测控实验直流电机转速测量

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1、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吩wj、. 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：班级学号：B13050605任课教师：戎舟2015 /2016 学年第 二 学期摘要：采用光电传感器模块，通过ELVIS数据采集平台上的计数器模块实现电机转速的测 量，得到转速与电压的拟合关系直线，再利用LabVIEW的PID实现对电机转速的控制。 本系统方便快捷，成本低，实时显示。1.实验目的1、理解所用传感器的工作原理，掌握传感器的使用；2、掌握直流电机转速测试和控制电路的设计；3、掌握计算机测控的原理和方法。2. 实验要求基于ELVIS平台设计电机速度

2、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。3实验设备1)计算机1台2)ELVIS数据米集平台1 台3)EE-SX672A 光电传感器模块1 个4)5V 直流电机1 个4. 实验内容4.1 系统结构系统结构及模块功能说明手动输入期望转速，当前转速与期望值的误差接至PID函数的输入端，PID的输出端加到电机上的电压增量，从而达到转速控制的的目的。系统框图4.2硬件模块（1）所用芯片或模块介绍直流电机转速测控系统包括电机模块、EE-SX672A光电传感器模块、NI ELVIS 平台和计算机。由传感器模块、电机上的转盘和数据采集卡对电机转速进行测试， 在计算

3、机中由程序计算出电机转速后采用 PID 算法得到对电机转速控制的输出 直流电压。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。发送转速设定ELVIS 平台进行转

4、速测量PID控制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

5、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。3、PID 转速控制PID 是当前工业控制中应用最广泛的算法。被控制的系数

6、参数叫做过程变量(Process Varable,PV),被控制的过程变量指定的理想值叫做设定点(Set Point,SP)PID控制器确定一个对被控系统的输出量，驱动过程变量接 近设定点。具体原理参考自控原理教材。控制直流电机的转速就是控制直流电机 的电压。直流电机的输入电压与转速应该成正比关系，在实验过程中，选择 08V 之间不同的直流电压输入待直流电机，测电机的转速，拟合得到输入和输出的关 系式(2)电路图和实物图4.3 软件程序DAQ 通道配置及转速测量l| Frequencyr计数器!、类型惰鬲定信息+誓告 13E最小频率最犬频率频率输入接线端 irroihI ci频率TDlitLm

7、;:DRQmx通道设詈采集数据statusjj Y DAQmxil道 jj CI.Freq.Term转速和电压的拟合直线Best Linear FitXn ll+3PID控制DBltinterceptJDELl少.23(-tional屈ffl肯止2令金 intercept”it发般墨合转速*Device Name 2期里转速撓出电圧Integral time sj (li) 2Integral time s (Ti)Variable Power Supplies2 Device Name error in Stop Supply+ (V) 5. 实验数据及结果分析转速电压拟合直线期望转速 25

8、22 转/分钟 实际转速 2572.46 转/分钟频率周期频率输几接线端垢 Qev：l/PFI9Pl雌01.1WM傳止E停止2脉冲宽度两个边沿的间隔最大频率计数器100.000000% Devl/ctrO晟小频率12.000000Proportional Gain (hIntegral time s (Ti)抜出电压期里转速3.094932572.464000-13500-3000-2500-1500-1000-500-Device Name 2% Devi 2000-Integral time s (Ti)期望转速500 转/分钟 实际转速 472.67 转/分钟周期频率频率输入接线端常 /Dev lFig计数器第 Devl/ctrODevice Name 2Proportional Gain (K200-；輸出电压0.676582最大频率1100.0000006. 总结及心得体会本次实验较为简单，但是不能钻牛角尖，将整个思路整理清楚很关键。在实验中， 遇到的问题主要就是光电传感器的问题，重新焊接就没事了。另一个问题就是电 机转速测量，连接电路出了问题，导致无法测量。