《毕业论文-臭氧激光雷达多通道斩光器频率稳定控制系统设计(20页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文-臭氧激光雷达多通道斩光器频率稳定控制系统设计(20页).doc（20页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、-毕业论文-臭氧激光雷达多通道斩光器频率稳定控制系统设计-第 17 页安 徽 农 业 大 学毕 业 论 文（设计）论文题目 臭氧激光雷达多通道斩光器频率稳定控制系统设计 姓 名 学 号 11101043 院 系 工 学 院 专 业 电气工程及自动化 指导教师 职 称 教 授 中国合肥二一五年五月目 录1.绪论11.1研究背景与意义11.2国内外研究进展11.3研究问题提出32.系统PID控制原理及算法仿真32.1 PID控制器的基本原理32.2 控制参数对控制性能的影响42.2.1比例系数对控制系统的影响42.2.2积分时间对控制系统的影响42.2.3微分时间对控制系统的影响52.3 PID控
2、制算法52.3.1PID位置式控制算法52.3.2PID增量式控制算法62.4 直流电机PID控制系统建模及仿真62.4.1直流电机的数学模型62.4.2 MATLAB仿真分析73.控制系统硬件设计93.1控制系统硬件设计原理93.2频率稳定系统硬件设计104.控制系统软件设计124.1控制系统软件设计原理124.2控制程序前面板134.3控制程序程序框图135.试验与分析155.1试验操作155.2结果分析15总结20参考文献21致 谢23ABSTRACT24臭氧激光雷达多通道斩光器频率稳定控制系统设计摘要：臭氧激光雷达多通道斩光器的频率作为臭氧激光雷达的主脉冲信号有着同步激光雷达系统中各个
3、部件的重要作用，因此其稳定性直接影响臭氧激光雷达系统的探测性能。本论文的主要工作是设计一种可靠的频率稳定控制系统，用于稳定多通道斩光器的频率。论文主要内容分为以下几个部分：（1）综合概述和原理，主要介绍了PID控制器的起源、发展历史以及其原理与算法。（2）系统的主要设计工作和研究成果，主要介绍了系统的软硬件设计与模拟分析,并以PID控制模块为控制核心，实现稳定直流电机的频率的目的，为进一步研究和优化直流电机控制方法提供了基础。本文具有一定可扩展性，例如参数自改变算法，抑制噪声算法，优化调节速度算法等。本文为直流电机控制方法研究提供了一定的现实意义。关键词：臭氧激光雷达 LabVIEW 直流电机
4、 比例积分微分（PID）控制器 MATLAB1.绪论1.1研究背景与意义随着科学技术的发展，以自动化控制为核心的电机控制技术在工业生产和科学研究中占有越来越重要的地位。近些年来，关于智能控制的研究越来越广泛，且在许多领域得到了应用，因智能控制具有无需对象的精确数学模型和较强的鲁棒性的特点，而被许多学者应用于电机控制系统的研究。在如今电气时代，电机对人们生活密不可分，被应用于宽泛的领域中，直流电机精确控制的研究与实现，提高了控制精确度与响应速度，也为进一步研究和优化直流电机控制方法提供了基础。1.2国内外研究进展电机大约诞生于19世纪70年代，主要种类有直流电机和交流电机，在电机被应用后人类社会
