直流电机计算机控制综合平台数据采集与接口研究

基于LabVIEW直流电机转速测控系统的设计张应和【摘要】电机转速的精确度、实时性和稳定性直接影响电机调速系统的性能,文中介绍了一款基于LabVIEW软件平台的直流电动机转速测量控制系统,利用增量式光电编码器将电机的转速转换为脉冲信号,通过计算机LabVIEW软件里的用户界面对电机转速进行设定,设定范围为0～2500 r/min;经过多次调试,得出理想的PID控制参数(P=1,I=1.2,D=0);再通过数据采集卡输出给电机驱动芯片来完成对电枢电压的控制,最后发现当直流电机电枢电压控制在0～2.8 V范围内,电机实际输出转速为最佳状态.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2019(027)012【总页数】5页(P66-70)【关键词】LabVIEW;PID;数据采集;电机转速【作者】张应和【作者单位】西安铁路职业技术学院机电工程学院,陕西西安 710026【正文语种】中文【中图分类】TN6目前，国内大多数大专高职院校都采用传统的实验教学方法，侧重于理论验证和模仿训练，内容模式固定，学生思维限定僵化，缺乏创新意识和综合应用能力，难以调动学生的主动性和创造性，从而在很大程度上制约了实验教学的发展和人才培养质量的提高，严重影响了教学及科研，本文采用LabVIEW软件开发平台，在结合国内外电机测试系统的基础上，研究并设计了这款基于LabVIEW的直流电动机转速测控系统，用于传感器实验教学，以提高实验教学水平和教学质量[1]。

1 系统总体设计该电机转速测控系统是结合目前已有的实验仪器及设备来搭建和设计的，设计思路如图1所示，先启动直流电动机，利用增量式光电编码器来采集直流电机的转速，然后将采集到的转速信号转换脉冲信号输送给数据采集装置的输入端口，数据采集装置将信号进行A/D转换后输送给计算机，通过计算机LabVIEW虚拟仿真软件对系统控制参数进行设定，再利用PID控件来实现对电机转速的调控，之后再通过数据采集装置进行D/A后输送至直流电机的驱动芯片，即通过改变直流电机的电枢电压的大小，从而改变电机的转速来到达系统的要求[2]。

前言前言自动控制理论的形成和发展经历了近半个世纪的历程。

现代数字计算机的迅速发展，为自动控制技术的应用开辟了广阔的前景。

自动控制技术的广泛应用不仅能够使生产设备或过程实现自动化，而且在人类征服大自然、探索新能源、发展空间技术和改善人民生活等方面都起着极其重要的作用。

“自动控制原理”是自动控制、自动化、电子技术、电气技术、精密仪器等专业教学中的—门重要专业基础课程。

实验作为感性认知的重要渠道构成教学环节中必不可少的一环。

上海埃威航空电子有限公司推出了爱迪克labACT自控/计控原理教学实验系统。

本公司隶属于航空工业总公司第615研究所，我们一贯以航空产品的要求来研制和生产产品，我们的口号是：“用户至上，质量第一，追求卓越，不断改进”。

爱迪克labACT自控/计控原理教学实验系统具有以下突出特点，有效地提高了实验系统的实验效果和性价比：1、采用模块式结构，可构造出各种型式和阶次的模拟环节和控制系统。

