī)，控制電動(dòng)機(jī)具有高可靠性﹑好精確度﹑快速響應(yīng)的特點(diǎn)，控制電動(dòng)機(jī)成為電動(dòng)機(jī)學(xué)科的一個(gè)獨(dú)立分支?？v觀電動(dòng)機(jī)的發(fā)展史，可發(fā)現(xiàn)每一次的跨越進(jìn)步都起因于理論方面的革新。因此，可以認(rèn)為今后的發(fā)展需要依靠現(xiàn)有的各種控制理論，并且互相取長(zhǎng)補(bǔ)短。另外，可以引入其他學(xué)科理論、方法，交叉學(xué)科以取得新的突破。近年來(lái)，智能控制研究有了新的突破，并在許多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。其中典型的如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和基十專家系統(tǒng)的控制。智能控制優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型并具有較強(qiáng)的魯棒性，因此許多學(xué)者將智能控制方法引入了電機(jī)控制系統(tǒng)的研究，并預(yù)言未來(lái)的十年將開創(chuàng)電力電子和運(yùn)動(dòng)控制的新紀(jì)元。另一方面，控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。其控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑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(jīng)很多，并且很多產(chǎn)品已在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。PID的概念在1992年被提出，米羅斯基(N.Minorsky)通過(guò)對(duì)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，并根據(jù)PID控制中P、I、D三個(gè)參數(shù)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(guò)奈奎斯特(H·Nyquist)和伯德（H·W·Bode）等人不斷的完善和技術(shù)更新，PID控制成為工業(yè)控制中一項(xiàng)可靠和穩(wěn)定的控制技術(shù)。在微處理技術(shù)迅速發(fā)展之后，PID控制發(fā)展也融入新的活力，現(xiàn)在過(guò)程控制中大部分控制規(guī)律還是主要依靠PID控制。而現(xiàn)在對(duì)電機(jī)數(shù)字調(diào)速控制的技術(shù)在不停發(fā)展和進(jìn)步，研究工作者也成功把PID控制加入到電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，進(jìn)一步提出了自適應(yīng)PID算法和模糊PID算法等等。課題研究手段及研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)目標(biāo)在于創(chuàng)建一個(gè)小型電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)利用PC機(jī)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，把數(shù)據(jù)采集卡PCI嵌入PC機(jī)中，由此可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速的傳輸（從數(shù)據(jù)總線到PC機(jī)），最后采集系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。系統(tǒng)以VC軟件作為程序平臺(tái)，C語(yǔ)言作為程序語(yǔ)言，其中軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)主要包括PCI8932驅(qū)動(dòng)程序安裝和PID控制程序的設(shè)計(jì)。其中要想對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的信息進(jìn)行處理必須調(diào)用相應(yīng)的PCI驅(qū)動(dòng)程序，才具有對(duì)PCI硬件的直接訪問(wèn)權(quán)，對(duì)于操作系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)PCI數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)功能，必須安裝相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。在控制系統(tǒng)中，可以通過(guò)PID控制算法對(duì)PID控制器進(jìn)行控制。大多數(shù)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)都是采樣數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。連續(xù)時(shí)間信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，必須對(duì)其進(jìn)行采樣和數(shù)量化的處理后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。本設(shè)計(jì)的電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，編碼器采集脈沖，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡PCI8932的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，在計(jì)算機(jī)中處理后得到電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，PID控制器將設(shè)定的給定轉(zhuǎn)速與當(dāng)前轉(zhuǎn)速比較并計(jì)算得出模擬控制量，輸出模擬控制量給變頻器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)原理圖圖2.1系統(tǒng)硬件平臺(tái)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)如圖2.1所示，系統(tǒng)由PC機(jī)，變頻器，數(shù)據(jù)采集卡，電機(jī)，編碼器組成。