基于LabVIEW与PLC通信的系统辨识.pdf

、 l 匐 地 基于L a b V I E W与P L C 通信的系统辨识 LabVl EW and PLC com m uni cat i on appl i ed i n s y st em i dent i 仍cat j on 鄢华林，祁圣民，李亚南，张鹏 Y AN Hu a ． 1 i n ，QI Sh e n g ． rai n ，Ll Y a - n a n，ZH ANG Pe n g 江苏科技大学，镇江 2 1 2 0 0 3 摘 要利用L a b VlE W与P L O 通信，对被控对象进行相关数据的采集与模型的辨识，构建一个原理简 单方便实用的辨识系统，该辨识系统的硬件 电路就是控制系统本身 ，不需额外的搭建新的辨 识系统硬件电路，并以直流电机为例 ，通过实验与仿真对比，验证该辨识系统获得模型的准 确性。该辨识系统可以为控制系统的算法研究及控制方案的设计提供有力的支持。 关键词L a b V lE W；P L C ；系统辨识 ；直流电机控制 中图分类号 T N 9 1 1 ． 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 4 0 6 下 -0 0 7 7 0 3 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 0 6 下 ． 2 1 0 引言 随着科 学技 术的发展 ，各学科 的研 究方法趋 于 定量 化 ， 因此对 于 系统 尤其 是 复 杂 系统 的设 计 、分析 、实验 ，需要建立数 学模型 。数 学模型 的建立从根本上讲 可分 为两 类 机理分析法和试 验统计法 。前者是按照系统所遵循的物化 或经 济 、社会 等规律分析推导 出的模型 。后则是从 实 际系统 的运 行和实验数 据处理获得模型 ，这便 是 系统辨 识问题 。利用机理分析法对技术人 员的 理论要 求较 高，工作强度较大 ，费时费力且对于 复杂的系统 直接从机理分析法下手有时难 以直接 得 出系统 的数 学模型 ，这时 系统辨识便体现 出了 它的优越性。 系统辨识 的方法 有很 多，本文从简单实 用的 角度 出发 ，选用经典的非参数辨识方法 ，并 使用 离线辨识的方 法在P L C与L a b VI E W通信的基 础上 构建辨识 系统。此辨识 系统对于以P L C为控制核心 的控制系统进行辨识时使用方便 。 1 辨识系统的组成及工作原理 1 ． 1直流电机控制系统的构成 控制系统 由1 台计算机 、1 台直流电机、1 个编 码器、1 台功率放大器、1 三菱F X2 N P L C、D ／ A 模块 、1 H C高速计数模块组成，如图1 所示 。 L a b VI E W 以MXC o mp o n e n t 为 基 础 ，通 过RS 一 2 3 2 实现P C与P L C的通信，将处理过 后的信号经过 D ／ A模块进行数模转换后通过功率放大器将电压信 号传给直流 电机 ，电机 的转速通过编码器反馈给 图1 直流 电机控制 系统简 图 P L C，P I D参数 的整定在L a b V I E W上进行 ，P L C中 的1 HC模块接受到的编码器反馈信号通过RS - 2 3 2 传输给L a b VI E W，通过L a b VI E W的前面板可以将 电机的转动情况 曲线实时反映 出来 。L a b VI E W与 P L C 通信的直流电机控制流程 图如图2 所示 图2 直流电机控制 系统流程 图 1 ． 2 辨识系统的设计 搭建 好直流电机的硬 件控制线路后需要编写 相关程序 实现辨识 系统 的数据采集 与模型辨识 。 主要工作流程如图3 所示 。 操作器的操作使得 系统在负载下稳定运行一 段 时间后，利用阶跃 信号发生器产 生阶跃信号 ， 利用数 据采集系统 同时记录下输入 与输 出变化的 曲线以及相关的数据 ，然后通过软件编程获得传 递函数 。 收稿日期2 0 1 3 -1 2 - 3 1 作者简介鄢华林 1 9 5 7一 ，男，江西高安人，教授，硕士生导师，研究方向为电液伺服控制和海洋装备。 第3 6 卷第6 期2 0 1 4 0 6 下 [ 7 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 匐 化 为了获得较为准确 的数 学模型 ，要在相 同的 情 况下多次实验 ，以消除随机干扰信号 的影 响。 这里以实验室的直流 电机 为例 ，经过 多次 测量 后 可得电机的模型为 ‘ l 2 实验验证 为 了进一步验证 获得模型的准确性 ，我们需 要用实验 来验证 。这里用MAT L A B软件搭建控制 系统的控制模型并进行仿 真，并将仿真 曲线与实 际测得 曲线进行对 比。