5、从此产生翻天覆地的变化，电机使人类可以抛弃过去笨重的蒸汽机，成为更受欢迎的动力机械，已经在人类的现代化和城市化事业中起到巨大的推动作用。至21世纪，电机衍生出越来越多种类而且更多的新技术被使用到电机中，传统的电机与新技术融合后，继续作为全社会广泛的动力机械和控制机械。 根据不同运行原理，电机主要分为交流和直流电机两大类，交流电机是使用最多的电机，工业生产所需的动力多半需要交流电机提供。而直流电机具备优秀的起、制动性能，适宜在大范围内光滑调速，在很多精密仪器中广泛应用11。PID控制理论形成于1922年，米罗斯基(N.Minorsky)对位置控制系统做了详细分析后，在依照PID两个控制功能的基础
6、上总结出了控制规律公式。PID调节器从诞生到如今已已经过去了近一个世纪，人们为它的成型和广泛采用采用做出许多尝试和努力，使其成为工业中最值得信赖和最广泛采用的技术工具。在计算机快速发展之后，带动了PID的发展，使得PID也融入最新的科技中，适应着新时代下的过程控制，依旧具有无限的活力。从上世纪30 年代至今，科技发展加快，技术不断更迭，自动化技术也是如此，并且依旧是工业生产和科学研究的重要技术。在如今大型设备中，自动化装置是必不可少的，缺少自动化装置和技术，许多大型的生产和研究无法良好开展。而实际上，作为国家与企业工业现代化的水平标准的判断技术，自动化已经达到任何技术都无法替代的重要位置。不断
7、的与时俱进和经验积累使得自动化技术的适应性和易用性更强，应用于工农业以及国防等重要行业，我国倡导多年的工业现代化建设史就是我国自动化技术进步与应用的历史，当今国际中，自动化水平即为一个国家的生产力水平，代表着国家的综合国力。而作为控制系统中典型代表，PID技术受到最为广泛的应用。PID控制器的应用如此普遍而又经久不衰的原因，是由于PID技术几近解决了自控理论论述的全部基本问题，也就是控制系统的稳定性、快速性和准确性。PID控制器具有诸如结构更简单、可用性强、控制效果优异、鲁棒性强等特点，为迄今为止最稳定的控制方法11。PID控制器相关参数对应于具体的物理意义，此点使其更加容易理解，且整定方法成
8、熟，已经具有完整的理论和分析体系，因此被工程师所青睐，在过程控制系统中得到广泛应用。PID控制器的组成离不开控制参数的整定，一个合适控制参数不仅能够带来更简便的操作，也会使得整个系统更稳定、智能。直流电机在现代社会有着广泛的应用，已经是人类生产活动必不可少的动力与控制仪器。相比于其他电机而言，直流电机起动速度更快、过载能力强、制动转矩更大，而且它的可调范围更广，调节更平滑，在起动和调速要求较高的生产和研究机械上被广泛使用。作为最成熟且得到广泛利用的控制算法，PID（比例-积分-微分）控制算法具有整定简单（多依靠经验）、理论原理容易理解、使用方便等特点。从应用方面看，大到重工业企业小到日用品制造
9、企业，PID控制器被广泛采用。较其他控制理论对系统理论要求较高不同，PID调节可以很好的适应结构和参数不能被准确得到的被控对象，它可以依靠经验以及现场调试来调节控制，比其他技术更加简便。LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的简称，是美国NI公司开发出的用于虚拟仪器开发的平台软件7，较其他需要专业编程技术的编程软件，它可以进行简单而有效的编程，它的程序简单明了，且不失强大的功能，与NI硬件的兼容性很好，因而深得硬件工程师钟爱。它具有以下优点：（1）利用如今越来越成熟丰富的计算机平台资源，具
