USB-6341控制伺服電機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、伺服控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)報(bào)告 姓 名： 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2016.10.30 26 / 28文檔可自由編輯一、課程設(shè)計(jì)目的1、掌握初步的自動(dòng)控制系統(tǒng)集成概念和工程動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)分析和解決實(shí)際工作中出現(xiàn)的問(wèn)題；2、培養(yǎng)學(xué)生能夠運(yùn)用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具對(duì)復(fù)雜電氣工程問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)和模擬，并理 解其局限性。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求綜合運(yùn)用直流電機(jī)調(diào)速、電力電子與 PWM 控制、自動(dòng)控制與 PID 閉環(huán)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速傳感器與檢 測(cè)等基本原理與技術(shù)知識(shí)，在基于計(jì)算機(jī)的 LabVIEW/DAQ 測(cè)控平臺(tái)上，完成雙直流電機(jī)同步伺服 控制系統(tǒng)的建立，調(diào)整控制參數(shù)，設(shè)計(jì)人機(jī)接

2、口，觀察實(shí)驗(yàn)波形和調(diào)速效果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。具體 要求包括： 1、檢索伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)資料，了解其應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。 2、參閱 LabVIEW/DAQ 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的官方英文資料，熟悉實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。 3、掌握整個(gè)伺服電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理，重點(diǎn)熟悉各環(huán)節(jié)在整個(gè)系統(tǒng)中地位及工作原理。 4、掌握 LabVIEW/DAQ 數(shù)據(jù)采集、PID 控制、PWM 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方法。 5、在 LabVIEW 中實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán) PWM 輸出控制。 6、獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告的編寫(xiě)。 7、進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的答辯匯報(bào)。三、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備名稱與數(shù)量設(shè)備名稱數(shù)量計(jì)算機(jī)1 臺(tái)LabVIEW

3、 開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)1 套NI USB-6341 系列數(shù)據(jù)采集套件1 套直流電機(jī)2 套H 橋驅(qū)動(dòng)電路2 套轉(zhuǎn)速編碼器2 套直流電源1 臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用1、LabVIEW的編程方法簡(jiǎn)述LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一種圖形化的編程語(yǔ)言1，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP、ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的

4、軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的 32 位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW 提供了Windows

5、、UNIX、Linux、Macintosh 的多種版本。具體來(lái)說(shuō)，它是直觀的前面板與流程圖式的編程方法的結(jié)合，是構(gòu)建虛擬儀器的理想工具。LabVIEW與儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示部分一起協(xié)調(diào)工作，是簡(jiǎn)化了而又易于使用的基于圖形化的編程語(yǔ)言G的開(kāi)發(fā)環(huán)境。流程圖式的程序設(shè)計(jì)與科技工程人員較為熟悉的數(shù)據(jù)流和方塊圖的概念是一致的，而且由于流程圖與傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法細(xì)節(jié)無(wú)關(guān)，構(gòu)建和測(cè)試程序就可以少費(fèi)時(shí)間。使用流程圖方法可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的自我復(fù)制，可以隨時(shí)改變虛擬儀器來(lái)滿足自己的需要。與傳統(tǒng)的編程方式相比，使用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器，可以提高效率410倍。同時(shí)，利用其模塊化和遞歸方式，用戶可以在很

6、短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計(jì)和更新自己的虛擬儀器系統(tǒng)。2、USB-6341的基本規(guī)范簡(jiǎn)述(1)數(shù)字 I/O/PFI：USB-6341的數(shù)字 I/O/PFI的各種特性2如下表29：表2 數(shù)字 I/O/PFI的靜態(tài)特性器件：配置要求：通道數(shù)共 24 個(gè)，8 (P0.), 16 (PFI /P1, PFI /P2)參考地D GND方向控制各端子可通過(guò)編程獨(dú)立配置為輸入或輸出下拉電阻常規(guī) 50 k，最低 20 k輸入電壓保護(hù)20 V，最多兩個(gè)引腳表3 端口的波形特性端口 0 (P0.)的特性：配置要求：端口/采樣容量最高 8 位波形生成(DO) FIFO2,047 個(gè)采樣波形采集(DI) FIFO255 個(gè)采

