计算机课程设计报告.docx
计算机控制课程设计报告课程：计算机控制年级：大三专业：自动化学号：2013110213姓名：周倩同组成员：严军鹏指导教师：杨盛高健变慢；当LabVlEW输出电压为2.5V时，直流电机理论上）停转，指针停止移动；当LabVIEW输出电压逐渐增加，功放输出负电压，直流电机开始反向转动，指针右移fOV,电机正转，指针左移；2.5V,电机停转，指针静止；5V,电机反转，指针右移）。步进电机四相）局部正常状态下，PCI-6010板卡接收上位机传来的步进脉冲经缓冲驱动后输出给步进电机。当检测到急停、左移、右移、左断位、右断位信号时，控制程序将作用，控制步进电机分别作出相应的处理。步进电机的速度可以由调节周期控制，步进电机正转时应送出的脉冲顺序以四相八拍为例）为：AABBBCCCDDDAAo按键局部“左移”、“右移”按键按下时，当前工作的电机由选择开关确定）将强制执行左移和右移。用户可使用这两个按键调整指针的位置。如前所述，当指针到达断位光敏管位置时，将由硬件强行使电机停转，同时故障报警。而此时，只有用左、右移位键才能将指针移动，且右断位时只有左移键有效，左断位时只有右移键有效。“急停”按键按下后，当前工作电机将强制停转，同时点亮报警指示灯。此时，“左移”“右移”按钮仍有效。再次按下“急停”按键，那么解除急停状态，报警指示灯熄灭，电机恢复原工作状态。I/O信号局部D/A：为直流电机驱动电压输入端，输入电压范围为0+5V。IN0：为多圈线绕电位器中心抽头电压输出，可采样计算当前指针的位置。正常工作电压范围为0+4.OVoPI0：左限位信号，当指针移到左端限位光敏管处时有效。低电平有效。PI2：右限位信号，当指针移到右端限位光敏管处时有效。低电平有效。PI4：测速光敏管产生的计数脉冲信号，用户可采集用以计算电机的转速。PI6：为左限位信号和右限位信号经逻辑“与”操作的结果信号，低电平有效。可将PI6脚信号引入中断或查询PI6脚状态来判断限位信号产生，再通过读入PIO和PI2来区分左右限位，用于实际编程。P04：向此脚输出低电平可点亮报警指示灯并激发蜂鸣器报警，提供应编程者使用。D不同的拍数决定工作模式。ABCDN1OOON+1O1OON+2OO1ON+3OOO1表1四相单四拍脉冲分配表ABCDN11OON+1O11ON+2OO11N+31OO1表2四相双四拍脉冲分配表ABCDN1OOON+111OON+2O1OON+3O11ON+4OO1ON+5OO11N+6OOO1N+71OO1表3四相八拍脉冲分配表3）步进电动机速度调节和方向控制步进电动机是用电脉冲进行控制的电机，调节电脉冲的周期，就可以改变电机的速度；改变通电顺序，即改变定子磁场旋转的方向，就可以到达控制步进电动机正反转目的。如步进电机以四相单四拍方式工作时，按ABCDA次序通电时，为正转；如按ADCBA次序通电时，为反转。根据上表1,2,3,具体在LabVlEW,实现表达为：以四相单四拍为例，正转:caseOidata=Ob1000;break;case1:data=0b0100;break;case2:data=0b0010;break;case3Idata=ObOOO1;break;反转：caseOidata=ObOOOl;break;case1Idata=ObOO10;break;case2:data=0b0100;break;case3:data=Ob1OOO;break;4）步进电机变频启动步进电机启动时，由于系统惯性及负载的影响，启动力矩较大。电机无法从静止状态瞬间加速到正常工作转速。为了防止步进电机失步，在实际系统中必须采用变频启动的方法：电机低速启动，获得较大的力矩，再通过增加驱动脉冲的频率，使电机逐步加速到正常工作转速。具体在LabVIEW实现表达为：启动时，脉冲间隔为500ms,随着temp的增加，脉冲间隔逐渐减小。步进电机完成加速过程，直到脉冲间隔为最小值20ms。3 .原始记录:图5步进电机程序图6步进电机前面板4 .数据分析与结论：在LabVIEW中首先通过事件语句选择步进电机模式，并且可以选择电机正反转,在电机启动时参加变频启动，通过显示控件得到步进电机运行。三.直流电机功能实现1 .设计目的：1) 了解直流电动机的工作原理。2)学会直流电动机驱动程序的设计。3)了解LabVIEW在实时控制系统中的测量位置的根本原理、根本方法。4)掌握A/D电路的综合接口技术，提高实时控制系统的设计和调试能力。5)了解LabVIEW在实时控制领域中的转速测量的根本原理、根本方法。6）掌握光敏管和栅格盘组合的测速技术和LabVIEW中定时/计数器的灵活运用。2.设计过程：1）实验接线接线板上11AIO）接机电平台INO插孔；121A00）孔连接机电平台的D/A插孔；32（PFI1）连接机电平台的PI4插孔；11UOGND）连机电平台地GND。2）通过DAQ助手测出停转电压，零度调整和满度调整我们通过DAQ助手测出的停转电压约为2.4V死区停转电压范围为2V-2.7V）,根据NlMAX软件测出OCiIl刻度时对应的电压值，并通过调整使得输出电压值约为0V；测出16Cm刻度时对应的电压值，并通过调整使得输出电压值约为4V；此时任意时刻的测量电压都可以与实际位置对应起来。