关于PID控制的毕业设计外文翻译

International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering

Salim Sunil Kumar Jyoti Ohri

机电部机电部机电部

(NIT Kurukshetra) (NIT Kurukshetra) (NIT Kurukshetra)

印度印度印度

基于LabVIEW的直流电机及温度控制PID控制器

摘要

虚拟仪器是一种图形化的编程软件。虚拟仪器提供了集成数据和具有灵活性的采集软件/硬件与过程控制应用软件自动化测试和测量应用程序。在本文中，使用LabVIEW软件作出直流电机的控制过程和计算出速度，设计出一个PID温度控制系统电磁炉。通过虚拟仪器辅助PID控制器的参数调整来控制电动机转速和控制温度的电磁烤箱。为了获得最佳的过程响应，设计的控制器采用多种方法分析控制参数和调优参数顺序。

关键词：虚拟仪器，电磁炉的温度控制，PID调节器，PID参数整定方法。

1 引言

虚拟仪器是一种计算机仪器系统。该系统是基于在计算机上的硬件设备及使用者的特定设计的虚拟面板和程序来实现检测和控制的目的。近年来，虚拟仪器技术已被广泛应用于各个领域，如工业控制，通信，电力自动化，电子和工业生产。直流电动机已经在工业控制领域流行很长一段时间，因为他们有很多很好的特性，例如：高启动转矩特性，高响应性能，更容易被控制，在线性控制等方面有不同的方法使电机有不同的性能。直流电动机的基本特性是，速度可以调整，通过不同的端子电压。PID参数的调整，通过改变不同的方法获得最佳的响应。本文是PID控制器的设计，监督和控制直流电动机的速度响应，还介绍虚拟仪器图形监控软件

LabVIEW 仿真，涉及监管控制系统的设计，建造和展示。有很多算法/文学调谐的PID 控制器，如反应曲线，齐格勒尼科尔斯的方法，Tyreus Luyben 提出的方法。 Lab-VIEW 的是图形化开发环境，用于创建灵活和可扩展的测试，测量和控制应用的迅速，达到最低的成本。本文的结构主要分为： 1、直流电动机和电磁炉的数学模型。 2、PID 控制理论和优化算法。 3、实验室软件仿真结果。

2 直流电动机的数学模型及电磁炉

直流电动机系统是一个单独的他励直流电动机，这是经常使用的速度调整和位置调整。等效电路的控制直流电动机的电枢电压控制方法。

()()T b a a T

a K K B Js R s L K s E s s G +++=

Ω=

)()()(

如今电磁炉用于电子制造加热元件组件。电磁炉放出一定量的热传递电能从一个线圈通过感应到一个金属容器中。电磁炉的表面温度的调节，通过改变它接收的冷却量。直接放在电磁炉，使冷空气被迫被迫通过风扇。从烘箱中热传递的量是在它的气流速度成正比。该系统监控元件的表面温度，并且通过改变冷却风扇的速度控制。

在烘箱内有电磁灯的电流控制器的热电偶用于执行温度测量。电磁炉过程的数学模型，可以通过线性传热和系统识别理论研究。电磁炉过程中的延迟时间，所以具有以下形式的传递函数（施加到加热元件上的电压）从输入到输出（看到的温度由热电偶）是

1)

ex p()()()(00+-=

=s sT K s H s P s T d τ

T0（次）- 观察到的或期望的温度， P （S ）- 电源输入（灯泡）， K - 增益， τ -时间常数， TD-时间延迟，

K 、Td 、&、τ的空气流的速度，从而改变了传输滞后从加热器的测量输出，以及不同的传热系数K ，的Td 与τ全部的依赖。它是在过程控制中的应用非常普遍。

3 PID 控制理论和调整算法

PID 控制理论的发展开始于上世纪60年代，PID 控制是一个历史最悠久的控制系统的设计方法。然而，这种方法仍然广泛用于现在的结构很简单的PID 控制器，它是迄今应用于工业最广泛的控制方法。主要是调整PID 控制器的一个适当的比例增益（Kp ），积分增益（KL ）和微分增益（KD ），以达到最佳的控制性能。 输入e （t ）和输出u （t ）的关系，

dt t de K dt t e K t e K t U D

t

I p )()()()(0+⎰+=

传递函数表示如下：

)()()(s E s U S K s K K s C D I p =++

=

建议调整PID 控制器的方法有很多。我们已经使用以下四种方法进行调谐。 1、过程反应曲线（开环） 2、齐格勒尼科尔斯方法（闭环） 3、Tyreus 和Luyben

过程反应曲线（开环）：这是一个手动过程，它是基于测量系统的阶跃响应。从变更为输入变量r （t ）的输出c （t ）的仔细监测和步骤响应图表记录仪上记录。这里R （T ）应尽可能小。所记录的输出，画切线，启用以下测量：

T M R =

在KP , KJ , KD , P ，PI ，PID 的实证关系过程反应曲线表1

表1 显示过程反应曲线参数

齐格勒Nichols方法（闭环）的Ziegler-Nichols的控制器tuning.The长期连续循环的连续循环法是一种类型，指的是连续的具有恒定振幅的振荡和改变比例的试验和错误的过程是基于增益（KP），KP减少直到点在该系统进入不稳定状态，即在哪个点发生持续振荡从更大的价值。因此，增益系统开始振荡注意到最终收益（KU）和周期振荡是最终的时间段（KU），它使我们能够使用的最终增益值，最终振荡周期（浦）计算两个参数Kc.These，Ku和钚用于查找环路调整常数（P，PI 或PID控制器），用列于表2的配方。

表2

显示齐格勒尼科尔斯参数

Tyreus Luyben：上述的齐格勒- 尼科尔斯调整参数的修改由Tyreus Luyben所示表3