7、樣表4 DO 或 DI 采樣時(shí)鐘頻率PCIe/PXIe0 MHz1 MHz，取決于系統(tǒng)和總線活動(dòng)USB0 MHz1 MHz，取決于系統(tǒng)和總線活動(dòng)表5 數(shù)據(jù)傳輸要求PCIe/PXIeDMA（分散-收集）、編程控制 I/OUSBUSB 信號(hào)流、編程控制 I/O數(shù)字線濾波器設(shè)置160 ns、10.24 s、5.12 ms、禁用表6 PFI/端口 1/端口 2 功能功能靜態(tài)數(shù)字輸入、靜態(tài)數(shù)字輸出、定時(shí)輸入、 定時(shí)輸出定時(shí)輸出源多個(gè) AI、AO、計(jì)數(shù)器、DI、DO 定時(shí)信號(hào)去抖動(dòng)濾波設(shè)置90 ns、5.12 s、2.56 ms、自定義間隔、禁用；可編程的信號(hào)高低轉(zhuǎn)換；每個(gè)輸入可獨(dú)立配置表7 工作條件輸入

8、高電壓(VIH)最小值2.2 V最大值5.25 V輸入低電壓(VIL)最小值0 V最大值0.8 V輸出高電流(IOH)P0.-24 mA ，最大值PFI /P1/P2-16 mA ，最大值輸出低電流(IOL)P0. 24 mA ，最大值PFI /P1/P216 mA ，最大值數(shù)字 I/O 特性:正向閾值(VT+)2.2 V，最大值反向閾值(VT-)0.8 V，最小值遲滯差值(VT+ - VT-)0.2 V，最小值IIL 輸入低電流(VIN = 0 V)-10 A，最大值IIH 輸入高電流(VIN = 5 V)250 A，最大值 （2）通用計(jì)數(shù)器: 表8 通用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器/定時(shí)器數(shù)量32 位分辨

9、率4計(jì)數(shù)器測(cè)量邊沿計(jì)數(shù)、脈沖、脈沖寬度、半周期、周期、雙邊沿間隔位置測(cè)量X1、X2、X4 正交編碼（帶復(fù)位通道 Z）；雙脈沖編碼采樣脈沖、動(dòng)態(tài)更新的脈沖序列、頻分、等時(shí)采樣內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)鐘100 MHz、20 MHz、100 kHz外部基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率PCIe/USB0 MHz25 MHzPXIe0 MHz25 MHz；0 MHz100MH（PXIe_DSTARA,B）上基準(zhǔn)時(shí)鐘精度50 ppm輸入Gate、Source、HW_Arm、Aux、A、B、 Z、Up_Down采樣時(shí)鐘輸入連線選項(xiàng)PCIe任意 PFI、RTSI、多種內(nèi)部信號(hào)PXIe任意 PFI、PXIe_DSTAR、PXI_TRIG、PXI

10、_STAR、多種內(nèi)部信號(hào)USB任意 PFI、多種內(nèi)部信號(hào)FIFO127 個(gè)采樣/計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)傳輸PCIe/PXIe各計(jì)數(shù)器/定時(shí)器專(zhuān)用分散-收集 DMA 控制器、編程控制 I/OUSBUSB 信號(hào)流、編程控制 I/O（3）頻率發(fā)生器: 表9 頻率發(fā)生器內(nèi)部要求：數(shù)值：通道數(shù)1基準(zhǔn)時(shí)鐘20 MHz、10 MHz、100 kHz分頻數(shù)116基準(zhǔn)時(shí)鐘精度50 ppm輸出連接任意 PFI 或 RTSI 接線端(4)電流限制: 警告：對(duì)于PCIe，未安裝磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)電源連接器時(shí)P0/PFI/P1/P2 和+5 V 端子組合不得超出最大值1A；已安裝磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)電源連接器時(shí)+5 V 端子（連接器 0）不得超出最大值