10、有更好的适应性和易用性；（2）较传统的仪器，它在数据的存储、处理和显示上更为方便；（3）大量的运用图形用户界面技术（GUI-Graphical User Interface），人机交互体验优秀，且界面友好。1.3研究问题提出在臭氧激光雷达系统中，后继光路高速斩光系统的频率稳定与否直接影响激光雷达的控制稳定性与精确性，因此本文的目的是设计一个电机频率稳定控制系统，需要将直流电机的频率控制在200.15-200.3内。本文主要讨论高速光路斩光系统的频率控制的控制原理、模拟与实现，在硬件搭建的基础上，主要利用基于LabVIEW软件平台控制算法内置的虚拟仪器，其具有采集、显示、计算、输出等功能。为探讨
11、控制实现的可能性，利用MATLAB对理论数学模型做仿真与分析，同时将程序大量的采集数据通过MATLAB进行分析，讨论实际控制系统实现的可能性。2.系统PID控制原理及算法仿真2.1 PID控制器的基本原理PID控制器是一种基于偏差在“先前、此刻和未来”信息估计中的有效而简单的控制器 11。PID控制器是通过使用目标频率与实际频率之间存在的差值，将差值按比例、积分和微分的算法来组合成控制电压输出量，再输出控制电压对控制对象进行控制，达到合理精确控制的目的。控制系统框图如图1所示，包括控制对象和PID控制器。图1 PID控制器系统框图连续系统中，PID控制器的输入与输出之间具有比例、积分、微分的关
12、系，表达式如下： 式1也可将其写为传递函数形式： 式2上式中，,是比例增益,是积分时间，是微分时间。2.2 控制参数对控制性能的影响PID控制器的三个参数对系统的动态和稳态起着不同的作用，而这三个参数的取值会决定PID控制系统的控制质量。下面分别阐述三个PID控制参数对系统性能产生的影响。2.2.1比例系数对控制系统的影响（1）动态性能：当增大时，系统的响应速度会加快，但是只有取合适值才能使得系统稳定。过大的会让系统的响应速度过快，超调量过大而产生更多的震荡，对系统的稳定没有帮助；过小的只会使得系统响应速度过慢，动态性能太差。（2）稳态性能：如果系统达到稳定状态，增加的数值可以使稳态误差误差降
13、低，但是单一的使用比例调节无法消除稳态误差。由此也知要根据系统动态对进行整定。2.2.2积分时间对控制系统的影响（1）动态性能：积分时间的数值大小与系统的稳定性有关。如果积分时间过小，系统可能会不够稳定，震荡次数仍较多，无法达到理想状态；而积分时间过小，反而会使积分作用减弱，仍有震荡。因此必须选择合适的才能获得理想的动态过渡特性。（2）稳态性能：在PID控制系统中，积分作用可以消除系统余差，能够真正的达到目标频率而不会有过多震荡，积分时间小做余差减少时间长，若太大，则不能够消除余差。往往利用在非时延控制系统的工业生产中比例控制和积分控制常常联合使用，构成PI控制。2.2.3微分时间对控制系统的
14、影响（1）动态性能：微分时间的增大会使得系统的动态特性得到改善，使系统的“动作”更快，并且有效减少系统超调量；微分时间过大会使得系统不稳定，易受系统噪声影响，会减弱系统抗干扰的能力。（2）稳态性能：微分时间的加入会使控制系统在偏差出现时提前对偏差的变化进行预测，达到“预测”偏差的效果，有助于增加系统的稳定性。对于PID控制器参数的选择应当根据具体使用环境及控制系统的特性确定。在日常生活中，人们即要求控制系统要有迅速跟踪的动态性能，又要能有在不同的干扰因素作用下使输出保持在给定值附近，要同时满足两种要求一般很难做到，必须对特定系统特殊分析，先满足控制系统的重要性能，同时兼顾控制系统其他的能力。2
