文档介绍：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LabVIEW RT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 Ti 前乘一个系数 KL
当∣ E(i)∣ A 时 KL= 1 当∣ E(i)∣>A 时 KL= 0 A 为预先设置的门限值
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