運(yùn)行原理為：先由PC機(jī)軟件根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速得出模擬控制量輸出給變頻器，變頻器輸出對(duì)應(yīng)頻率與電壓，電機(jī)開始運(yùn)行。此時(shí)編碼器把測(cè)量出的電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡反饋給PC機(jī)，PC機(jī)又可根據(jù)測(cè)出的實(shí)際轉(zhuǎn)速和設(shè)定轉(zhuǎn)速得出新的模擬控制量，輸出給變頻器。如此循環(huán)，直至設(shè)定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速一致，達(dá)到調(diào)速目的。實(shí)物圖及流程圖如下：圖2.2硬件平臺(tái)實(shí)物圖開始設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和設(shè)定轉(zhuǎn)速計(jì)算模擬控制量(PID)，并輸出給變頻器電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器測(cè)速開始設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和設(shè)定轉(zhuǎn)速計(jì)算模擬控制量(PID)，并輸出給變頻器電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器測(cè)速把速度信息通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡傳給PC機(jī)調(diào)速結(jié)束？N結(jié)束Y圖2.4變頻器，編碼器和數(shù)據(jù)采集卡的接線圖變頻器，編碼器和數(shù)據(jù)采集卡的接線圖如圖2.4所示，變頻器的U、V、W三個(gè)引腳和三相交流電機(jī)的對(duì)應(yīng)引腳連接，L1、L2兩個(gè)引腳接到交流電源；數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出引腳與變頻器模擬輸入點(diǎn)VIN相連，模擬地引腳和變頻器的模擬共同點(diǎn)連接，門控開關(guān)接到高電平；旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)輸出線與的計(jì)數(shù)器引腳相連，供電線和接地線分別與數(shù)據(jù)采集卡的對(duì)應(yīng)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(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)（Motor）是應(yīng)用“通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象”運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)電磁機(jī)械，可實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。它主要包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子,其導(dǎo)線中有電流通過(guò)并受磁場(chǎng)的作用而使其轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)有很多類型，按驅(qū)動(dòng)電源不同可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，交流電機(jī)是定子所形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)出電勢(shì)后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；直流電機(jī)的定子是一個(gè)固定磁場(chǎng)，直流電通過(guò)轉(zhuǎn)子的電刷在其周圍形成變化的磁場(chǎng)，從而在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。在電力系統(tǒng)中，一般都是選擇交流電機(jī)，故在本設(shè)計(jì)中，也選用了交流電機(jī)。編碼器若要實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，主要任務(wù)是對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，而轉(zhuǎn)子檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在控制系統(tǒng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)通常采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電編碼器，但由于光電發(fā)電機(jī)體積很大，而且電壓信號(hào)容易受到外界環(huán)境的干擾，直接導(dǎo)致檢測(cè)不準(zhǔn)確。因此，目前大多數(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)是采用光電編碼器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)的。編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式傳感器，它能夠把角位移或直線位移信息轉(zhuǎn)換成電數(shù)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(jié)合后，就可直線位移的控制。在編碼器中角位移的轉(zhuǎn)換基于光電掃描原理，交替的透光窗口和不透光窗口構(gòu)成分度盤，讀數(shù)系統(tǒng)就是基于該徑向分度盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。