15、.3 PID控制算法人们一般使用的PID算法有两种，分别是位置式和增量式算法22。这两种PID算法因为使用简单，因而被广泛使用，而两种算法各有利弊，使用者需根据不同的使用要求加以选择。2.3.1PID位置式控制算法如式1所示，最基本的PID理想算式，假设u(k)是第k次采样时刻的控制器输出值，因而我们可以得到离散的PID算式22，如下： 式3式中为系数，为微分系数。因此时的输出u(k)直接对应着执行器的位置（如旋钮开合的角度），不同的u(k)对应着不同的执行器的位置，所以通常称式3为位置式PID算法。位置式PID算法的缺点：当前的输出与过去的各个状态都有关，在计算时需要使e(k)进行累加，因而
16、运算量大；而且如果控制器出现故障，输出量的过大变化会使得对应的执行器的位置大幅度变化。2.3.2PID增量式控制算法增量式PID控制量的变量u(k)为控制器的输出。在增量式算法中，执行器需要有控制量的累积能力，累积功能既可以通过硬件实现也可以使用软件实现。使用增量式算法，控制器输出的u(k)是对应此次执行器的实际位置。由式3可得增量式PID控制算式 式4式中e(k)=e（k）-e（k-1）进一步可以写成： u(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2) 式5 式中,。一般控制系统确定后采样周期T不变，因此，当，被确定，只要使用前后次测量的偏差值即可由式4或式5求出控制增量。2.4 直流电
17、机PID控制系统建模及仿真2.4.1直流电机的数学模型由直流电机的物理学性质和电磁学性质，我们可以得到直流电机的简单数学模型，如下所示 式6式中：和分别为电动机的转矩常数和电动势常数。将上式经拉氏变换并消除中间量后可得系统的传递函数为： 式7设系统参数15如下：J=3.23mg.，B=3.51 uN.m.s,=2.75uH,=0.03(N.m)A。2.4.2 MATLAB仿真分析在MATLAB中创建一个DCMOTOR.m文件，然后将传递函数用程序语言表达出来，并执行命令，DCMOTOR.m文件程序内容如下：J=3.23;B=3.51;R=4;L=2.75;K=0.03;num=K;den=L*
18、J,(L*B+J*R),(K*K+R*B),0;G=tf(num.den);t=0:0.001:0.2;step(G)执行命令后所得图形如图2所示。图2 电机原始阶跃响应可知，单位阶跃电压输入直流电机时，电机的转轴输出呈线性上升，此系统为单一比例系统，无法达到设计要求，为达到要求，在控制系统中加入PID控制器。 式8经化后 式9将DCMOTOR.m文件修改为：J=3.23;B=3.51;R=4;L=2.75;K=0.03;num=K;den=L*J,(L*B+J*R),(K*K+R*B),0;G=tf(num,den);t=0:0.001:0.04;Kp=13;Ki=18;Kd=0.2;num
19、pid=Kd,Kp,Ki;denpid=1,0;H=tf(numpid,denpid);step(feedback(G,H,-1)命令执行以后MATLAB返回直流电机对阶跃输入响应的曲线，如图3所示。图3 加入PID算法后电机阶跃响应此系统为多阶系统，可根据理论计算得出主导极点，建立近似二阶系统再结合其阶跃响应进一步理论分析，考虑到篇幅要求，本文在此不做过多赘述。由上图可知，该系统近似二阶系统阻尼比=1，属于临界阻尼系统，因此该系统稳定。该系统超调量为0，在2.6秒处稳态误差已为0，动态性能好，系统整体兼具稳定性、快速性、准确性于一体,从理论上本设计成立。3.控制系统硬件设计3.1控制系统硬件
