基于LabVIEW的半實(shí)物虛擬仿真實(shí)驗平臺
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3.4 PID控制
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201709/364873.htm虛擬控制采用LabVIEW的虛擬仿真功能得到理想的PID圖像的部分前面板如圖8所示。在前面板中設置PID的輸入控件，分別為比例參數、積分參數、微分參數和轉速目標參數。參數經(jīng)過(guò)PID子VI的運算得到輸出值，通過(guò)LabVIEW的仿真波形圖來(lái)顯示模擬的PID圖像。
在實(shí)物平臺上采用位置式PID控制來(lái)調節電機的轉速。使用MSP430單片機的定時(shí)器的比較模式輸出經(jīng)過(guò)PID調節所得到的占空比來(lái)調節電機轉速，使電機轉速穩定在一定的范圍內，實(shí)現實(shí)物的PID控制。在模擬系統中，PID算法的表達式為：
式中，P(t)為調節器的輸出信號，e(t)為調節器的偏差信號，它等于測量值與給定值之差，Kp為調節器的比例系數，KI為調節器的積分時(shí)間，TD為調節器的微分時(shí)間。
在過(guò)程控制中，按偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)進(jìn)行控制的PID控制器(亦稱(chēng)PID調節器)是應用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。
PID調節器各個(gè)校正環(huán)節的作用：
(1)比例環(huán)節：及時(shí)成比例的反應控制系統的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調節器立即產(chǎn)生控制作用以減少偏差。
(2)積分環(huán)節：主要用于消除誤差，以提高系統無(wú)差度。積分作用的強弱取決于積分時(shí)間常數，時(shí)間常數越大，積分作用越弱，反之越強。
(3)微分環(huán)節：能反映偏差的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統中引入一個(gè)早期的有效修正信號，從而加快系統的動(dòng)作速度，減少調節時(shí)間。
模擬信號r(t)、e(t)、u(t)、c(t)在第n次采樣的數據分別用r(n)、e(n)、u(n)、c(n)表示，于是有
。
從而可以推導出數字PID算法：
將此式代入程序中調節好Kp、KI、Kd這三個(gè)參數，進(jìn)而調節PWM使電機轉速達到設定值。在實(shí)際應用中，數字PID算法的積分項可能會(huì )引起飽和現象，導致帶幅度的超調，使系統不穩定。
為了消除飽和積分的影響，我們采用遇限削弱積分法：一旦控制量進(jìn)入飽和區，則停止進(jìn)行增大積分的運算。
3.5 LabVIEW的編制及界面
上位機數據的采集通過(guò)一個(gè)獨立的子VI完成，通過(guò)子VI把串口的數據處理分類(lèi)，用兩個(gè)輸出將數據送給下一個(gè)子VI，設置的串口參數必須匹配連接儀器或設備的參數“讀數”參數可指定串口讀取的字節數。如果端口字節超過(guò)指定的字節數，超出部分將不會(huì )被讀取。如果端口字節數少于指定的字節數，將返回超時(shí)錯誤。
上一個(gè)子VI輸出的數據被下一個(gè)子VI獲取，通過(guò)LabVIEW的波形圖示實(shí)時(shí)的顯示采集的數據。其部分數據如圖9所示。
在虛擬平臺的編制上我們使用了LabVIEW強大的數據處理功能，把實(shí)物用數據的形式模擬出來(lái)。設置參數和期望值，通過(guò)PID子VI模擬出圖像顯示出來(lái)。
對于電機虛擬圖像，可通過(guò)前面板設計設置理想轉速、PID參數，如圖10所示。從而實(shí)現對虛擬電機轉速的控制，進(jìn)行誤差分析。 誤差分析表示當前實(shí)際轉速和設定轉速的差值，如圖11所示。
4 結論
本文采用MSP430單片機進(jìn)行數據采集，充分利用了單片機的高速性和高可靠性，從而解決了傳統的單片機控制速度較慢的問(wèn)題。該系統成功采集到各項數據并得到數據圖像，是一套比較完整的虛擬仿真平臺系統，通過(guò)軟硬件結合實(shí)現儀器功能，具有較好的推廣和應用價(jià)值。
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本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第10期第39頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。
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