实验二十八 光电传感器控制电机转速实验
一、实验目的：了解光电传感器(光电断续器—光耦)的应用。学会智能调节器的使用。 二、基础原理：利用光电传感器检测到的转速频率信号经F/V转换后作为转速的反馈信号，
该反馈信号与智能人工调节仪的转速设定比较后进行数字PID运算，调节电压驱动器改变直流电机电枢电压，使电机转速趋近设定转速(设定值：400转／分～2200转／分)。转速控制原理框图如图28—1所示。
图28-1 转速控制原理框图
三、需用器件与单元：主机箱中的智能调节器单元、+5V直流稳压电源；转动源、光电
转速传感器—光电断续器(已装在转动源上)。
附：智能调节器简介：
(一)、概述:
主机箱中所装的调节仪表为人工智能工业调节仪，仪表由单片机控制，具有热电阻、热电偶、电压、电流、频率TTL电平等多种信号自由输入(通过输入规格设置)，手动自动切换，主控方式在传统PID控制算法基础上，结合模糊控制理论创建了新的人工智能调节PID控制算法，在各种不同的系统上，经仪表自整定的参数大多数能得到满意的控制效果，具有无超调，抗扰动性强等特点。
此外仪表还具有良好的人机界面，仪表能根据设置自动屏蔽不相应的参数项，使用户更觉简洁易接受。 (二)、主要技术指标：
1、 基本误差： ≤±0.5%F.S±1个字，±0.3%F.S±1个字 2 、冷端补偿误差： ≤±2.0℃ 3 、采样周期： 0.5秒
4 、控制周期： 继电器输出与阀位控制时的控制周期为2～120秒可调，其它为2秒。
5 、报警输出回差（不灵敏区）： 0.5或5
6 、继电器触点输出： AC250V/7A（阻性负载）或AC250V/0.3A(感性负载)
7 、驱动可控硅脉冲输出：幅度≥3V，宽度≥50μS的过零或移相触发脉冲（共阴） 8 、驱动固态继电器信号输出：驱动电流≥15mA，电压≥9V
9 、连续PID调节模拟量输出： 0～10mA(负载500±200Ω), 4～20mA(负载250±100Ω),或 0～5V(负载≥100kΩ), 1～5V(负载≥100kΩ)
10 、电源： AC90V～242V（开关电源）, 50/60Hz，或其它特殊定货
11 、工作环境： 温度0～50.0℃,相对湿度不大于85%的无腐蚀性气体及无强电磁干扰的场所
(三)、调节器面板说明：
面板上有PV测量显示窗、SV给定显示窗、4个指示灯窗和4个按键组成。如图28-2所示。
图28-2调节仪面板图
面板中 1、PV--测量值显示窗 2、SV--给定值显示窗 3、AT--自整定灯
4、ALM1--AL1动作时点亮对应的灯 5、ALM2--手动指示灯(兼程序运行指示灯) 6、OUT--调节控制输出指示灯 7、SET--功能键
8、?--数据移位(兼手动／自动切换及参数设置进入) 9、▼--数据减少键(兼程序运行／暂停操作) 10、▲--数据增加键(兼程序复位操作)
(四)、参数代码及符号（仪表根据设置只开放表中相对应的参数项） 序 号 符 号 名 称 说 明 0 SP 给定值 1 2 3 4 5 6 取 值 范 围 出厂值 仪表量50.0 程范围 AL-1 第一 测量值大于AL-1值时仪表将产生上限报警。测量 同上; 0.0 报警 值小于ALM1(固定0.5)值时，仪表将解除上限 报警。 Pb 传 感 当测量传感器引起误差时，可以用此值修正 器 误 0～±20.0 0.0 差修正 P 速率 P值类似常规PID调节器的比例带,但变化相 参数 反,P值越大,比例、微分的作用成正比增强, P值1～9999 100 越小,比例、微分的作用相应减弱,P参数值与积分作用无关。 设置P=0仪表转为二位式控制。 I 保持 I参数值主要决定调节算法中的积分作用,与常 参 数 规PID算法中的积分时间类同,I值越小,系统积分0～3000 500 作用越强,I值越大,积分作用越弱。设置I=0时，系统取消积分作用,仪表成为一个PD调节器。 d 滞后 D参数对控制的比例、积分、微分均起影响作用,D 时 间 越小,则比例和积分作用均成正比增强;反之,D越 大,则比例和积分作用均减弱,而微分作用相对增0～2000S 100S 强。此外D还影响超调抑制功能的发挥,其设置对控制效果影响很大。 FILT 滤波为仪表一阶滞后滤波系数，其值越大，抗瞬间干扰 系 数 性能越强，但响应速度越滞后，对压力、流量控制0～99 20 其值应较小，对温度、液位控制应相对较大。 dp 小数点位置 当仪表为电压或电流输入时，其显示上限、显示下 限、小数点位置及单位均可由厂家或用户自由设 定，其中当dp=0时小数点在个位不显示，当dp=1～0～3 3时，小数点依次在十位、百位、千位。 当仪表为热电偶或热电阻输入时, 当dp=0时小数点在个位不显示，当dp=1时，小数点在十位。 outL～200 0或1 或按需求定 按需求定 7 8 9 outH 输出当仪表控制为电压或电流输出（如控制阀位时），上 限 仪表具有最小输出和最大输出限制功能。 