被控实验对象构建方便，含有9个放大器和一个比较器，0~999.9KΩ的直读式可变电阻和0~0.7uf的直读式可变电容。

标准实验部分只需使用短路套连接即可，直观且简化了实验操作和设备管理。

扩充环节可以灵活搭建多种不同参数的系统。

2、元器件的选用上，我们都采用了较高精度元器件。

例如放大器采用了高精度、低漂移的OP07，电阻选用0.5%精度，电容选用5%精度，使之实验结果更接近于理论值。

3、实验系统自带多种信号源，足以满足实验的要求。

有信号发生器、函数发生器、正弦波发生器，其中正弦波信号源采用幅度和频率较为稳定的ICL8038集成电路。

4、labACT自控/计控原理教学实验系统加了外接接口模块，可以容易的扩展外设接口。

（1）烤箱控制实验通道选用了铂电阻PT100作为检测传感器。

（2）电机驱动和检测通道。

（3）单回路可编程调节器通道。

（2路A/D输入、1路D/A输出、4路开关量输入、4路开关量输出）5、系统集成软件提供的虚拟示波器功能可实时、清晰的观察控制系统各项静态、动态特性．方便了对模拟控制系统特性的研究。

基于单片机的直流电机测速、调速及显示系统设计摘要本文主要研究了利用Quick51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。

单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广泛等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。

目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。

学习单片机的最有效方法就是理论与实践并重，本文用8051单片机自制了一个采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。

还对直流电机的速度进行了测量和显示。

关键词：单片机、 PWM、调速、测速、显示系统目录摘要 (1)目录 (1)第一章概述 (2)概述 (2)Quick51的技术简介和发展前景 (3)SmartSOPC与Quick51 (3)Quick51特性 (4)第二章总体方案设计 (4)8051单片机简介 (5)PWM信号发生电路设计 (12)PWM的基本原理 (12)128*64液晶显示 (13)第三章硬件设计与连接 (13) (13)信号处理电路设计 (16) (17)I2C总线概述 (17)存储器电路 (18)显示电路设计 (18)PWM信号发生电路设计 (19)第四章软件设计 (20) (20) (21)第五章结论与展望 (30)附录 (31)附一速度控制子程序 (31)附二电路图 (35)参考文献 (35)答辩问题 (36)第一章概述1.1概述本文主要研究了利用Quick51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

摘要随着工业控制要求的发展，对电机速度的控制越来越高。

传统的模拟信号控制方式存在抗干扰能力差、对设备要求复杂、控制精度不高等问题，难以适应日益复杂的工业环境。

本文主要介绍了多段调速系统的结构，并完成了以PLC为控制器，以增量式光电编码器为速度采集的闭环PID控制系统，通过RS-485对变频器的控制实现了三相异步电机的多段调速。

关键字：PLC；RS-485；多段调速；光电编码器AbstractWith the requirements of the development of industrial control, the speed of motor control is more and more strict. The traditional analog signal control mode has poor capacity of resisting disturbance, the requirement of complex equipment, the control precision low and some other problems, it is difficult to adapt to the increasingly complex industrial environment. In this article, mainly introduces the structure of various speed system, and completed the closed loop PID control system through the PLC as controller and incremental photoelectric encoder for speed acquisition, achieve the multistage speed control three-phase asynchronous motor through Frequency converter based on RS-485.Key words: PLC; RS-485; multistage speed; encoder目录第一章概述 (4)1.1 课题研究的背景及意义 (4)1.2 课题研究现状 (5)1.3 本课题研究的主要内容 (6)第二章系统分析 (7)2.1 PLC基本知识 (7)2.1.1 PLC的基本功能 (8)2.1.2 PLC的特点 (9)2.1.3 PLC的展望 (11)2.2 变频器基本知识 (12)2.2.1 变频器的应用 (12)2.2.2 变频器的分类 (13)2.2.3 变频器控制的展望 (14)2．3 光电编码器 (15)2.3.1 增量式编码器 (15)2.3.2 绝对式编码器 (16)第三章系统设计 (19)3.1 总体方案 (19)3.2 硬件设计 (19)3.2.1 变频器的连接 (20)3.2.2 光电编码器的配置 (20)3.2.3 PLC输入输出口分配 (21)3.3 软件设计 (21)3.3.1 变频器的参数设置 (22)3.3.2 PLC的设计 (23)第四章结论 (28)结束语 (29)致谢 (30)参考文献 (31)第一章概述1.1 课题研究的背景及意义随着计算机技术、电子技术的不断进步，PLC(可编程逻辑控制器)技术、变频(变频器)调速技术的发展极为迅速，已渗透到各个领域，以它们为主导的现代生产技术正以史无前例的速度迅猛发展。