用一個(gè)紅外光源垂直照射這個(gè)系統(tǒng)，盤子和圖像就會(huì)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(zhǔn)直儀。接收器作用是感受光盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)光的變化狀況，再把其信息轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的電數(shù)字脈沖。本設(shè)計(jì)利用光電編碼盤的測(cè)速能力，完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量裝置，整個(gè)測(cè)量裝置簡(jiǎn)潔而且精度較高，符合要求。本設(shè)計(jì)選用的是增量式光電旋轉(zhuǎn)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(xì)小的狹縫或線條組成。碼盤上相鄰兩個(gè)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(zhuǎn)計(jì)數(shù)，每轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)即是碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)量。另外，為了產(chǎn)生定位或零位信號(hào)，一般在碼盤上會(huì)有一個(gè)特殊的狹縫或線條，測(cè)量裝置或運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可利用這個(gè)特殊的信號(hào)回零或復(fù)位。圖2.5增量碼盤與擋板作用本設(shè)計(jì)選擇的是嶸德系列增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)械、試驗(yàn)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電、交流伺服電機(jī)、電梯、冶金設(shè)備、科教儀器、航空航天、設(shè)計(jì)開發(fā)、學(xué)術(shù)研究等領(lǐng)域。其脈沖數(shù)可達(dá)2500P/R,屬于通用型設(shè)備，并具有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等特點(diǎn)。光電編碼器在整個(gè)系統(tǒng)中的作用很大，安裝在電機(jī)的主軸上，是電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的主要部分，它把信號(hào)進(jìn)行整理譯碼后，最后輸出的是方波信號(hào)，并將此信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡送到計(jì)算機(jī)上，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行算法編程，計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖2.6R38S系列編碼盤嶸德編碼器的機(jī)械參數(shù)和電氣參數(shù)分別如表所示表2.1編碼器電氣參數(shù)電氣參數(shù)參數(shù)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(yīng)頻率最大100KHz上升/下降時(shí)間100ns信號(hào)的高電平Vcc70%信號(hào)的低電平最大為0.5V表2.SEQ表4.\*ARABIC2編碼器機(jī)械參數(shù)機(jī)械參數(shù)參數(shù)值最大轉(zhuǎn)速6000r/min負(fù)載（徑向）20N負(fù)載（軸向）10N重量0.18Kg防護(hù)等級(jí)IP50啟動(dòng)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(dòng)100m/s2,10～200Hz變頻器變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是基于微電子技術(shù)和變頻技術(shù)，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(shè)備。一般變頻器的三個(gè)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(nèi)頻率可調(diào)的三相交流電，輸出端和電機(jī)連接。變頻器輸出電源的電壓和頻率的調(diào)整是靠?jī)?nèi)部絕緣柵極型功率管（IGBT）的開斷，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器在工業(yè)領(lǐng)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(zhuǎn)換后的電能的存儲(chǔ)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(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制和保護(hù)電路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)直流電逆變?yōu)椴煌l率、幅度、寬度的交流電功能。控制電路：將檢測(cè)電路得到的各種信號(hào)送至運(yùn)算電路，使運(yùn)算電路能夠根據(jù)要求為變頻器主電路提供必要的門極(基極)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在本設(shè)計(jì)中，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速是隨著頻率變化的，所以可以通過(guò)變頻器改變頻率大小，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的目的。