outL 输出下 限 自整定状态 同上 0: 关闭; 1:启动 0～outH 按需求定 0～1 0～50 0 0 按需求定 10 AT 11 LocK 密码锁 12 Sn 为0时，允许修改所有参数，为1时，只允许修改给定值（SP），大于1时，禁止修改所有参数 输入Cu50 –50.0～150.0℃；Pt100(Pt1) –199.9～分度号 方 式 200.0℃； Pt100 (Pt2)–199.9～600.0℃；K -30.0～1300℃； E -30.0～700.0℃ ； J -30.0～900.0℃； T -199.9～400.0℃； S -30～1600℃； R -30.0～1700.0℃； WR25 -30.0～2300.0℃ ； N -30.0～1200.0℃ ； 0～50MV ； 10～50MV； 0～5V(0～10mA) ； 1～5V(4～20mA) ； 频率 f； 转速 u 13 OP-A 主控‘0’无输出； ‘1’继电器输出；‘2’固态继电0～7 输出器输出； ‘3’过零触发； ‘4’移相触发； 方 式 ‘5’0～10mA或0～5V； ‘6’4～20mA或1～5V；‘7’阀位控制 14 OP-B 副控‘0’无输出；‘1’RS232或RS485通讯信号； 输出 方 式 15 ALP 报警方 式 0～4 ‘0’无报警； ‘1’上限报警； 0～10 ‘2’下限报警； ‘3’上下限报警（注①） ‘4’正偏差报警； ‘5’负偏差报警； ‘6’正负偏差报警（注①） ‘7’区间外报警； ‘8’区间内报警 ‘9’ 上上限报警（注①） ‘10’ 下下限报警（注①） 0～1 16 COOL 正反控 0:反向控制,如加热; 1:正向控制,如制冷 制选 择 0 按需求定 17 当仪表为热电偶或热电阻输入时, 显示上限、显P-SL～P-SH 显示示下限决定了仪表的给定值、报警值的设置范围,9999 上 限 但不影响显示范围。 当仪表为电压、电流输入时，其显示上限、显示下限决定了仪表的显示范围,其值和单位均可由厂家或用户自由决定。 18 P-SL 显示 同上 下 限 19 Addr 通讯仪表在集中控制系统中的编号 地 址 20 bAud 通讯波1200； 2400； 4800； 9600 特 率 -1999～P-SH 0～63 按需求定 1 9600
(五)、参数及状态设置方法： 1、第一设置区
上电后，按SET键约3秒，仪表进入第一设置区，仪表将按参数代码1～20依次在上显示窗显示参数符号，下显示窗显示其参数值，此时分别按、▼、▲三键可调整参数值，长按▼或▲可快速加或减, 调好后按SET键确认保存数据，转到下一参数继续调完为止,长按 SET将快捷退出, 也可按SET + 直接退出。如设置中途间隔10秒未操作，仪表将自动保存
数据，退出设置状态。
仪表第11项参数LoCK为密码锁，为0时允许修改所有参数，为1时只允许修改第二设置区的给定值“SP”，大于1时禁止修改所有参数。用户禁止将此参数设置为大于50, 否则将有可能进入厂家测试状态。 2、第二设置区
上电后，按▲键约3秒，仪表进入第二设置区，此时可按上述方法修改设定值“SP”。 3、手动调节：上电后，按键约3秒进入手动调整状态，下排第一字显示“H”，此时可设置输出功率的百分比; 再按键约3秒退出手动调整状态。
当仪表控制对象为阀门时，手动值>50为正转，否则为反转，输出的占空比固定为100%。 4、在常规运行时，上显示窗显示测量值，下显示窗显示设定值SV，按▼键，下显示窗能切换成显示主控输出值，此时第1数码管显示“F”，后三位显示0～100的输出值。 (六)、自整定方法：
仪表首次在系统上使用，或者环境发生变化,发现仪表控制性能变差，则需要对仪表的某些参数如P、I、D等数据进行整定，省去过去由人工逐渐摸索调整，且难以达到理想效果的繁琐工作，具体时间根据工况长短不一，以温度控制（反向）为例，方法如下：
首先设置好给定值后将自整定参数AT设置为1，A-M灯开始闪烁，仪表进入自整定状态，此时仪表为两位式控制方式，仪表经过三次震荡后，自动保存整定的P、I、D参数,A-M灯熄灭,自整定过程全部结束。
注：①一旦自整定开启后，仪表将禁止改变设定值。
②仪表整定时中途断电，因仪表有记忆功能，下次上电会重新开始自整定。
③自整定中，如需要人为退出，将自整定参数AT设置为0即可退出，但整定结果无效。 ④按正确方法整定出的参数适合大多数系统，但遇到极少数特殊情况控制不够理想时，可适当微调P、I、D的值。人工调节时,注意观查系统响应曲线, 如果是短周期振荡(与自整定或位式控制时振荡周期相当或约长), 可减小P(优先), 加大I及D; 如果是长周期振荡(数倍于位式控制时振荡周期), 可加大I(优先), 加大P、D; 如果是无振荡而有静差,可减小I(优先),加大P; 如果是最后能稳定控制但时间太长,可减小D(优先), 加大P, 减小I。调试时还可采用逐试法,即将P、I、D参数之一增加或减少30-50%,如果控制效果变好,则继续增加或减少该参数,否则往反方向调整,直到效果满意为止,一班先修改P, 其次为I, 还不理想则最后修改D参数。修改这三项参数时, 应兼顾过冲与控制精度两项指标。
输出控制阀门时，因打开或关闭周期太长，如自整定结果不理想，则需在出厂值基础上