基于LabVIEW的PID控制器的设计论文.doc

基于LabVIEW的PID控制器的设计毕业论文 目 录 1 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 课题研究的背景与意义 1 1.3 国内外研究的状况与成果 2 1.4 设计研究的思路和主要内容 2 2 虚拟仪器基础 4 2.1 虚拟仪器技术 4 2.1.1 虚拟仪器概念 4 2.1.2 虚拟仪器的发展历程 4 2.1.3 虚拟仪器的体系结构 5 2.1.4 虚拟仪器的优势技术 7 2.1.5 虚拟仪器将来的发展方向 8 2.2 labview软件平台 8 2.2.1 labview的简介 8 2.2.2 选用labVIEW设计控制器的优势所在 9 2.2.3 labview的操作模板 9 2.2.4 创建VI 13 2.3 本节小结 17 3 PID算法及基本知识 18 3.1 模拟PID控制器 18 3.1.1 模拟PID控制器的基本原理 18 3.1.2 PID控制器参数对控制性能的影响 19 3.2 数字PID控制算法 21 3.2.1 位置式PID控制算法 22 3.2.2 增量式PID控制算法 25 3.3 PID控制器的优缺点 27 3.3.1 PID控制器的优点 27 3.3.2 PID控制器的缺点 27 3.4 控制系统的分类及性能指标 27 3.4.1 控制系统的分类 27 3.4.2 控制系统的性能指标 28 3.5 PID控制器参数整 30 3.5.1 经验试凑法 30 3.5.2 临界比例度法 31 3.5.3 归一参数整定法 32 3.5.4 衰减曲线法 33 3.5.5 响应曲线法 33 3.5.6 变参数寻优法 35 3.6 本章小结 35 4 labVIEW中PID控制器的实现 36 4.1 用LabVIEW进行仿真的可行性 36 4.2 PID控制器的设计及各SubVI的设计 36 4.2.1 积分作用 37 4.2.2 微分作用 38 4.2.3 比例微分积分作用 39 4.3.1 总体程序的前面板设计 40 4.3.2 总体程序的框图程序设计 41 总结 45 致谢 46 参考文献 47 附录 48 1 绪论 1.1 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——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、是仪器产业发展的一个重要方向。它的出现使测试技术进入了一个新的发展纪元。LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台)是NI公司推出的一种虚拟仪器软件开发工具。它类似于VB，VC++。但它使用图形化编程语言在流程图中创建源程序，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可以创建通用的应用程序，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。PID控制调节原理简单，易于整定、使用方便，是历史最悠久、控制性能最强的基本调节方式，广泛地应用于机电、冶金、机械、化工等各个工业生产部门。PID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，随着科技的发展，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labview的PID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。该报告表明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表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LABVIEW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对比例系数 、积分系数和微分系数进行调整，快速的确定PID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，使控制系统达到最佳控制效果。 1.3 国内外研究