20、设计原理控制系统硬件由采用MAXON直流无刷电机、直流稳压电源等仪器构建。控制系统硬件与控制程序运行流程如图4所示。图4 控制系统硬件组成该系统被控制对象为斩光器频率。系统给定环节由目标频率设置程序构成给定环节，可人为设定被控制量的给定值；PID控制模块是系统比较环节以及中间环节，作为比较环节其将所检测的被控制量与给定值进行比较，确定两者之间的偏差并进行计算，作为中间环节，其将输出输出信号变换成适于控制执行机构工作的信号；执行机构由直流稳压电源以及电机及其驱动构成，其直接作用于控制对象，使控制量达到所要求的数值；数字脉冲发生器与脉冲计数器组成系统的检测装置，其被用来检测被控制量，并将其转换为与
21、给定量相同的物理量作反馈。3.2频率稳定系统硬件设计多通道斩光器构成及原理臭氧激光雷达多通道斩光系统内部结构及实物如图5所示。主要有斩光盘、各个接收通道、电机及其驱动器、固定密封盒等组成。从下图中可以看出，经过斩光盘信号通道分别有266,289L,299H,308/332,299L,289H,355/387(数字对应回波信号波长，266表示266nm,L、H分别表示低空和高空)。Trigger是臭氧激光雷达系统主脉冲产生器，其主要由发光二极管和光敏二极管组成，斩光盘的在电机的作用下，以一定转速旋转，Trigger所在圆周的两个对称的小槽口将高速切割发光二极管光源，光敏二极管检测发光二极管的输出
22、光，从而输出和转速成正比的脉冲信号。该脉冲信号作为臭氧激光雷达系统的主脉冲信号，同步臭氧激光雷达系统中的各个部件。主脉冲信号频率稳定性，将直接影响臭氧激光雷达各个部件的工作状态，最终影响臭氧激光雷达回波信号。图5 臭氧激光雷达高速斩光系统内部结构（左）及实物（右）控制系统硬件选型系统中采用的直流电机为瑞士MAXON EC电机（如图6），直径为45mm，此款电机为MAXON公司的长寿命无刷直流电机。具有优异的加速性能，转速从0到100000RPM只需5秒，而与其他直流电机相比，电子换向的MAXON EC电机使用寿命更长久。长寿命无刷设计可以和预装球轴承联合使用。与此同时EC电机转矩性能优异，功率
23、高，转速范围大（可达100000转/分），（内部集成霍尔元件）调节性能出色，定位精确。19图6 无刷直流电机系统中采用的直流稳压电源（如图7）型号为艾德克斯公司（ITECH）的IT6322，提供了低噪音且可靠的三路全隔离电源输出，每一路输出均具1mV,1mA的高分辨率和精度。可串联达到60V输出，同时可同时显示及设定全部三路的电压及电流值，无需切换，大幅简化传统三路电源操作的复杂性，同时支持RS232/GPIB/USB通讯借口及标准SCPI通讯协议。20 图7 直流稳压电源图 图8 数字脉冲发生器系统中采用的是SRS的八通道数字延时脉冲发生器（如图8），其由高精度电路产生TTL幅值的脉冲并进行
24、数字化控制其延迟时间进行输出。并提供四个单独的脉冲输出，最多八个延时逻辑转换。该仪器提供更低的抖动，更高的精度，更快的触发频率和更多的输出。所有通道的延时分辨率为5ps，并且每个通道之间的抖动小于25ps。脉冲频率高达10MHz。DG645可以通过以太网、RS-232和GPIB接口于计算机相连。此设备非常适用于多台设备的时序控制实验，并广泛应用在激光控制、光电科研、测试和测量系统中。214.控制系统软件设计控制系统软件利用LabVIEW 2012设计。系统软件主要包含前面板与后面板两大模块，其中前面板主要由显示控件与输入控件组成，后面板主要由PID控制模块、数据读取模块、数据存储模块组成。4.
