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电动机性能虚拟仪器测试系统的设计与实现

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

3 软件结构及算法

3.1 软件结构

电动机性能虚拟仪器测试系统总体采用一种基于TCP/IP协议的客户机/服务器(CS)结构。服务器架构为cFP分布式I/O体系,利用其内嵌的独立式实时系统实现目标参量的信号采样,并完成对目标参量的实时监测和控制;客户机则采用通用的PC机结构,借助TCP/IP协议实现与服务器之间控制参量及检测数据的通信,并提供GUI图形化用户界面,实现人机交互,完成控制参数的输入以及检测数据的分析、运算和图表显示。

图5

    其软件结构框图如图3所示。系统操作流程为:上电后服务器自动启动存储器中内建的LabVIEW RT实时程序,并实时侦听客户机“开始测试”的命令;客户机开机运行电动机性能虚拟仪器测试主程序,完成用户登录、硬件配置、选择测试项目、设置测试参数后,启动测试程序;服务器侦听到客户端“开始测试”命令后,按照客户制定的硬件配置、测试项目以及测试参数开始实时控制及数据采集,并通过TCP/IP协议将实验数据发送给客户机;客户机发出PID控制命令,并对服务器发

送的实验数据进行分析处理,完成PID控制后,按照测试项目进行测试,分析处理测试数据,并以图表方式显示实验结果;完成测试后,客户机发出结束测试的命令,经服务器接收确认后,结束测试。

3.2 PID控制算法

本系统试验了位置式、增量式和积分分离式[5]三种PID控制算法。

3.2.1 位置式控制算法

位置式PID控制算法描述为:

电动机性能虚拟仪器测试系统的设计与实现

其中,k=0,1,2……为采样序号;u(k)为第k次采样时刻的计算机输出值;e(k)为第k次采样时刻输入的偏差值;置KI=KpT/TI为积分系数;KD=KpTD/T为微分系数;Kp为比例系数;TI为积分时间常数;TD为微分时间常数;T为采样周期。

该算法的优点是原理简单、易于实现;缺点是每次输出均与先前状态有关,要对e(k)进行累加,运算工作量大,而且输出的u(k)对应的是执行机构的实际位置,如计算机出现故障,u(k)的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。

3.2.2 增量式控制算法

增量式PID控制算法描述为:

△u(k)=Kp△e(k)+KIe(k)+KD△e(k)-△e(k-1)]其中,△e(k)=e(k)-e(k-1)。

该算法的优点是:由于计算机输出增量,误动作时影响小;当计算机发生故障时,由于输出通道或执行装置具有信号锁存作用,故仍能保持原值。控制增量△u(k)的确定仅与最近k次的采样值有关,易通过加权处理而获得较好的控制效果。其不足之处为:积分截断效应大、有静态误差、溢出的影响大。

3.2.3 积分分离式控制算法

积分分离PID控制算法描述为:

电动机性能虚拟仪器测试系统的设计与实现

当|e(k)|>ε时,即偏差值|e(k)|比较大时,采用PD控制,可避免过大的超调,又使系统有较快的响应。

当|e(k)|≤ε时,即偏差值|e(k)|比较小时,采用PID控制,可保证系统的控制精度。

图4所示为三种PID控制算法的阶跃响应曲线。经过试验比较,采用积分分离式PID控制算法将过渡过程时间由位置式的19.5s和增量式的16s缩短为12s;

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