控制系统 Labview

1、控制系统

控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变的量。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。

1.1控制系统的类型

(1)按控制原理的不同，自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制系统：在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。

闭环控制系统：闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。

(2)按给定信号分类，自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。恒值控制系统：给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定值的系统。

随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。

程序控制系统：给定值按一定时间函数变化。

1.2控制原理及性能要求

(1)控制原理

检测输出量（被控制量）的实际值；将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差；用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出。

(2)性能要求

动态过程平稳（稳定性）；响应动作要快（快速性）；跟踪值要准确（准确性）。

1.3实验

实验采取的是闭环随动控制系统，实验控制对象是Labview输出的电压，从而使压电块控制机构线性输出。其中Labview输出电压,经过信号处理（滤波、放大等）后加给压电块驱动位移机构运动，再由测量头测出位移转化为电压信号，经过处理后在传回Labview。

目前所做的有：

(1)使用Labview代替信号源，用Labview模拟输入各种类型的电压,采用公式波形编辑器或基本波形来输出正弦、三角、方波、任意波形电压，并且使信号的频率、幅值、相位可调；

(2)用Labview代替示波器，用Labview采集模块采集测量的实际信号,并显示输出。

基本波形的输出

公式波形的输出

2、PID 控制器

2.1 PID 的组成

PID 控制器由比例单元（P ）、积分单元（I ）和微分单元（D ）组成。其输入e (t ）与输出u (t ）的关系为： ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛

++=⎰t

o t d t i t p t dt de T dt e T e k u )()()()(1

其中，其中Kp 为比例系数； TI 为积分时间常数； TD 为微分时间常数。

比例控制：其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error ）；

积分控制：控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI ）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分控制：控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay ）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD ）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

2.2实验结构

利用Labview 里面的仿真与控制功能，对系统进行仿真控制。采用正弦、方波输入信号，利用PID 控制，传递函数采用

1

1 s 作用后最后得到输出。

方波 正弦