其中，頻率與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：其中，表示異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，單位是；表示電源頻率，單位是；表示電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；轉(zhuǎn)差量S的定義如下：，是電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。變頻器按照電壓的調(diào)制方式可分為兩種，脈幅調(diào)制（）和脈寬調(diào)制（PWM）。PWM是英文PulseWidthModulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)制方式。PAM是英文PulseAmplitudeModulation(脈沖幅值調(diào)制)縮寫，是按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖幅度，以調(diào)節(jié)輸出量值和波形的一種調(diào)制方式。本設(shè)計(jì)采用的是脈寬調(diào)制（PWM）。本設(shè)計(jì)選用的變頻器是臺(tái)安科技E2系列，如圖2.7所示。圖2.7臺(tái)安科技E2系列變頻器本設(shè)計(jì)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(shuō)明端子符號(hào)功能說(shuō)明L1(R)L2(S)L3(T)主電源的輸入單相機(jī)種：L1/L2三相機(jī)種：L1/L2/L3T1(U)，T2(V)，T3(W)變頻器的輸出VIN（模擬輸入點(diǎn)）模擬頻率信號(hào)的輸入端子0V模擬信號(hào)的共同點(diǎn)由于是單相機(jī)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(jī)對(duì)應(yīng)地接在一起，變頻器要接地。數(shù)據(jù)采集卡和變頻器的VIN及0V連接，這樣就可以將其模擬信號(hào)輸出給變頻器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，變頻器的控制方式應(yīng)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(yùn)行。數(shù)據(jù)采集卡PCI數(shù)據(jù)采集卡介紹本設(shè)計(jì)采用的是一種基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接插在IBM-PC/AT或與之兼容的計(jì)算機(jī)內(nèi)的任一PCI插槽中，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)，也可構(gòu)成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)物圖如下：圖2.8PCI8932實(shí)物圖各主要元件的大體功能：信號(hào)的輸入輸出連接器CN1；信號(hào)的輸入輸出連接器P1：開關(guān)量的輸入信號(hào)端口P2：開關(guān)量的輸出信號(hào)端口電位器RP4、RP7、RP3、RP8：DA模擬量信號(hào)VOUT0~VOUT3的零點(diǎn)調(diào)節(jié)電位器RP6、RP9、RP5、RP10：DA模擬量信號(hào)VOUT0~VOUT3的滿度調(diào)節(jié)電位器跳線器JP2、JP4：DA模擬量VOUT0的輸出量程設(shè)置JP5、JP7：DA模擬量VOUT1的輸出量程設(shè)置JP1、JP3：DA模擬量VOUT2的輸出量程設(shè)置JP6、JP8：DA模擬量VOUT3的輸出量程設(shè)置指示燈ADRead：AD工作狀態(tài)指示燈物理ID撥碼開關(guān)D1D1：設(shè)置物理ID號(hào)，當(dāng)PC機(jī)中安裝的多塊PCI8932時(shí)，可以撥碼開關(guān)設(shè)置每一塊板卡的物理ID號(hào)，這樣使得用戶方便的在硬件配置和軟件編程過(guò)程中區(qū)分和訪問(wèn)每塊板卡。信號(hào)輸入輸出連接器管腳定義如圖2.9圖2.9數(shù)據(jù)采集卡、編碼器和變頻器的連接方式如圖2.4所示。PCI8932數(shù)據(jù)采集卡的減法計(jì)數(shù)器共有六種方式。在本設(shè)計(jì)中，采用計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷方式進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，GATE引腳應(yīng)該接到高電平。計(jì)數(shù)結(jié)束后產(chǎn)生中斷需要GATE引腳為高電平才能重新開始計(jì)數(shù)。所以，需要先給計(jì)數(shù)器賦一個(gè)初值n，當(dāng)門控信號(hào)GATE為高電平時(shí)[49]，計(jì)數(shù)器開始做減1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)OUT為低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，OUT變?yōu)楦唠娖剑?dāng)計(jì)數(shù)器重新裝入初值或者復(fù)位時(shí)OUT信號(hào)才會(huì)變成低電平。當(dāng)如果對(duì)正在做減數(shù)計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器重新賦值時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)從新裝入的初值開始做減量計(jì)數(shù)。而輸出信號(hào)OUT由低電平變?yōu)楦唠娖骄涂梢宰鳛橹袛嗾?qǐng)求信號(hào)。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(jìn)行校準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)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(cè)試數(shù)據(jù)采集卡計(jì)數(shù)器測(cè)試：運(yùn)行PCI8932阿爾泰驅(qū)動(dòng)演示系統(tǒng)，選擇計(jì)數(shù)器測(cè)試功能，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)選擇的輸入通道為CLK1，故輸入數(shù)值到計(jì)數(shù)器1中。