25、1控制系统软件设计原理以下是控制系统软件运行流程图：图9控制系统软件流程图如图9所示该系统程序运行图，先将PID输出范围进行设定，设定时间延时以改变给电机电压的比例度，设定目标频率范围（实验中设为200.15-200.3 Hz）。开机时，先使用比例调节将电机电压加至5.59v左右，以保护电机，电机稳定后即可点击按钮“PID”开始PID调节，频率逼近目标值，并且开始稳定，打开数据保存开关就能够将采到的频率和输出电压数据进行保存。4.2控制程序前面板控制件中主要有采样设置，PID控制参数的设置，目标频率的设置，保存数据按钮以及PID输出范围设置。显示件包括频率趋势图，PID电压趋势图，频率超出显示
26、灯，PID电压输出显示，频率显示（如图10）。电压显示数据存储按钮控制电压显示PID参数设置目标频率PID按钮频率显示图10 控制程序前面板4.3控制程序程序框图对于虚拟仪器来说，程序框图（如图11）是控制系统的重要部分，它由以下四个模块组成：数据读写模块，PID控制模块，数据存储模块，图形显示模块。数据写入控制电压显示PID控制模块频率显示数据读取图11 控制程序程序框图数据读取模块数据读取模块的功能是通过VISA将频率计发送的代码读入计算机并将其翻译成双精度浮点型数据，是后续程序计算的数据来源，如下图所示。代码翻译读取代码写入命令VISA配置图12 数据读取模块数据存储模块为了能够进行后期
27、的数据分析和系统分析，在程序中加入数据存储程序。数据存储模块提供频率和控制电压数据存储功能，能够将电机的频率数据和控制电压数据保存在一个TXT文档中，供波形再现或者系统数据分析处理，如图13。为数据添加序号数据写入程序写入地址图13数据存储模块PID控制模块PID控制模块（如图14）使用的是美国NI公司pid and fuzzy logic toolkit工具包的PID.vi，不仅可以在LabVIEW环境下通过友好的人机交互界面直观方便地进行控制器的设计，还能充分利用很多LabVIEW的强大功能7，特别是利用VISA串口读写功能同各仪器迅速地搭建所需的自动控制系统，进行仿真及实际应用。程序中通
28、过利用寄存器避免PID控制程序选择性停止时PID输出电压变为零而不利于后期数据处理的情况。目标频率电压输出子程序增益系数频率范围图14 PID控制模块5.试验与分析5.1试验操作在进行实际使用之前需进行PID参数整定，本设计采用先比例后积分最后微分的参数整定方式（具体过程因篇幅要求不做赘述），最终获得理想的PID参数：比例增益P=0.01、积分增益I=0.093、微分增益D=0.005。在试验操作之前，接通直流电源、脉冲发生器、电机驱动等硬件电路的电源，检查仪器间的数据连接是否正确，确定无误后打开LabVIEW运行主程序，点击升压按钮，当电压达到5.59V时点击“PID”按钮进行PID自行调节
29、，同时也点击“数据记录”，主程序自动将读取的电压与频率数据存TXT入文件中，此时程序自动运行，可观察频率与电压变化趋势。当操作结束后，点击“数据记录”与“PID”按钮退出数据记录与PID程序，按下降压按钮使电压降至0时退出程序。5.2结果分析以下图形数据采集采用延时为100ms，采集时长为0-1.5小时，使用LabVIEW进行数据采集，使用MATLAB进行数据分析并绘图。图形如下所示：图15 频率与控制电压趋势对比该图展示了同等时间下电压与频率的对应变化趋势，通过该图可以清晰的看见频率与电压的变化趋势：频率趋于稳定，电压先下降再趋于稳定。频率图中，频率在前端波动较大，进入中程后频率开始逐渐稳定
30、，直至到末端频率都很稳定，没有较大波动，整体趋势由不稳定逐变为稳定。电压图中，电压在频率达到目标值后开始出现下降趋势，到达中程后下降趋势减缓，此时频率也进入稳定期，到末端电压进入稳定期，变化幅度很小。图16斩光系统输出脉冲信号频率变化图17频率稳定系统PID输出的调节电压（第500次时不变为人工操作）对比以上两图，可知，在前期频率是不稳定的，并且此时伴随着电压的下降，到中后期频率逐渐稳定，此时电压仍有下降。从频率图可知，该系统已经达到控制目的-控制和稳定斩光盘频率在目标范围内（200.15-200.3Hz）且会随着时间更加稳定，会使雷达测量更加精确（如图20）。图18开端频率图19 开端电压对
31、比以上两图，可知，系统频率在开端频率波动范围在200-200.9，理想范围设置在200.15-200.3，因此没有达到理想控制效果。此时电压值也在无序波动，无规律可循。分析其原因：电压在频率过高或过低时并没有迅速的下降或者上升，而是不断的边抖动边下降，我们将PID关闭后，频率更加远离目标值，继而再次打开PID后发现电压下降没有抖动现象，考虑到仪器误差在这个精度值的影响我们得出，在差值不大的情况下，仪器的误差值对于PID程序的影响比较大，在PID控制输出与仪器误差混合后，会引起PID输出不断的回弹以确定此误差是因系统变化引起或仪器误差引起，因此而产生震荡。考虑到激光雷达的测量需要约半个小时时间的