11、5V，P0/PFI/P1/P2 組合不得超出最大值1A。對(duì)于PXIe，+5 V 端子（連接器 0）不得超出最大值5V，P0/PFI/P1/P2 組合不得超出最大值2A。對(duì)于USB，5 V 端子（連接器 0）不得超出最大值5V，P0/PFI/P1/P2 組合不得超出最大值2A。超出電流限制可能引起設(shè)備和/或計(jì)算機(jī)/機(jī)箱不可預(yù)期的后果！(5)最大工作電壓: 最大工作電壓指信號(hào)電壓和共模電壓之和。 通道對(duì)地電壓需要小于11V。警告：在 Measurement Category II、III 和 IV 中，請(qǐng)勿使用設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。(6)設(shè)備引腳：圖1 NI PCIe/PXIe-6341 引腳圖2 NI

12、USB-6341 螺栓端子引腳圖3 NI USB-6341 BNC 前面板和螺栓端子引腳3、雙路隔離直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的使用3（1）接口定義圖4 接口定義（2） 控制信號(hào)接口如圖5所示，+5V 和 GND 為控制信號(hào)電源，如果控制信號(hào)為 3.3V，那么+5V 接 3.3V；ENA、ENB 分別為電機(jī)接口 1 和電機(jī)接口 2 的使能信號(hào)，可以外接 PWM；IN1IN4 為兩路電機(jī)正反轉(zhuǎn)、 制動(dòng)(或稱剎車(chē))控制信號(hào)。圖5 控制信號(hào)接口 控制邏輯如表 10 和表 11 所示。其中 0 為低電平、1 為高平、 為任意電平，懸空時(shí)為高電平。表10 電機(jī)接口 1 控制信號(hào)邏輯表11 電機(jī)接口 2 控制信號(hào)邏

13、輯（3） 使用數(shù)字控制引腳控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)接線方法使用數(shù)字控制引腳控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的接線方法如圖6所示。數(shù)字控制引腳的電源與驅(qū)動(dòng)板控制信號(hào)電 源應(yīng)共地，但不要與電機(jī)電源 PGND 共地。當(dāng)使用 5V 數(shù)字控制引腳時(shí)，驅(qū)動(dòng)板+5V 接電源+5V； 當(dāng)使用 3.3V 單片機(jī)時(shí)，驅(qū)動(dòng)板+5V 接電源+3.3V。數(shù)字控制引腳和驅(qū)動(dòng)板控制信號(hào)可共用一電源或 各自獨(dú)立供電（但一定要共地）。ENA 為與單片機(jī)的一個(gè) GPIO 或 PWM 輸出端口相連，當(dāng) ENA 為高電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)板使能，正反轉(zhuǎn)或剎車(chē)有效，如果是 PWM 信號(hào)，那么可對(duì)電機(jī)進(jìn) 行調(diào)速；低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)板禁能，電機(jī)接口無(wú)輸出。IN1 和 IN2 與數(shù)字控

14、制引腳的兩個(gè) GPIO 連 ，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)及剎車(chē)。驅(qū)動(dòng)邏輯見(jiàn)表 10。圖6 使用單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)接線示意圖4、增量式輸出的霍爾編碼器4的使用（1）編碼器簡(jiǎn)介：霍爾編碼器是一種通過(guò)磁電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器?；魻柧幋a器是由霍爾碼盤(pán)和霍爾元件組成。霍爾碼盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地布置有不同的磁極?；魻柎a盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，為判斷轉(zhuǎn)向，一般輸出兩組存在一定相位差的方波信號(hào)（2）編碼器接線說(shuō)明：圖7 電機(jī)編碼器實(shí)物這是一款增量式輸出的霍爾編碼器。編碼器有AB相輸出，所以不僅可以測(cè)速，還可以辨別轉(zhuǎn)向。根據(jù)上圖的接線說(shuō)明可以看