計(jì)數(shù)初值為1000000，計(jì)數(shù)方式0、計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷。按下“開始計(jì)數(shù)測(cè)量”后，計(jì)數(shù)器1開始計(jì)數(shù)，測(cè)試結(jié)果如下：圖2.11數(shù)據(jù)采集卡計(jì)數(shù)圖PCI8932測(cè)試程序的DA輸出測(cè)試：DA輸出測(cè)試中選擇VOUT0通道，先運(yùn)行PCI8932阿爾泰驅(qū)動(dòng)演示系統(tǒng)，功能選擇為DA輸出檢測(cè)，其中寫入PCI8932設(shè)備DAData的范圍是0-4095，設(shè)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(shè)置界面上的“只輸出恒定值（Lsb）”為0，即DAData為0，結(jié)果界面上的“電壓值”顯示為0.00，觀察變頻器上的讀數(shù)為0。慢慢增大設(shè)置界面上的“只輸出恒定值（Lsb）”，發(fā)現(xiàn)“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(dāng)設(shè)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(guān)系。2.2.4電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法搭建好硬件平臺(tái)后，便可根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。計(jì)算方法如下：電機(jī)啟動(dòng)后，因?yàn)橹徊捎靡粋€(gè)計(jì)數(shù)器0（即是CLK0）來(lái)計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)的過(guò)程中首先給計(jì)數(shù)器賦一個(gè)初值，計(jì)數(shù)器便開始作減1計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)器1s時(shí)間到，上次計(jì)數(shù)值與當(dāng)前計(jì)數(shù)值的差值就是1s時(shí)間內(nèi)接受的脈沖個(gè)數(shù)，又因?yàn)榫幋a器轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)有1000個(gè)脈沖，所以用計(jì)數(shù)值與當(dāng)前計(jì)數(shù)值的差值除以1000，根據(jù)一分鐘有60秒則再乘以60便可得出電機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)PCI軟件說(shuō)明在用VC6.0編程前，首先將PCI8932.h和PCI8932.lib兩個(gè)驅(qū)動(dòng)庫(kù)文件從相應(yīng)的演示程序文件夾下復(fù)制到源程序文件夾中，然后，為了使用方便，避免重復(fù)定義和包含，最好將#include"PCI8932.h"語(yǔ)句放在StdAfx.h文件。一旦完成了以上工作，就可以非常簡(jiǎn)單、方便地調(diào)用的驅(qū)動(dòng)程序PCI驅(qū)動(dòng)程序是面向?qū)ο蟮木幊蹋嫦驅(qū)ο蠛x是把構(gòu)成問(wèn)題事務(wù)分解成各個(gè)對(duì)象，建立對(duì)象的目的不是為了完成一個(gè)步驟，而是為了描敘某個(gè)事物在整個(gè)解決問(wèn)題的步驟中的行為。在使用PCI設(shè)備的功能前，必須首先用CreateDevice函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備對(duì)象句柄hDevice，有了這個(gè)句柄，就擁有了對(duì)該設(shè)備的絕對(duì)控制權(quán)。然后將此句柄作為參數(shù)傳遞給相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，如InitDeviceAD可以使用hDevice句柄以程序查詢方式初始化設(shè)備的AD部件。最后要通過(guò)ReleaseDevice將hDevice釋放掉。在本設(shè)計(jì)中，調(diào)用PCI驅(qū)動(dòng)程序的過(guò)程如下：流程圖：開始開始CreateDevice創(chuàng)建設(shè)備SetDeviceCNT設(shè)置計(jì)數(shù)初值和計(jì)數(shù)方式GetDeviceCNT取得計(jì)數(shù)當(dāng)前值PID控制程序計(jì)算WriteDevice輸出數(shù)據(jù)ReleaseDevice釋放設(shè)備結(jié)束圖3.1調(diào)用PCI驅(qū)動(dòng)程序流程圖PCI驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)功能介紹：CreateDevice函數(shù)函數(shù)原型：CreateDevice(DevicelgcID=0)功能：該函數(shù)負(fù)責(zé)創(chuàng)建設(shè)備對(duì)象，并返回設(shè)備對(duì)象句柄。參數(shù)：DevicelgcID設(shè)備邏輯ID（Identifier）標(biāo)識(shí)號(hào)。當(dāng)同一個(gè)windows系統(tǒng)中加入若干個(gè)相同類型的PCI設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)將以該設(shè)備的“基本名稱”與DevicelgcID的標(biāo)識(shí)值為名稱后綴作為標(biāo)示符來(lái)確認(rèn)和管理這個(gè)設(shè)備。比如，當(dāng)添加第一個(gè)PCI8932AD模板時(shí)，系統(tǒng)以PCI8932作為基本名稱，以設(shè)備的標(biāo)識(shí)符PCI8932_0來(lái)確認(rèn)和管理這一設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)加入第二個(gè)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)就以PCI8932_1來(lái)確認(rèn)和管理第二個(gè)設(shè)備，若再添加，則依次類推。