MAT L A B仿真 曲线与电机 的实际控制 曲线分别如图1 0 、图1 1 N 示 。 图 1 0 MATLAB仿 真 曲 线 从两图对比可 以看出，仿真曲线与电机的实测 曲线基本是一致的，即基于L a b VI E W与P L C 通信的 辨识系统获得的系统模型精度可以满足实际需要。 3 结束语 L a b VI E W易于识 别的G语 言图形符号避开 了 繁琐 的编程 语法，其 优秀的可视化界面方便 了用 图1 1 电机实 测曲线 户的使用口 】 。三菱F X2 NP L C具有性价比高 、稳定 性好的优点，将P L C与L a b V I E W进行通信来控制 被控对象使两者各显所长，本辨识 系统 的优点是 不需要额外的搭建硬 件电路 ，而且稍作修改便可 应用在其他P L C 控制电路中，柔性好、使用方便、 原 理 简单 ，为控 制 系统 的设计 与 优化 打下 了基 础，具有很好的应用价值。 参考文献 【 1 】 岂兴 明， 田京 京， 夏 宁． L a b VI E W入 门与实 践开 发1 0 0 例 [ 】 ． 北京 电子工业出版社， 2 0 1 1 7 6 8 5 ． 【 2 】曲丽荣， 胡荣， 范寿康．L a b VI E W、MA T L A B及其混合编 程技术【 M】 ． 北京 机械工业 出版社， 2 0 1 1 1 8 4 2 0 4 ． 【 3 】史 国生． 电气控制 与可编程控制 器技 术【 M】 ． 北京 化 学工 业 出版社， 2 0 0 8 2 7 8 2 8 4 ． [ 4 ]4 张崇 智． P C与三菱F X2 N型P L C串 口通信 的实现【 J 】 ． 机 床 电器2 0 0 5 0 3 [ 5 】杨 久红， 王小增 MS Co mm控 件实现P C与P L C串行通 讯 【 J 】 ． 现代 电子技术2 0 0 5 0 5 [ 6 】刘兴堂 现代辨识工程I M] ． 北京 国防工业出版社， 2 0 0 6 9 1 3 ． 【 7 】潘立登 潘仰东 辨识 系统与建模【 M】 ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 4 1 - 2 3 ． 重‘ 蠢● {盘‘ 蠡I {＆‘ 矗‘ {＆● 岛‘ {矗 {盘‘ j岛‘ {矗‘ ． I ．{赢‘ {矗● {矗‘ 蠡‘ {岛I {矗‘ 如‘ 蠡● {重‘ 重‘ 矗● 【 上接第7 2 页】 的的齿形参数 齿数选择5 0 0 - 5 5 0 齿 ，锯齿前角 取- 5 。 ～ O 。 ，齿顶角选择5 0 。 5 2 。 齿根圆取l mm。 3 在同等受力情况下 ，鼠牙齿形应力表现 比 等腰三 角齿 形更好 ，为锯片齿形的设计和锯片的 使用提供了很好的理论依据。 参考文献 【 1 】王 廷溥． 轧钢工艺 学【 M] ． 北 京 冶金工 业 出版社， 1 9 8 l ， 9 3 98 ． [ 2 】臧 勇， 邹家祥 ． 金属热锯 机锯齿应 力分 析【 J 】 ． 重型机 械， 1 9 8 8 ， 1 0 1 4 6 5 0 ． [ 4 】刘培 锷． 运动参数对圆锯锯切过程 的影 响f J 】 ． 重型机 械， 1 9 9 0 3 4 2 4 7 ． 【 5 】林学杰． 圆锯机锯切金属过程力能参数计算研究[ D】 ． 长 沙 中南大学， 2 0 1 2 ． [ 6 】A． G． Ma ma l i s ． R． S c h u l z e a n d H． K． To n s h o f , T h e s l o t ti n g o f b l o c k s o f h ard wo wi t h a d i a mo n d s e g me n d c i r c u l a r s a w b l a d e ． I n d u s t r i a l D i am o n d R e v i e w． 1 9 7 9 3 9 3 5 6 3 6 5 ． 【 7 ]S e g me n t s C ． Y． Wa n g ， R． C l a u s e n． Ma r b l e c u t t i n g wi t h s i n g l e p o i n t c u t ti n g t o o l a n d d i am o n d ． I n t e rn a t i o n a l J o u ma l o f Ma c h i n e T o l l s Ma n u f a c t u r e ， 2 0 0 2 4 2 1 045 - 1 0 5 4 ． 第3 6 卷第6 期2 0 1 4 0 6 下 [ 7 0 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m