15、到，我們只需給編碼器電源5V供電，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候即可通過(guò)AB相輸出方波信號(hào)。編碼器自帶了上拉電阻，所以無(wú)需外部上拉，可以直接連接到單片機(jī)IO讀取。5、 課程設(shè)計(jì)原理分析（1）直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)和調(diào)速性能好，調(diào)速范圍廣平滑，過(guò)載能力較強(qiáng)，受電磁干擾影響??；直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)特性和調(diào)速特性；直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩比較大；維修比較便宜；直流電機(jī)的直流相對(duì)于交流比較節(jié)能環(huán)保。直流電機(jī)缺點(diǎn)：直流電機(jī)制造比較貴，有碳刷 ；與異步電動(dòng)機(jī)比較，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護(hù)不方便，而且要用直流電源；復(fù)雜的結(jié)構(gòu)限制了直流電動(dòng)機(jī)體積和重量的進(jìn)一步減小，尤其是電刷和換向器的滑動(dòng)接觸造成了機(jī)械磨損和火花

16、，使直流電動(dòng)機(jī)的故障多、可靠性低、壽命短、保養(yǎng)維護(hù)工作量大。換向火花既造成了換向器的電腐蝕，還是一個(gè)無(wú)線電干擾源，會(huì)對(duì)周?chē)碾娖髟O(shè)備帶來(lái)有害的影響。電機(jī)的容量越大、轉(zhuǎn)速越高，問(wèn)題就越嚴(yán)重。所以，普通直流電動(dòng)機(jī)的電刷和換向器限制了直流電動(dòng)機(jī)向高速度、大容量的發(fā)展。（2） 直流電機(jī)的主要應(yīng)用 直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛。使用最廣的就是直流電動(dòng)工具。直流電動(dòng)工具是一種運(yùn)用小容量直流電動(dòng)機(jī)或電磁鐵，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工作頭的手持式或可移式的機(jī)械化工具。世界上第一臺(tái)直流電動(dòng)工具是1894年制造的電鉆。1900年制造出三相工頻電鉆，由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。1913年生產(chǎn)出首批由單相串激電機(jī)驅(qū)動(dòng)的交、直流兩用電鉆。20

17、世紀(jì)80年代后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電動(dòng)工具技術(shù)得到迅速發(fā)展。到新世紀(jì)初，世界電動(dòng)工具的品種發(fā)展到近千個(gè)，年產(chǎn)量超過(guò)1億臺(tái)。電動(dòng)工具結(jié)構(gòu)輕巧，攜帶方便。它比手工工具可提高勞動(dòng)生產(chǎn)率幾倍到幾十倍，比傳統(tǒng)的風(fēng)動(dòng)工具效率高、費(fèi)用低（勿需空壓機(jī)）、震動(dòng)和噪聲小、易于自動(dòng)控制。因此，電動(dòng)工具逐步取代手工工具，已廣泛應(yīng)用于機(jī)械，建筑、機(jī)電、冶金設(shè)備安裝，橋梁架設(shè)，住宅裝修，農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，醫(yī)療、衛(wèi)生等各個(gè)方面。并且廣為個(gè)體勞動(dòng)者及家庭使用，是一種量大面廣的機(jī)械化工具，發(fā)展前景十分廣闊。在發(fā)電廠里，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)、蓄電池的充電機(jī)等，都是直流發(fā)電機(jī)；鍋爐給粉機(jī)的原動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)。此外，在許多工業(yè)部門(mén)，例如大

18、型軋鋼設(shè)備、大型精密機(jī)床、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、市內(nèi)電車(chē)、電纜設(shè)備要求嚴(yán)格線速度一致的地方等，通常都采用直流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)工作機(jī)械的。直流發(fā)電機(jī)通常是作為直流電源，向負(fù)載輸出電能；直流電動(dòng)機(jī)則是作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械工作，向負(fù)載輸出機(jī)械能。在控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)還有其它的用途，例如測(cè)速電機(jī)、伺服電機(jī)等。（3） H橋?qū)χ绷麟姍C(jī)進(jìn)行伺服速度控制5。所謂 H 橋驅(qū)動(dòng)電路是為直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的一種常見(jiàn)電路，它主要實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)，其典型電路形式如下：圖8 H橋典型電路從圖中可以看出，其形狀類(lèi)似于字母“H”，而作為負(fù)載的直流電機(jī)是像“橋”一樣架在上面的，所以稱之為“ H 橋驅(qū)動(dòng)”。4個(gè)開(kāi)關(guān)所在位