所以用戶要?jiǎng)?chuàng)建設(shè)備句柄管理和操作第一個(gè)設(shè)備時(shí)，DevicelgcID應(yīng)置0，第二個(gè)設(shè)備置1。依此類推，默認(rèn)值為0。返回值：如果執(zhí)行成功，則返回設(shè)備句柄對(duì)象，如果執(zhí)行失敗，則返回錯(cuò)誤碼。由于此函數(shù)已帶容錯(cuò)處理，當(dāng)出錯(cuò)時(shí)，會(huì)彈出出錯(cuò)原因的對(duì)話框。只需對(duì)此函數(shù)的返回值作一個(gè)條件處理即可。SetDeviceCNT函數(shù)函數(shù)原型：SetDeviceCNT(hDevice,ControlMode,CNTVal,ulChannel)功能為：設(shè)置計(jì)數(shù)器的初值參數(shù)：設(shè)置對(duì)象操作句柄,它由CreateDevice創(chuàng)建ControlMode方式控制字，其選項(xiàng)值如下表：表3.1ControlMode方式控制字模式表CNTVal計(jì)數(shù)初值ulChannel計(jì)數(shù)器通道選擇，取值為[0,2]GetDeviceCNT函數(shù)函數(shù)原型：GetDeviceCNT(hDevice,pCNTVal,ulChannel)功能：取得各路計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值參數(shù)：hDevice：設(shè)備對(duì)象句柄，它應(yīng)由函數(shù)創(chuàng)建。pCNTVal：取得計(jì)數(shù)值。ulChannel：計(jì)數(shù)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(shù)函數(shù)原型：WriteDeviceDA(hDevice,nDAData,nDAChannel)功能：輸出DA原始數(shù)據(jù)到CN1上的VOUT0上，在本設(shè)計(jì)中即將模擬信號(hào)輸出到指定通道VOUT0上。參數(shù)：hDevice設(shè)備對(duì)象句柄，它應(yīng)有CreateDevice創(chuàng)建。nDAData指輸出的DA原始碼數(shù)據(jù)，它的取值范圍為[0,4095]。nDAChannel需要指定的模擬量通道號(hào)，其取值范圍為[0,3]。返回值：若成功，返True,輸出DA原始數(shù)據(jù)到CN1上的VOUT0上；否則返回False。ReleaseDevice函數(shù)函數(shù)原型：ReleaseDevice(hDevice)功能：釋放設(shè)備本身及所占用的系統(tǒng)資源。參數(shù)：hDevice設(shè)備對(duì)象句柄，它應(yīng)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(diào)節(jié)，它實(shí)際上是一種算法。當(dāng)不能完全掌握被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)、被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型無(wú)法得到和難以采用控制理論的其它技術(shù)時(shí)，意味著必須通過(guò)以往經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定系統(tǒng)控制器的參數(shù)和具體結(jié)構(gòu)，為了解決這個(gè)問(wèn)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(yīng)速度，即使系統(tǒng)的輸出值加快，但缺點(diǎn)會(huì)造成輸出值不能穩(wěn)定在一個(gè)理想的狀況，比例系數(shù)的引入雖然能有效地克服擾動(dòng)影響，但會(huì)出現(xiàn)余差。并且，一個(gè)過(guò)大比例系數(shù)的加入會(huì)造成過(guò)大的超調(diào)量，同時(shí)會(huì)產(chǎn)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(duì)穩(wěn)定后有誤差累積的系統(tǒng)進(jìn)行誤差修整，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti。微分作用D具有超前性，它能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，同時(shí)能在偏差信號(hào)變得太大之前，提前引入一個(gè)有效的修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。它可以減小系統(tǒng)的超調(diào)量，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小動(dòng)態(tài)誤差。以下是常用的各種控制規(guī)律的控制特點(diǎn)：1、比例控制P：上面已經(jīng)說(shuō)明，采用P控制能較快地克服擾動(dòng)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(gè)理想的數(shù)值。P控制器適用于控制要求不高、負(fù)荷變化不大、控制通道滯后較小而且被控參數(shù)在一定范圍內(nèi)允許有余差出現(xiàn)的場(chǎng)合。2、比例積分控制(PI)：比例積分控制在工程中是應(yīng)用比較多的一種控制規(guī)律，它抵抗D調(diào)節(jié)造成的干擾。PI控制器利用I調(diào)節(jié)來(lái)消除余差，同時(shí)P調(diào)節(jié)可以使系統(tǒng)穩(wěn)定，但控制器輸出中的積分項(xiàng)與當(dāng)前的誤差值和過(guò)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(shù)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(diào)節(jié)的功能，因此引入微分作用控制，對(duì)于具有容量滯后的控制通道能夠提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。