电动机性能虚拟仪器测试系统的设计与实现

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

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：

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：

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。