网络控制系统仿真平台的研究作者：张芳吴斌季晓静杨智慧来源：《现代电子技术》2008年第06期摘要：网络控制系统(Networked Control Systems，NCS)是计算机控制系统发展的趋势，对于他的研究必须建立在仿真平台的基础上。

介绍网络控制系统仿真平台建立的几种方法，包括利用Truetime工具箱进行仿真，VC和Matlab通过引擎方式进行仿真和DLL方式进行混合编程方式，以上3种方法经过初步验证是可以实现的。

通过分析他们在应用范围方面的不同，指出应该根据研究的需要选择合适的方法。

关键词：网络控制系统；Truetime；C++与Matlab混合编程；仿真平台中图分类号：TP393 文献标识码：A文章编号：1004-373X(2008)06-090-03Study on the Simulation Platform of Network Control SystemZHANG Fang，WU Bin，JI Xiaojing，YANG Zhihui(School of Mechanical Electronic and Control Engineering，Beijing Jiaotong University，Beijing，100044，China)Abstract：Network Control System(NCS) is the development direction of computer control system.To studyit，a platform must be built.in this paper，serveral ways of platform building are introduced，including using Truetime toolbox，using Matlab engine and VC，Matlab and VC DLL programming，the three methods are proved to be usdful.It analyses the differences in application field，and at present，suitable method should be chosen according to demand.Keywords：network control system；Truetime；C++ and Matlab mixed programming；simulation platform1 引言网络控制系统(Network Control System，NCS)，又称网络化的控制系统，即在网络环境下实现的控制系统。

直流电机调速论文1、课题背景随着时代的进步和科技的发展，电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常生活中起着越来越重要的作用，因此，对电机调速的研究有着积极的意义.长期以来，直流电机被广泛应用于调速系统中，而且一直在调速领域占居主导地位，这主要是因为直流电机不仅调速方便，而且在磁场一定的条件下，转速和电枢电压成正比，转矩容易被控制；同时具有良好的起动性能，能较平滑和经济地调节速度。

因此采用直流电机调速可以得到良好的动态特性。

由于直流电动机具有优良的起、制动性能，宜与在广泛范围内平滑调速。

在轧钢机、矿井卷机、挖掘机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等领域中得到广泛应用。

近年来交流调速系统发展很快，然而直流控制系统毕竟在理论上和在时间上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流系统的基础，长期以来，由于直流调速系统的性能指标优于交流调速系统。

因此，直流调速系统一直在调速系统领域内占重要位置。

2、课题功能本次课程设计主要是设计一个直流电机的驱动电路，在给定速度后，当负载变化时，速度是稳定的，构建一个闭环的控制系统。

本论文介绍了基于ATmega16单片机来实现最优PID控制的直流脉冲（PWM）调速系统，并且详细论述了该系统的控制方法、结构、参数设计、程序设计等方面的问题。

该系统结构简单，调速性能好，性能价格比高，真正实现了直流调速系统的高精度控制。

3、系统设计3．1设计要求设计一个直流电机的驱动电路，在给定速度后，当负载变化时，速度是稳定的，构建一个闭环的控制系统。

3．2总体设计方案3．2．1设计思路题目要求设计一个直流电机的驱动电路，系统可以分为控制部分和显示部分。

设计中采用A Tmega16芯片为主控制核心，行列式键盘为控制部分，显示部分采用液晶LCM1602显示。

通过单片机软件产生PWM波来控制电机，经过测速电路和PID算法，实现电机速度的实时测量反馈和调节。

3．2．2方案论证与设计1、系统控制设计方案论证与选择方案一：采用MCS-51系列的单片机和专用的PWM芯片及外部D/A转换电路，同时结合PID算法实现实时控制。