32、稳定期，前期的震荡时间一般为十多分钟，因此前期震荡不影响雷达的工作。图20 中端频率图21 中端电压在中端，频率保持稳定，控制在目标范围内。电压出现缓慢下降趋势，此时结合开端趋势图不难发现频率从不稳定到稳定，电压变化速度从快到慢，结合PID程序逻辑不难得出：电机的特性发生了变化。此时电压下降了约0.12V，由电动机的电动势方程分析，电机运行一段时间后，其内部绕组温度上升，而根据物理学的理论，金属温度上升是其电阻率下降，则可知此时电机内部线圈电阻（即内阻）下降，使得在相同电压下电机频率上升，此时PID会根据变化降低电压，控制频率使其稳定。图22 末端频率图23 末端电压在尾端图形中我们发现，频率
33、依旧是稳定的，仍在设定目标范围内，但放大观察可见其频率一直处于震荡状态，而此时电压基本处于稳定状态，当频率超出范围时PID可根据计算，使电压很快回到目标范围，然后PID输出为直线，保持稳定，对比此时的频率变化我们不难得出：关闭输入信号（PID输出不变），被控对象仍有变化，因此系统中存在误差信号，这些误差信号包括仪器的测量误差、电子噪声对仪器的影响、操作人员的影响等。总结设计总结本方案实现了利用PID算法实现直流电机频率稳定的方法。以PID控制模块为控制核心，实现稳定直流电机频率的目的，为进一步研究和优化直流电机控制方法提供了基础。该系统达到设计要求，具有下列功能：(1)实时控制程序，在稳定状态
34、下PID程序的控制兼具快速性、稳定性和准确性；(2)可实时观察频率和控制电压变化趋势图，前后可描100位采集数据，便于操作人员对系统性能的观察；(3)可保存程序采集的实时数据，为后期的数据分析奠定基础，也为后续的改良提供了数据基础；(4)可实时设定目标频率值，具有灵活性。设计不足本设计达具备PID控制器快、准、稳的特点，但是还存在一些未解决的问题，主要有：在运行开始阶段电机性质不稳定，因温升带来的铜损（内阻）降低情况影响系统稳定性，使精确控制的难度增大；运行至中后程因系统因素造成的无规则噪声对控制程序有一定影响，这为更进一步的精确控制提升了难度。考虑到电机控制的高速、稳定、精确等方面的问题，对
35、于不断变化的系统特性可以加入PID参数的自改变程序来改良，以达到对于系统较大性质变化的适应；对于不稳定的系统误差可以通过改变仪器的使用方式和加入更先进的算法以改良，达到抑制系统误差因素的干扰。参考文献1王建辉, 顾树生. 自动控制原理M. 北京: 清华大学出版社,2005. 2李海涛, 邓樱. MATLAB程序设计教程M. 北京: 高等教育出版社,2002. 3William, J, Palm, 黄开枝. MATLAB7基础教程-面向工程应用M. 北京: 清华大学出版社,2007.4张重熊, 张思维. 虚拟仪器技术分析与设计M. 北京:电子工业出版社, 2012.5陈熙辉, 张银鴻. LabV
36、IEW8.2程序设计从入门到精通M. 北京:清华大学出版社, 2007. 6谢三毛. 基于 LabVIEW 的直流电机转速 PID控制系统设计J. 防爆电机, 2009, 44(4): 15-16 7李扬, 谢晖, 陈侃. 基于LabVIEW的 PID 控制系统设计与实现J. 中国测试技术, 2008, 34(3): 74-76 8宋智罡, 郁其祥, 王益明等. 基于LabVIEW的PID参数自适应模糊控制器设计J. 机械设计与制造, 2003(4): 11-139金志强, 包启亮. 一种基才LabVIEW的PID控制器设计的方法J. 微计算机信息, 2005, 21(6): 1-310陈东,
37、 姚成法. 基于LabVIEW步进 电机PID控制系统的设计J. 工业仪表与自动化装置, 2005(1): 48-49 11佚名. 电机PID自整定控制D. 中国矿业大学, 2012.12吕东阳, 王显军. 基于LabVIEW的电机转台数据采集及监控系统J. 测控技术, 2014, (4): 1-4 13瞿亮, 凌民, 蔡立军. 基于MATLAB的控制系统计算机仿真M. 北京:北京交通大学出版社 清华大学出版社, 2005.14张德丰. MATLAB数值分析与应用M. 北京:国防工业出版社, 2009.15白继平, 许德辉. 基于MATLAB下的PID仿真J. 中国航海, 2004, (4):
38、 77-8016方欣. 钠测温测风激光雷达的研制及重力波动量通量的探测D.中国科学技术大学,2012.17Chattopadhyay, Subrata,Roy, Ganesh,Panda, Mrutyunjaya. Simple Design of a PID Controller and Tuning of Its Parameters Using LabVIEW SoftwareJ. Sensors & Transducers,2011,1296:.18V. Silva,V. Carvalho,R. M. Vasconcelos,F. Soares. Remote PID Control
