3.軟件結(jié)構(gòu)及算法

　　3.1.軟件結(jié)構(gòu)

　　電動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)總體采用一種基于TCP/IP協(xié)議的客戶機/服務(wù)器（CS）結(jié)構(gòu)。服務(wù)器架構(gòu)為NI cFP分布式I/O體系，利用其內(nèi)嵌的獨立式實時系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)參量的信號采樣，并完成對目標(biāo)參量的實時監(jiān)測和控制；客戶機則采用通用的PC機結(jié)構(gòu)，運行Windows 多線程操作系統(tǒng)，使用LabVIEW虛擬儀器平臺，借助TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)，與服務(wù)器之間控制參量及檢測數(shù)據(jù)的通信，并提供GUI圖形化用戶界面，實現(xiàn)人機交互，完成控制參數(shù)的輸入，以及檢測數(shù)據(jù)的分析、運算和圖表顯示。

　　系統(tǒng)操作流程為，上電后服務(wù)器自動啟動存儲器中內(nèi)建的LabVIEW RT實時程序，并實時偵聽客戶機“開始測試”的命令；客戶機開機運行電動機性能虛擬儀器測試主程序，完成用戶登錄、硬件配置、選擇測試項目、設(shè)置測試參數(shù)后，啟動測試程序；服務(wù)器偵聽到客戶端“開始測試”命令后，按照客戶制定的硬件配置、測試項目以及測試參數(shù)開始實時控制與數(shù)據(jù)采集，并通過TCP/IP協(xié)議將實驗數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶機；客戶機發(fā)出PID控制命令，并對服務(wù)器發(fā)送的實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，完成PID控制后，按照測試項目進行測試，分析處理測試數(shù)據(jù)，并以圖表方式顯示實驗結(jié)果；完成測試后，客戶機發(fā)出結(jié)束測試的命令，經(jīng)服務(wù)器接收確認(rèn)后，結(jié)束測試。

　　3.2.PID控制算法

　　本系統(tǒng)試驗了3種PID控制算法：位置式PID控制算法、增量式PID控制算法和積分分離PID控制算法[5]。

1) 位置式PID控制算法

位置式PID控制算法描述為：其中， =0，1，2……為采樣序號； 為第 次采樣時刻的計算機輸出值； 為第 次采樣時刻輸入的偏差值； 為第 次采樣時刻輸入的偏差值； 為積分系數(shù)， ； 為微分系數(shù)， ； 為比例系數(shù)； 為積分時間常數(shù)； 為微分時間常數(shù)； 為采樣周期。該算法的優(yōu)點是原理簡單，只是將經(jīng)典的PID算法理論離散化，運用于計算機輔助測量，結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)；缺點是每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對 進行累加，計算機運算工作量大；而且，因為計算機輸出的 對應(yīng)的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，如計算機出現(xiàn)故障， 得大幅度變化會引起執(zhí)行機構(gòu)位置的大幅度變化。

2) 增量式PID控制算法

　　增量式PID控制算法描述為：其中 。該算法的優(yōu)點是，由于計算機輸出增量，誤動作時影響小，必要時可以用邏輯判斷的方法去掉；手動/自動切換時沖擊小，便于實現(xiàn)無擾動切換，此外當(dāng)計算機發(fā)生故障時，由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號的鎖存作用，故仍能保持原值；算式中不需要累加?？刂圃隽?的確定，僅與最近 次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。增量式控制也有不足之處：積分截斷效應(yīng)大，有靜態(tài)誤差；溢出的影響大。3) 積分分離PID控制算法積分分離PID控制算法描述為：

　　當(dāng)時，即偏差值 比較大時，采用PD控制，可避免過大的超調(diào)，又使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)。當(dāng) 時，即偏差值 比較小時，采用PID控制，可保證系統(tǒng)的控制精度。圖4所示緯三種PID控制算法的階躍響應(yīng)曲線。經(jīng)過試驗比較，采用積分分離式PID控制算法將過渡過程時間由位置式的19.5s和增量式的16s，縮短為12s；最大超調(diào)量由位置式的36℅和增量式的25℅，縮小為18℅，具有超調(diào)小、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性能好、遇干擾回復(fù)能力強的特點，最后使用了積分分離式PID控制算法來完成對定標(biāo)參量的控制。

　　該電動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了對多路并行電動工具的自動加載，扭矩、轉(zhuǎn)速、功率以及溫度實時監(jiān)測，并利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)主控機對多路并行工位的遠程操控以及測試數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享；高精度數(shù)字萬用表模塊DMM-4070利用四線制測量電動機內(nèi)轉(zhuǎn)子繞阻，測量精度可以達到6 ? 位；功率分析儀使用高精度功率傳感器模塊，測量精度可達到0.3%。該系統(tǒng)具有測量精度高、運行穩(wěn)定性強、并行效率高等優(yōu)點，已被運用于工業(yè)現(xiàn)場，實際使用中運行穩(wěn)定可靠，適用于多種類型電動機耐久性和綜合性能測試。