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LabVIEW RT 在高速控制系统中的应用 苏海龙 沈阳东北大学国家重点实验室 110004 简介 在冶金行业中 热连轧技术得到广泛地应用 具体工作过程是将钢坯加热到 1200 ~1600 然后 进行保温 经过规定时间后进行初轧 精轧 再冷却或淬火等处理 使钢材的组织性能达到特定的工艺要 求 如普炭钢 船板钢 超级钢等 但一种新钢种的生产工艺确定之前 必须以小的试样在一种模拟机上 做大量的实验 以免造成浪费 以往这种实验机都是进口 而且价格昂贵 因为这种实验机对控制系统要 求非常苛刻 即有一个周期为2ms 的PID 控制闭环 一个周期为10msPID 控制闭环 同时在2ms 的PID 闭 环运行的过程中 大量的数据需要记录和存储 以便实验后分析处理 此外还有复杂的逻辑控制 使用常 规的控制手段和设备难以达到要求 要选用一种既能高速 高精度PID 控制 又能高速 大量数据采集的 软件和硬件 因此我们选用了NI 公司的软件和硬件 即LabVIEW RT 和PXI 嵌入式控制器因为该软件和硬 件完美的结合在精度和速度上完全能达到上述要求 控制系统的硬件结构及功能 1 系统结构 根据对被控对象的控制精度 速度 点数等要求来确定控制系统的硬件结构 HostPC 机主要完成编程器 人机交互界面 数据分析及处理等功能 PXI-8156B 通过PXI6052E 完成数据采集及数据存储 用PXI6070E 完成PID 控制 利用两块PXI-6508 实现逻辑控制 该控制系统结构如图1 示 Host PC PXI-8156B 嵌入式控制器 背板总线 PXI-6070 PXI-6070 PXI-6052 PXI-6508 PXI-6508 采集及 PID 采集及 PID 数据采集 DI DO 该系统的工作原理是 利用两块PXI6070E 分别做温度控制和位移控制 温度设定值与热电偶的反馈值的差 经过PID 计算后输出控制可控硅输出电压的高低 使试样被加热到规定的温度并保温一定时间后 等待变 形 位移设定值与反馈值的差经PID 计算后输出控制超高响应伺服阀的开口度 使液压缸推动锤头高速打 击试样 使其发生形变 利用PXI6052E 记录下变形过程中试样的横向应变 纵向应变 所受力的变化 变 形过程的温度 液压缸的位移等参数 以便分析材料的组织性能 两块PXI6508 板用于逻辑控制 在手动 时 尽管逻辑控制循环周期较长 为100ms 但被控量和检测点较多而且逻辑关系很复杂 DI56 点 DO64 点 控制加热变压器 液压站的油泵 油冷却泵 真空泵 真空阀 淬火阀 气泵 电磁阀 电控气动阀 面板指示灯 报警蜂鸣器等 此时对数据采集率要求较低 只是作为仪表显示功能 作为操作者控制温度 和液压缸的反馈 因此控制速度较低 手动逻辑控制的部分程序见图2 控制算法 控制算法为积分分离式PID 主要利用LabVIEWRT 提供的PID 算法控件 引入逻辑判断功能来 限制积分项起作用 这样不仅可以减少超调量 还可以取得积分校正的预期效果 即在T 前乘一个系数K i L 当∣E(i) ∣ A 时 K = 1 当∣E(i) ∣A 时 K = 0 A 为预先设置的门限值 L L 温度偏差 E(i)=SP(i)-PV(i) SP(i)为温度设定值 set point PV(i)为从热电偶检测到的温度反馈值 其中SP(i)的值也是利用LabVIEW提供的斜坡发生函数根据工艺要求产生的温度设定值数组 在位移控制过程中 分为位移模式 力模式和真应变等控制模式 不同的控制模式就是以不同被测量为反 馈值作PID 控制 2 ′ h0 +∆X 应力 σ 4Fl /(πl D ) 消除机械偏差后的位移值 ∆X ∆h +∆X + −h 0 0