因此，對(duì)于控制通道的時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大的場(chǎng)合，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動(dòng)態(tài)偏差等可選用比例微分控制規(guī)律。另外補(bǔ)充說(shuō)明一點(diǎn)，微分作用對(duì)于那些純滯后較大的區(qū)域里是無(wú)能為力的，并且在測(cè)量信號(hào)有噪聲或周期性振動(dòng)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(jié)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(chǎng)合，一般都使用PID控制器。電機(jī)PID調(diào)速程序在本次設(shè)計(jì)中，主要利用PID算法公式根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)算模擬輸入量。其中本設(shè)計(jì)PID算法如下：u其中，Kp，KI，Ku(k)為當(dāng)前時(shí)刻的輸出值，e(k)為當(dāng)前時(shí)刻給定值和實(shí)際值的偏差,在設(shè)計(jì)中即當(dāng)前時(shí)刻設(shè)定速度與實(shí)際速度的偏差e(k-1)為上一時(shí)刻給定值和實(shí)際值的偏差，在設(shè)計(jì)中即上一時(shí)刻設(shè)定速度與實(shí)際速度的偏差因?yàn)?/p>

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(shè)計(jì)第一步，新建一個(gè)基本對(duì)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(diǎn)擊確定。之后選擇基于對(duì)話框的方式圖3.2新建對(duì)話框第二步，添加對(duì)應(yīng)控件方法：在出現(xiàn)的界面中，用鼠標(biāo)點(diǎn)下右邊的工具條上的對(duì)應(yīng)控件，比如：按鈕（Button），接著可在右邊的對(duì)話框上空白處按住鼠標(biāo)左鍵拖畫出一個(gè)按鈕。圖3.3添加控件第三部，使用類向?qū)Ыo控件關(guān)聯(lián)變量方法：右擊控件-建立類向?qū)?選成員變量頁(yè),在該頁(yè)中選要關(guān)聯(lián)哪個(gè)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(duì)該類型的變量的操作等同與對(duì)該控件的操作)；一種是值類型,對(duì)該變量的操作要使用UpdateDate(boolean)函數(shù),該函數(shù)是更新控件跟變量之間的值。本設(shè)計(jì)選擇CTEXT類型。圖3.4控件關(guān)聯(lián)變量第四步，編寫各控件程序，添加定時(shí)器圖3.5編寫程序調(diào)試程序及結(jié)果程序編寫完畢后，進(jìn)行調(diào)試。程序沒有錯(cuò)誤，運(yùn)行結(jié)果如下：圖3.6程序運(yùn)行結(jié)果輸入任意P、I、D值和設(shè)定速度，測(cè)試結(jié)果如下：PID參數(shù)整定PID有很多參數(shù)整定的方法，總體而言可分為兩大類：第一類為理論計(jì)算整定法。這類方法是根據(jù)系統(tǒng)的具體數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)理論計(jì)算得出PID控制器的參數(shù)數(shù)值。但這類方法所計(jì)算的數(shù)據(jù)不一定符合要求，還必須根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整和修改。第二類是工程整定方法。它不僅根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，而且需要在控制系統(tǒng)的實(shí)際試驗(yàn)中進(jìn)行，其方法簡(jiǎn)單、易于掌握，這類方法被廣泛采用在工程實(shí)際中。本設(shè)計(jì)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(xiàn)者和提出者，他們提出的回路整定技術(shù)大大加強(qiáng)了PID算法在工程領(lǐng)域的應(yīng)用性，使PID控制器更為簡(jiǎn)便地運(yùn)用到各種工業(yè)控制。Ziegler-Nichols工程整定技術(shù)在1942年提出，并且直到現(xiàn)在還被廣泛地應(yīng)用著。Ziegler和Nichols提出了一個(gè)回路整定方法。他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)定量過(guò)程的行為的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)具體為：使過(guò)程作用改變后，記錄過(guò)程變量改變了多少以及過(guò)程變量改變速度。之后，他們將得出的測(cè)試結(jié)果加以分析，轉(zhuǎn)化為PID控制器的正確的性能設(shè)置參數(shù)或者整定參數(shù)，總結(jié)出了一套經(jīng)驗(yàn)公式。PID回路的“整定”實(shí)際上是指調(diào)整控制器對(duì)實(shí)際測(cè)量得到的過(guò)程變量值與理想值之間的誤差產(chǎn)生的反作用的積極程度。如果正巧控制過(guò)程是相對(duì)緩慢的話，那么PID算法可以設(shè)置成只要有一個(gè)隨機(jī)的干擾改變了過(guò)程變量或者一個(gè)操作改變了設(shè)定值時(shí)，就能采取快速和顯著的動(dòng)作。相反地，如果控制過(guò)程對(duì)執(zhí)行器是特別地靈敏而控制器是用來(lái)操作過(guò)程變量的話，那么PID算法必須在比較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)應(yīng)用更為保守的校正力?；芈氛ǖ谋举|(zhì)就是確定對(duì)控制器作用產(chǎn)生的過(guò)程反作用的積極程度和PID算法對(duì)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(guān)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(chǎn)生振蕩。