毕业设计基于LabVIEW的PID控制器的设计.docx

毕业设计（论文）基于LabVIEW的PID控制器的设计系别自动化工程系专业测控技术与仪器班级学号5060811姓名王假设飞指导教师_曲秀云2010年6月15日基于LabVIEW的PID控制器的设计摘要本文介绍一种利用LabVIEW8.6软件设计的PlD控制器。PlD控制器是一种线性的控制器，具有原理简单、易于整定、使用方便和控制性能较强的优点，它能够对三阶以内的线性控制系统快速准确确实定P、I和D三个参数和阶跃响应曲线。同时，可以给出控制系统开环或者闭环的阶跃响应。PID控制器因为结构简单、容易实现，并且具有较强的鲁棒性，因而被广泛应用于各种工业过程控制中。作为一种广泛的控制规律，PlD控制在相当长的一段时间内，并没有因为各种先进控制算法的出现而遭到淘汰，相反，经过时间的考验，Pn）控制仍然在各种控制技术中占着主导地位。随着计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速开展，仪器技术领域发生了巨大的变化，虚拟测试技术引入了仪器领域。随着相关软件的不断诞生，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。LabVIEw是实验室虚拟仪器集成环境的简称，是美国国家仪器公司（NATIONALINSTRUMENTS,简称Nl）的创新软件产品，也是目前应用最广、开展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境（G语言）。LabVIEW强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计，为过程控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案。该控制器适用于机电、冶金、机械、化工等各个工业生产部门的过程控制系统中，减少了临界比例度等方法进行调整各个参数的繁琐过程，为各领域的过程控制系统提供了方便，节省了时间，大大的提高了生产效率。关键词：虚拟仪器,PlD控制器虚abVIEW8.6,G语言ThedesignofPIDcontrollerbasedonVirtualDeviceAnther：WangRuofeiTutor：QuXiuyunAbsrtactThetextintroducesaPIDcontrollerwhichisdesignedbyLabview8.6.PIDcontrollerisalinearcontroller,whichhassuchadvantagesassimpleprinciples,easysetting,convenientapplicationandstrongcontrolperformance.Itcanquicklyandexactlydefinethreeparameters-P、I、D一forlinearcontrolsystembelowthreeorders,andaccuratelydeterminethestepresponsecurveoftheopenloopandtheclosedloopsystems.Atthesametime,maygivethecontrolsystemsplit-ringortheclosedloopstepresponse.Becauseofthesimplestructure,easytorealize,andthestrongrobustness,thePIDcontrolleriswidelyappliedineachcommercialruncontrol.Asonekindofwidespreadcontrolrule,thePIDcontrolinquitelongperiodoftime,hasnotbeeneliminatedbecauseofeachkindofadvancedcontrolalgorithmappearance,onthecontrary,theprocesstimetest,thePIDcontrolwasstilloccupyingthedominantpositionineachkindofcontroltechnology.Alongwiththecomputertechnology,thelargescaleintegratedcircuittechnologyandthecommunicationtechnologyrapiddevelopment,theinstrumentareaoftechnologyhashadthehugechange,thehypothesizedtesttechnologyhasintroducedtheinstrumentdomain.Alongwiththecorrelationsoftwareunceasingbirth,thehypothesizedinstrumentwillbeabletosubstitutefortraditionalthemeasuringinstrumenttobecomethemeasuringinstrumentgraduallythemainstream.LabVIEWisthelaboratoryhypothesizedinstrumentintegrationenvironmentabbreviation,isAmericanCountryInstrumentCompany(NATIONALINSTRUMENTS,iscalledNI)innovationsoftwareproduct,alsoisatpresentapplies,thedevelopmentbroadlyfrank,thefunctionstrongestpresentinfiguresanddiagramssoftwaredevelopmentintegrationenvironment.TheLabVlEWformidablehardwareactuates,thegraphicaldisplayabilityandtheconvenientfastprogramming(Graphicalprogram,hasprovidedtheoutstandingsolutionfortheprocesscontrolandtheindustrialautomationapplication.Thiscontrollerisapplicableformanyfieldsinprocesscontrolsystem,anditreducesthetrivialprocessofthemethodlikethresholdproportionalband.Italsosuppliesconvenienceforprocesscontrolsystemineveryfield,savesthetime,andimprovestheproductionefficiencygreatly.KeywordszVirtualDevicePIDcontrollersLabVieW8.6、Graphicalprogram1绪论11.1 引言11.2 课题研究的背景与意义11.3 国内外研究的状况与成果21.4 设计研究的思路和主要内容22虚拟仪器根底31.1 虚拟仪器技术31.1.1 虚拟仪器概念31.1.2 虚拟仪器的开展历程41.1.3 虚拟仪器的体系结构51.1.4 虚拟仪器的优势技术71.1.5 虚拟仪器将来的开展方向81.2 Iabview软件平台81.2.1 Iabview的简介81.2.2 选用IabVIEW设计控制器的优势所在91.2.3 Iabview的操作模板91.2.4 创立VI121.3 本节小结153 PID算法及根本知识163.1 模拟PID控制器163.1.1 模拟PID控制器的根本原理163.1.2 PID控制器参数对控制性能的影响173.2 数字PID控制算法183.2.1 位置式PID控制算法193.2.2 增量式PlD控制算法223.3 PlD控制器的优缺点243.3.1 PlD控制器的优点243.3.2 PID控制器的缺点243.4 控制系统的分类及性能指标243.4.1 控制系统的分类243.4.2 控制系统的性能指标253.5 PID控制器参数整273.5.1 经验试凑法273.5.2 临界比例度法283.5.3 归一参数整定法293.5.4 衰减曲线法293.5.5 响应曲线法303.5.6 变参数寻优法313.6 本章小结314 IabVIEW中PID控制器的实现314.1 用LabVlEW进行仿真的可行性324.2 PID控制器的设计及各SUbVl的设计324.2.1 积分作用334.2.2 微分作用334.2.3 比例微分积分作用334.2.4 总体程序的前面板设计334.2.5 总体程序的框图程序设计34总结35致谢36参考文献36附录371绪论.引言目前，微电子技术和计算机技术日新月异，测试技术与计算机技术深层次结合，引起了测试仪器领域里一场新的技术革命，一种全新的仪器概念导致了新一代仪器一一虚拟仪器的出现。它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物、是传统仪器观念的一次巨大变革、是仪器产业开展的一个重要方向。它的出现使测试技术进入了一个新的开展纪元。LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench,实验室虚拟仪器工程平台）是Nl公司推出的一种虚拟仪器软件开发工具。它类似于VB,VC÷÷o但它使用图形化编程语言在流程图中创立源程序，而没有使用基于文本的语言来产生源程序代码。使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称VI。这是因为它的很多界面控制与操作都模拟了现实世界中的仪器，例如万用表和示波器等。由于LabVIEW可以创立通用的应用程序，因此被称为一种通用的编程语言。但是它在测试、测量和自动化等领域具有更大的优势。它不仅提供了大量的工具与函数用于数据的采集、分析、显示和存储，还提供了大量常用于自动化测试领域的图形控件。现今，越来越多的工程师选择它来开发应用软件。它已被广泛应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制PID控制器问世至今已有近70年历史。PlD控制调节原理简单，易于整定、使用方便，是历史最悠久、控制性能最强的根本调节方式，广泛地应用于机电、冶金、机械、化工等各个工业生产部门。PlD控制器是在工业过程控制中最常见的一种控制调节器，PID控制技术在化工，医药，热工等工业领域都有着广泛的应用，随着科技的开展，自动化技术的提高，PID控制技术在智能控制世界里也随处可见，应用越来越广泛，课题基于IabVieW的PlD控制器的设计显得很有必要。1.2 课题研究的背景与意义国际上有一些研究文章陈述了当前工业控制的状况，如日本电子测量仪表制造协会在1989年对过程控制系统做的调查报告。该报告说明90%以上的控制回路是PID结构。另外一篇有关加拿大造纸厂的统计报告说明典型的造纸厂一般有2000多个控制回路，其中97%以上是PI控制，而且仅仅有20%的控制回路工作比较满意，因此利用LABVlEW进行PID控制器的设计具有重要的意义，它可以对直观容易的比照例系数、积分系数和微分系数进行调整，快速确实定PlD的三个参数，实现对控制系统设定值的跟踪和快速消除扰动，使控制系统到达最正确控制效果。1.3 国内外研究的状况与成果虚拟仪器系统概念是对传统仪器概念的重大突破，是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。它利用计算机系统的强大功能，结合相应的硬件，大大突破传统仪器在数据处理、显示、传送、处理等方面的限制，使用户可以方便地对其进行维护、扩展、升级等，能够更好的满足测控要求。虚拟仪器是随着计算机总线技术的开展而开展起