自控原理—直流电机转速控制设计实验报告

实验报告

一.实验目的

1. 了解直流电机转速测量与控制的基本原理
2. 掌握LabVIEW图形化编程方法，编写电机转速控制系统程序
3. 熟悉PID参数对系统性能的影响，通过调节PID参数掌握PID控制原理

二． 实验设备与器件
计算机一台，NI ELVISⅡ多功能虚拟仪器综合实验平台一套，LabVIEW软件，万用表一个，12V直流电机一个，光电管一个，电阻若干，导线若干。

三． 实验原理
直流电机转速测量与控制系统的基本原理是：

1. 通过调节直流电机的输入电压大小调节电机转速；
2. 利用光电管将电机转速转换为一定周期的光电脉冲、采样脉冲信号，获取脉冲周期，将脉冲的周期变换为脉冲频率，再将脉冲频率换算为电机转速；
3. 比较电机的测量转速与设定转速，将转速偏差信号送入PID控制器，由PID控制器输出控制电压，通过可变电源输出作为直流电机的输入电压，实现电机转速的控制。
   

四.实验内容
1.使用NI ELVIS可变电源提供的电源能力，驱动直流电机旋转，并通过改变电压改变其运行速度。
2.通过光电开关测量直流电机的转速。
3.通过编程将可变电源所控制的电机和转速测量整合在一起，基于计算机实现一个转速自动控制系统。

五．实验步骤
任务一：通过可变电源控制马达旋转

任务二：通过光电开关测量马达转速
任务三：通过程序自动调整电源电压，从而逼近设定转速
编程思路：PID控制器输入SP为期望转速输出，PV为实际测量得到的电机转速，MV为PID输出控制电压。其中SP由前面板输入；PV通过光电开关测量马达转速得到；将PID的输出控制电压接到“可变电源控制马达旋转”模块的电压输入控制端，控制可变电源产生所需的直流电机控制电压。通过不断地检测马达转速与期望值对比产生偏差，通过PID控制器产生控制信号，达到直流电机转速的负反馈控制。
PID参数：比例增益：0.002 积分时间：0.010 微分时间：0.001
采样率和待读取采样：采样率：5000kS/s 待读取采样：1000
改进：利用LabVIEW中的移位寄存器对转速测量值取滑动平均。

六．实验结果
1.程序图

2.结果显示

设定转速为300

设定转速为500

七.思考题
如果已知马达的最高转速为600r/min，采样率设置为1kS/s够吗？假如采样率为1kS/s，待读取样本为100，每次采集到的波形时间为多长？假如采样率为1kS/s，为了每次一屏显示为1s的波形，待读取采样应该设置多长？
不够
每次采集到的波形是0.1s
应设置为1000