直流电机转速测控系统.doc

南京邮电大学自动化学院

实验报告

实验名称：直流电机转速测控系统

课程名称：测控技术与仪器专业综合实验
所在专业：测控技术与仪器
学生姓名：马玉立
班级学号：B13050609
任课教师：戎舟

2015/2016学年第二学期

摘要：以EE-SX672A光电传感器，labview为基础，运用PID控制技术实现对直流电机转速的实时控制。运用虚拟仪器技术能够实时显示控制的过程，控制过程简单易懂，具有一定的实用性。
一．实验目的
理解所用传感器的工作原理，掌握传感器的使用；
掌握直流电机转速测试和控制电路的设计；
掌握计算机测控的原理和方法。
二．实验要求
基于ELVIS平台设计电机速度测试电路，设定预计转速，根据实际转速，实现相应的控制算法，完成对马达速度的闭环控制。
三．实验设备
计算机1台
ELVIS数据采集平台1台
EE-SX672A光电传感器模块1个
5V直流电机1个
四．实验内容
4.1系统结构
（1）系统结构及模块功能说明
系统结构分为：直流电机部分、EE-SX672A光电传感器部分、labview部分。EE-SX672A光电传感器用来采集脉冲，labview完成转速测量，PID控制，实现相应的控制算法，完成对马达速度的闭环控制。
（2）系统框图

图1系统框图

4.2硬件模块
（1）所用模块介绍
1.直流电机
电机是使机械能与电能相互转换的硬件，直流电机就是把直流电能转换成机械能。作为机电执行元部件，直流电机内部有一个闭合的主磁路。主磁通在主磁路中流动，同时与两个电路交联，其中一个电路是用以产生磁通的，称为激磁电路，另外一个是用来传递功率，称为功率回路或者电枢回路。现行的直流电动机都是旋转电枢式，也就是说激磁绕组及其所包围的铁芯组成的磁极为定子，带换向单元的电枢绕组和电枢铁芯结合构成直流电动机的转子。
2.光电传感器
光电传感器一般由发送器、接收器和检测电路三部分组成。发送器一般为半导体光源、发光二极管（LED）、激光二极管或及红外发射二极管，对准目标发射光束，光束连续发射，或以脉冲方式发射，脉冲宽度可调。在接收器的前面，要装有光学元件如光圈和透镜等。接收器一般由光电二极管、光电三极管或光电池组成。接收器接收信号后通过检测电路输出有效信号。
光电传感器有凹槽形光电传感器、对射型光电传感器、反光型光电开关和扩散反射型光电开关等几种类型。
以凹槽型光电传感器为例，凹槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧。发光器能发出红外线和可见光，在无阻的情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一个控制动作，产生一个脉冲。
采用光电传感器对直流电机的转速进行测试，将电机转盘插入到光电传感器内部，当光线可以穿透转盘时，传感器上的红灯不亮，输出的是高电平；当光线不可以穿透转盘时，传感器上的红灯亮起，输出的是低电平。所以当电机转动时，转盘在传感器内部转动，输出的是脉冲信号，测出脉冲信号的频率，继而可以求得转动的速度。
和平台连接时，采用NIELVIS平台的可调直流电源作为直流电机的输入，传感器的输出脉冲信号，送至ELVIS平台上的计数器进行测频。
（2）电路图和实物图

图2电路图

图3实物图
4.3软件程序

1.线性拟合模块

图4线性拟合前面板

图5线性拟合程序框图
说明：通过测量10组不同电压（X）控制电机，测出转速值（Y），得到线性拟合方程，留给PID控制环节使用。
2.实际转速测量模块

图6实际转速测量程序框图
说明：使用脉冲频率测量。
3.PID控制

图7PID控制程序框图
五.实验数据及结果分析
转速又0到80控制过程结果：

图8转速又0到80控制过程结果

转速又80到100控制过程结果：

图9转速由80到100控制过程结果
六.总结及心得体会
（1）在对PID控制时要选择合适的Kc、Ti、Td参量，达到更好的控制结果。
（2）实验过程中出现电机不受POWER控制时需要重启电脑，这一点是需要注意的。
（3）实验结果的准确性受调整函数的影响很大，所以线性拟合部分要做准确。