3直流电机速度调节和方向控制在本实验中，我们可以通过改变施加于电机两端的电压大小到达调节直流电机转速的目的；可以通过改变电枢电流的方向来改变直流电机运转方向。当我们通过旋钮改变输出的电压值小于停转电压时，电枢电流就会反向，它们的差值越大，反转的速度越快；同理；输出电压值大于停转电压时，正转速度随着它们差值的增大而增大。4）直流电机位置测量与控制通过机械机构将直流电机的角位移转换为直线位移，利用电位器和A/D转换器,构成一个测位置系统。当直流电机运转时，带动电位器旋转，电位器输出值模拟量，通过A/D转换采集数据。电位器输出模拟量与指针位置成近似线性关系，也就是说，采集的数字量，就反映出指针所指示的位置。当实际位置比希望位置大于0.1CIll时，输出电压值为0V,电机以反转最大转速运行，到达希望位置后，瞬间输出电压值为2.4V,电机停止；当希望位置比实际位置大于0.1Cm时,输出电压值为5V,电机以正转最大转速运行,到达希望位置后，瞬间输出电压值为2.4V,电机停止；当实际位置比希望位置大于-0.1C111,并且小于0.1Cm时，电机停止。5）直流电机转速测量当被测信号的频率比拟低时，测周法测量频率：测周法的根本思想就是测量在限定的脉冲个数之间的时间间隔，然后换算成频率；当被测信号的频率比拟高时，测频法的根本思想就是采用在时间内对被测信号输入的脉冲个数进行计数的方法实现对信号频率的测量。我们可以通过改变LabVIEW中周期值进而改变频率。DAQ助手中配置的频率范围为2Hz-lkHzo在本实验中主要采用测频法，在一定时间内测取旋转编码器输出的脉冲个数。本次实验采用M法测速。在一定时间TC内测取旋转编码器输出的脉冲个数Ml,用以计算这段时间内的转速，称作M法测速。把Ml除以TC就可以得到旋转编码器输出脉冲的频率fl=MlTc0电机每转一圈共产生Z个脉冲Z二倍频系数*编码器光栅数），把fl除以Z就得到在单位时间内电动机的转速。在习惯上，时间Tc以s为单位，而转速是以r/min为单位，那么电机转速为n=60*Ml（Z*Tc）.在本实验中，电机转一圈产生18个脉冲，那么Z=18,用DQA助手采集的频率为fL又TC以秒为单位，而转速n是以r/min为单位，所以最后转速的公式为n=60*f1806）拓展内容：使用数字PID控制实现位置控制和速度控制数字PlD控制算法有：位置型算法，增量型。本次实验采用增量型。通过一个条件选择框选择是对速度的控制还是对位置的控制。2.原始记录：图9直流电机前面板2016/6/22（，机3Z步进电机淌度调节0,位调千拉研te机电实险平台ONOFF批的机电网也出升共图10PID控制前面板图11硬件模块4.数据分析与结论：在直流电机实验中，首先通过DAQ助手采集实际位置对应的电压值，然后数值乘以4就得到实际位置，然后与希望位置比拟，当实际位置比希望位置大于0.1CIll时，输出电压值为OV,电机以反转最大转速运行，到达希望位置后，瞬间输出电压值为2.4V,电机停止；当希望位置比实际位置大于0.1Cm时，输出电压值为5V,电机以正转最大转速运行，到达希望位置后，瞬间输出电压值为2.4V,电机停止；当实际位置比希望位置大于-0.1cm,并且小于0.1CIil时，电机停止。由于停转电压有一定的死区，还有调零和调满刻度都会有一定的误差，都会造成测量误差。在用PlD数字控制电机位置的实验中，采用增量型算法，将希望位置与实际位置的差值作为PlD控制输入，并每间隔一个采样周期采集数据，送入PID输入，经过PlD算法，得到PID增量，加上电机停转电压就可以得到PID控制量。在本实验中，需要设定调节参数，Kp,Ti,Td,使到达最优控制效果，一般取值很难到达要求，采用工程整定的方法可以得到一定范围，但是与最优理想效果还有一定差距。四.心得体会计算机控制课程设计是理论知识与实际操作之间的衔接。通过课程设计，使学生学习与理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，进一步了解步进电机和直流电机的速度、方向与位置的控制，稳固了与综合专业根底知识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能；培养学生独立自主、综合分析的思维与创新能力。同时，通过实际操作、思考、系统设计、资料搜集、方案分析与报告撰写的一系列过程，使学生得到一次科学研究工作的初步训练。从而，在专业知识与研究方法方面为日后的毕业设计乃至毕业后的工作奠定良好的根底。在为期几天的日子里，我和伙伴按照要求完成了这次课程设计，在这次作业过程中，我们遇到了许多困难，碰到许多实际操作的问题，明白了理论和实际的差距，我们从中也学到很多很多的的东西，让我们受益匪浅。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能真正弄懂知识，消化知识。最后，在老师问答环节，自己之前的程序是对照着实验指导书抄写的，没有真正理解斟酌，最后老师提问时，没有考虑清楚。这也给我今后的学习敲响了警钟，学习知识不能放过一丝一毫，要勤于思考。总之，通过这次的课程设计，自己明白了勤于思考的重要性以及实践操作的意义，收获良多。