39、of a DC MotorJ. International Journal of Online Engineering,2007,33:.19MAXONCHINA.maxonmotorEB/OL.2015-4-18.20ITECH.ITECH ELECTRONICSEB/OL.2015-4-22. http:/www.itech.sh.21先锋科技.北京金先锋光电科技有限公司EB/OL.2015-4-18.22lql990832. 位置式和增量式PID控制EB/OL.2015-4-12. 致 谢本论文是在导师安徽农业大学张小龙老师、中国科学技术大学李陶老师和方欣老师的悉心指导和关怀下完成的，整
40、个论文从选题、构思、撰写到定稿无不渗透着老师们的点点心血，值此论文完成之际，谨向老师们致以崇高的敬意和真挚的感谢。他们严谨的治学风范、求实的工作作风、创新的学术思想、渊博的知识结构和丰富的实践经验，不仅使我在求学中受益匪浅，更是我今后工作学习的楷模。在论文形成初稿到最终定稿的过程中他们给我提了很多宝贵意见，使我的论文用词更加严谨、逻辑更加严密、主线更加明晰。同时也非常感谢中国科学技术大学的葛冰洁与其他学长学姐，最后还要感谢在学习中给予我热心帮助和支持的辅导员、同学。感谢我的亲人对我在大学学习的支持。Title: Design Of Ozone Lidar Multi-Channel Light
41、 Chopper Frequency Stability Control SystemAbstractAs the main pulse signal of the ozone LiDAR, the frequency of muti-channel chopper of ozone LiDAR plays an important role in syncing important components of the ozone LiDAR, so its stability directly affects the detection performance of the ozone Li
42、DAR. The main purpose of this paper is to design a reliable frequency stability control system for stabilizing the frequency of muti-channel chopper.The main content of this paper is divided into the following parts: the first part, including a comprehensive overview and control principle of PID, ma
43、inly introduces the origin,development history of PID controller and its principle & algorithm. The next part, including the main design work and research results, mainly introduces the hardware and software design and simulation & analysis and finally PID control module as the control core, realize
44、d the stability of DC motor frequency.This paper provides a basis for further research and optimization of DC motor control method and it has certain scalability, such as self-change parameters algorithm, noise suppression algorithm, optimization speed adjustment algorithm to improve speed stability and responsiveness.Providing a certain practical significance for the study of control method of DC motorKey words:Ozone Lidar LabVIEW DC Motor PID Controller MATLAB