基于LabVIEW的直流电机速度控制系统的设计与分析

I本科生毕业论文(设计)题目：基于LabVIEW的直流电机速度控制系统的设计与分析院系:机电工程学院专业:班级:学生姓名:姜京元指导教师:二〇一五年五月II学术诚信声明本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料均真实可靠。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本论文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本毕业论文的知识产权归属于培养单位。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学生姓名：姜京元日期：2015年6月18日III写在前面的话这篇论文与其理解为一个《基于LabVIEW的直流电机速度控制系统设计与分析》的学术论文，倒不如理解其是一个LabVIEW新手指导教程。本论文详细介绍了LabVIEW基本操作方法，Simulation&ControlDesign工具包、PID工具包中的各种工具和使用方法，DAQ系统的建立和使用方法。这是一个非常适合本科大学生初次使用LabVIEW时进行学习的材料。我在写这篇论文的过程中走了很多弯路但是好在最终结果还算令人满意。在这里我把我总结的LabVIEW各部件作用及使用方法系统的介绍给大家，方便大家学习和使用LabVIEW。IV摘要直流电机由于具有传动比分级精细，转速型谱宽，电机结构紧凑，承受过载能力强，等优势，实现对直流电机的精确速度和位置控制一直是国内外研究的焦点。本次实验设计借助NI公司的LabVIEW2013软件构建直流电机速度控制程序实现直流电机的速度控制。设计过程主要分为四部分，第一部分为虚拟电机模型的构建。通过对电机的电气方程和机械方程的拉数学处理求得电机转速与输入电压之间的传递函数。查阅直流电机用户手册上的相关参数值代入传递函数获得电机数学模型。第二部分为模型匹配过程，通过向真实电机和虚拟电机发送相同的控制信号，并比对响应波形进行模型参数调整达到模型匹配要求。第三部分为PID控55制器设计，即PID参数试凑部分，借助于虚拟电机传递函数进行PID参数的试凑，获得一套可以使电机控制系统性能指标达到设计要求的PID参数。第四部分为真机测试，将PID试凑获得的参数代入实际控制系统的PID控制器中进行实际电机速度控制，观察分析响应波性是否达到设计指标。上述四部分中，后面三部分都需要在LabVIEW软件上面进行，通过编写相应的VI达到功能要求。需要掌握的基础知识有：LabVIEW基本操作方法，利用Simulation&ControlDesign工具包、PID工具包构建控制系统，DAQ系统的建立和使用，PID参数的整定方法，DCMCT实验板的硬件结构及使用方法。关键词：直流电机；速度控制；LabVIEW；PID；DAQ；DCMCTVAbstractForthereasonthatDCmotorequipstheadvantagesoffinetransmissionratioclassification,widespeedtypespectral,compactmotorstructureandoverloadbearing,theresearchofprecisevelocityandpositioncontrolofDCmotorhasalwaysbeentheexperimentingfocus.ThisexperimentestablishedDCmotorvelocitycontrolsystembasedontheLabVIEW2013byNIcompany.Theoverallsystemdesignprocesscanbedividedinto4sections.Thefirstsectionismodelconstruction.Bythemathematicaldeductionsonthemotorelectricalequationsandmechanicalequationsofthemotor,thetransferfunctionwithparametersisobtained,followingthereferenceoftheusermanualofDCMCTinordertofindouttheparametervalues,whichhelpedtobuildupthemathematicalmodel.Thesecondpartismodelvalidation,inwhichthemodelandtherealmotorreceivethesameinputsignal.Bycomparingthedifferencesbetweentheoutputsofmodelandreadmotor,theparametervaluesofthemodelaredetermined.ThenextisPIDcontrollerconstructionandthemostimportantpartinthisstageistheestimationofPIDgains.Finally,thelastpartofthisexperimentistherealizationofcontrolsystem.ThePIDgainscalculatedareputintotherealcontrolsystemandthefinalresultofthecontrolsystemisanalyzed.Inthefoursectionsabove,allofthelastthreestagesareoperatingonLabVIEW.ByprogrammingdifferentVIstoaccomplishtherequirementsrespectively.ThedemandsofthisexperimentarethatstudentsshouldmastertheoperationofLabVIEWbasicfunctions,aswellastheuseofSimulation&ControlDesigntoolkit,PIDtoolkit,NIDAQmx,QNETDCMCTandthemethodofparametersetting.Keywords:DCmotor;velocitycontrol;LabVIEW;PID;DAQ;DCMCTVI目录第1章绪论..............................................................................................................11.1本课题的研究背景和意义.................................................................................................11.2课题的研究现状...............................................................................................................11.3本课题的工作内容............................................................................................................21.4本文的结构安排...............................................................................................................2第2章硬件介绍.......................................................................................................42.1DCMCT实验板.................................................................................................................42.1.1实验板基本组件介绍............................................................................................42.1.2实验板DAQ系统介绍..........................................................................................62.2NIELVISII........................................................................................................................72.2.1NIELVISII结构介绍............................................................................................7第3章虚拟仪器与LabVIEW介绍............................................................................83.1虚拟仪器..........................................................................................................................83.1.1虚拟仪器简介.......................................................................................................83.1.2虚拟仪器的优势....................................................................................................83.2LabVIEW..........................................................................................................................83.2.1LabVIEW概述......................................................................................................83.2.2LabVIEW编程语言...............................................................................................9第4章NI-DAQmx................................................................................................114.1DAQmx简介...................................................................................................................