19、置就稱為“橋臂”。 從電路中不難看出，假設(shè)開(kāi)關(guān)A、D接通，電機(jī)為正向轉(zhuǎn)動(dòng)，則開(kāi)關(guān)B、C接通時(shí)，直流電機(jī)將反向轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)。借助這4個(gè)開(kāi)關(guān)還可以產(chǎn)生電機(jī)的另外2個(gè)工作狀態(tài)： A） 剎車(chē) 將B 、D開(kāi)關(guān)（或A、C）接通，則電機(jī)慣性轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電勢(shì)將被短路，形成阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，形成“剎車(chē)”作用。 B） 惰行 4個(gè)開(kāi)關(guān)全部斷開(kāi)，則電機(jī)慣性所產(chǎn)生的電勢(shì)將無(wú)法形成電路，從而也就不會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的反電勢(shì)，電機(jī)將慣性轉(zhuǎn)動(dòng)較長(zhǎng)時(shí)間。 以上只是從原理上描述了H橋驅(qū)動(dòng)，而實(shí)際應(yīng)用中很少用開(kāi)關(guān)構(gòu)成橋臂，通常使用晶體管，因?yàn)榭刂聘鼮榉奖悖俣葔勖奸L(zhǎng)于有接點(diǎn)的開(kāi)關(guān)（繼電器）。 細(xì)分下來(lái)，晶體管有雙極

20、性和MOS管之分，而集成電路（例如L298）只是將它們集成而已，其實(shí)質(zhì)還是這兩種晶體管，只是為了設(shè)計(jì)、使用方便、可靠而做成了一塊電路。 雙極性晶體管構(gòu)成的 H 橋：圖9 雙極性晶體管構(gòu)成的 H 橋MOS管構(gòu)成的 H 橋： 圖10 MOS管構(gòu)成的 H 橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要6。如果三極管TA和TB同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒(méi)有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈?，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開(kāi)關(guān)。 圖11所示就是基于這

21、種考慮的改進(jìn)電路，它在基本H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)與門(mén)和2個(gè)非門(mén)。4個(gè)與門(mén)同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。而2個(gè)非門(mén)通過(guò)提供一種方向輸人，可以保證任何時(shí)候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個(gè)三極管能導(dǎo)通。圖11 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果DIRL信號(hào)為0，DIRR信號(hào)為1，并且使能信號(hào)是1，那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)（如圖12所示）；如果DIRL信號(hào)變?yōu)?，而DIRR信號(hào)變?yōu)?，那么Q2和Q3將導(dǎo)通，電流則反向流過(guò)電機(jī)。圖12 分立元件的H橋驅(qū)動(dòng)電路圖（4）P

22、ID三個(gè)控制參數(shù)的主要功能： （1）比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過(guò)大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造系統(tǒng)的不穩(wěn)定。（2）積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)，反之積分作用就弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與其他兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。（3）微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)

23、見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，在微分時(shí)間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化是，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。（4） PID參數(shù)工程整定方法：系統(tǒng)整定是指選擇調(diào)節(jié)器的比例度、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間Td的具體數(shù)值。系統(tǒng)整定的實(shí)質(zhì)，就是通過(guò)改變控制參數(shù)使調(diào)節(jié)器特性和被控過(guò)程特性配合好，來(lái)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，求得最

24、佳的控制效果。系統(tǒng)的良好控制效果一般要求：瞬時(shí)響應(yīng)的衰減率(0.75-0.9)（以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性儲(chǔ)備），盡量減小穩(wěn)態(tài)偏差(余差)、最大偏差和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。工程上得到廣泛應(yīng)用的PID參數(shù)整定方法通常有：動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法、臨界比例度法、衰減曲線法、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)整定法等。它直接在過(guò)程控制系統(tǒng)中進(jìn)行，其方法簡(jiǎn)單，計(jì)算簡(jiǎn)便，而且容易掌握.。在實(shí)際應(yīng)用中，將調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)按先比例、后積分、最后微分的程序置于某些經(jīng)驗(yàn)數(shù)值后，再作給定位擾動(dòng)，觀察系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線。若曲線還不夠理想，則改變調(diào)節(jié)器的、TI、Td值，進(jìn)行反復(fù)湊試，以尋求最佳的整定參數(shù)，直到控制質(zhì)量符合要求為止?？刂破髟O(shè)計(jì)總體指標(biāo)可以概括為：穩(wěn)

25、、準(zhǔn)、快，均衡調(diào)節(jié)以Kp、Ki、Kd三參數(shù)則可一定程度上滿足上述三個(gè)指標(biāo)的要求。在控制初期，關(guān)鍵要克服各環(huán)節(jié)的滯后，為了避免積分飽和造成較大超調(diào)，Ki應(yīng)選的小一些。在控制中期，系統(tǒng)偏差以減小，但為了不過(guò)分影響穩(wěn)定性，Ki可適當(dāng)增大一些。在調(diào)節(jié)過(guò)程后期，為減小穩(wěn)太誤差，提高控制精度，Ki可選取更大一些。在控制初期，為盡快消除偏差，提高響應(yīng)速度，Kp應(yīng)該取大一些；在控制過(guò)程中期，為了防止超調(diào)過(guò)大造成震蕩，Kp要減小些；在控制過(guò)程后期，則要克服超調(diào)，使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，Kp值要再減小一些。純大滯后系統(tǒng)在控制中，容易產(chǎn)生超調(diào)，使系統(tǒng)失穩(wěn)。其主要原因是：其時(shí)滯階段對(duì)誤差的積分太大。因此，為了改善純大滯后系統(tǒng)

26、的相應(yīng)特性，對(duì)積分因子提出了新的要求。（5） 直流電機(jī)閉環(huán)伺服調(diào)速控制系統(tǒng)框圖控制器驅(qū)動(dòng)器電機(jī)裝置轉(zhuǎn)速反饋轉(zhuǎn)速給定PWMn圖13 轉(zhuǎn)速伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖6、 實(shí)驗(yàn)步驟準(zhǔn)備1、做出USB-6341的硬件資源分配，給出其與驅(qū)動(dòng)器控制端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系表本次實(shí)驗(yàn)由計(jì)數(shù)器1即77號(hào)引腳采集電機(jī)1轉(zhuǎn)速，計(jì)數(shù)器0的89號(hào)引腳輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器的IN1端口，計(jì)數(shù)器3的79號(hào)引腳采集電機(jī)2的轉(zhuǎn)速，計(jì)數(shù)器2的93號(hào)引腳輸出信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器的IN3端口。USB-6341的具體硬件資源分配與驅(qū)動(dòng)器控制端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系表如下所示：表12 板卡引腳與驅(qū)動(dòng)器端子接線表驅(qū)動(dòng)器引腳板卡引腳驅(qū)動(dòng)器引腳板卡引腳+5V96IN189 (

27、PFI 12)GND94IN294ENA96IN393 (PFI 14)ENB96IN494USB-6341 數(shù)據(jù)采集卡中的計(jì)數(shù)器直接測(cè)量脈沖頻率，再根據(jù)增量式編碼器一圈輸出 390個(gè)脈沖信號(hào)求出實(shí)際轉(zhuǎn)速。同時(shí)，計(jì)數(shù)器將調(diào)制的pwm信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)器控制接口。USB-6341數(shù)據(jù)采集卡的硬件資源引腳編號(hào)如下：表13 USB-6341計(jì)數(shù)器端子編號(hào)計(jì)數(shù)器/定時(shí)信號(hào)默認(rèn)的引腳編號(hào)（名稱）CTR 2 SRC73 (PFI 0)CTR 0 SRC81 (PFI 8)CTR2GATE74 (PFI 1)CTR 0 GATE83 (PFI 9)CTR 2 AUX75 (PFI 2)CTR 0 AUX85 (PFI 10)CTR 2 OUT93 (PFI 14)CTR 0 OUT89 (PFI 12)CTR 2 A73 (PFI 0)CTR 0 A81 (PFI 8)CTR 2 Z74 (PFI 1)CTR 0 Z83 (PFI 9)CTR 2 B75 (PFI 2)CTR 0 B85 (PFI 10)CTR 3 SRC78 (PFI 5)CTR 1 SRC76 (PFI 3)CTR3GATE79 (PFI 6)CT