ＩＳＳＮ１６７２－４３０５ＣＮ１２－１３５２ Ｎ

实　 　 验　 　 室　 　 科　 　 学

ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ　 ＳＣＩＥＮＣＥ第 ２１ 卷　 第 ６ 期　 ２０１８ 年 １２ 月

Ｖｏｌ1049008 ２１　 Ｎｏ1049008 ６ 　 Ｄｅｃ1049008 ２０１８

虚实结合的直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验设计

朱琴跃 王　 晨 范清雯 赵亚辉（同济大学 电子与信息工程学院 上海　 ２０１８０４）

摘　 要 为进一步提高电路 电子与自动控制等相关实验的精度 拓展实验的创新性和可操

作性 改善实验的可视化效果 在传统直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验的基础上 结合 ＮＩ ＥＬＶＩＳ平台 设计了以虚拟仪器为核心的数据采集和 ＰＩＤ 调速控制实验 基于 ＥＬＶＩＳ 原型实验板和

ＬａｂＶＩＥＷ 开发软件完成了直流电机转速控制系统的软硬件设计 通过虚实结合的方式 利用

仿真和实验测试结果验证了所设计实验环节的准确与可靠 同时分析了实验结果的误差来源与传统的仿真实验相比 虚实结合的实验更具有创新性和实践性 调动了学生的学习兴趣提高了动手能力关键词 ＥＬＶＩＳ 虚拟仪器 直流电机 ＰＩＤ 控制

中图分类号ＴＭ ９３０　 　 文献标识码Ａ　 　 ｄｏｉ１０３９６９ ｊｉｓｓｎ１６７２－４３０５２０１８０６００４

Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＰＩＤ ｒｏｔａｔｅ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｆｏｒ ＤＣｍｏｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ

ＺＨＵ Ｑｉｎ－ｙｕｅ ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎ ＦＡＮ Ｑｉｎｇ－ｗｅｎ ＺＨＡＯ Ｙａ－ｈｕｉ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４ Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌ ｅｘｐａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｈｅ ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ＰＩＤ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ＰＩＤ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｈｅ ｎｅｗ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ＮＩ ＥＬＶＩＳ ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｓｐｅｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＬＶＩＳ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｂｏａｒｄ ａｎｄ ＬａｂＶＩＥＷＴｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ａｎｄ ｒｅａｌｉｔｙ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｒｅ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｅｓｔｓ Ａｎｄ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｓｏｕｒｃｅ ｗａｓ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ Ｔｈｅｎｅｗ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｖｉｒｔｕａｌ ａｎｄ ｒｅａｌｉｔｙ ｉｓ ｍｏｒｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｍｏｂｉｌｉｚｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓrsquo ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｉｎ ｌｅａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅｉｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ａｂｉｌｉｔｙＫｅｙ ｗｏｒｄｓ ＥＬＶＩＳ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　　

　　

　　

　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　

　　

　　

基金项目同济大学 ２０１７－２０１８ 教学改革研究项目（项目

编号０８００１０４２２１）同济大学第 １２ 期实验教改

项目（项目编号０８００１０４２１６）通讯作者王晨（１９９５－）女天津人硕士研究生研究方

向为电力电子变流技术

　 　 随着实验仪器朝着数字化自动化方向发展虚拟仪器越来越多地应用于各种实验的设计与开发之

中 与传统的实验装置相比虚拟仪器集合了模拟

电路数字电路自动控制原理等各个课程所需的实

验平台且实验精度更高更具有创新性实践

性［１ －２ ］ 基于虚拟仪器学生也可以独立设计出各

种各样的扩展实验其简洁的实验装置与友好的操

作界面也节省了大量的时间ＮＩ ＥＬＶＩＳ Ⅱ平台使用以 ＬａｂＶＩＥＷ 为基础的软

件工具及专门设计的工作区和模型板具有一系列

常见实验室仪器所具有的功能如函数信号发生

器示波器数字万用表等等整套仪器能够提供实

验所需要的全部测试测量和数据采集需求［３ －４ ］为此本文利用 ＮＩ 公司的 ＥＬＶＩＳ Ⅱ实验平台并结

合 ＬａｂＶＩＥＷ 软件设计了直流电机 ＰＩＤ 转速控制实

验系统通过调节 ＰＩＤ 参数及期望输出的转速对电

机实物进行控制同时可以在前面板上观察到电机

旋转过程中产生的脉冲波形虚实结合实现对电机

转速的控制

１　 ＥＬＶＩＳ 简介

虚拟仪器是基于计算机的仪器 计算机和仪器

的紧密结合是目前仪器发展的一个重要方向 ＥＬＶＩＳ 是 ＮＩ 公司开发的将软件和硬件结合在一起的

一套完整的实验室设备包含模块化的教学实验室

虚拟仪器套件主要用于高等院校实践教学环节一个典型的 ＥＬＶＩＳ 系统如图 １ 所示

１－笔记本电脑　 　 　 ２－ＵＳＢ 数据线　 　 　 ３－ ＮＩ ＥＬＶＩＳ Ⅱ工作台

４－ ＮＩ ＥＬＶＩＳ Ⅱ系列原型板　 　 　 ５－ ＡＣ ＤＣ 电源　 　 ６－电源插座

图 １　 典型的 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 系统组成示意

　 　 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 系统集成了 １２ 种实验室最常见的仪

器包括示波器数字万用表函数发生器各种电源

和波特分析仪等可以通过 ＵＳＢ 的即插即用功能将

ＰＣ 机连接到各种测量终端并可在可拆卸的原型板

上搭建电路 同时结合 ＬａｂＶＩＥＷ 图形化系统设计

软件 ＥＬＶＩＳ 能够发挥虚拟仪器技术的灵活性及自

定义功能可应用于电路设计仪器控制无线通信嵌入式 ＭＣＵ 等诸多领域的教学［ ５ ］

２ 　 实验设计思路

直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验的设计目的是测

量电机的实际转速并与给定值进行比较然后利用

ＰＩＤ 的控制方法对转速进行控制从而达到期望目

标值［ ６］ 本实验硬件部分主要包括直流电机和转

速传感器两部分其中转速传感器采用光电传感器发射器的光对准接收器当光束被挡住时传感器的

输出电平产生变化通过脉冲计数来实现转速的实

时测量 软件部分则基于 ＬａｂＶＩＥＷ 进行设计实现

对传感器输出脉冲的采集和对电机转速的 ＰＩＤ 控

制 本实验可实现以下功能（１）实时显示从转速传感器两端采集到的脉冲

波形（２）实时显示电机的实际转速给定转速以及

ＰＩＤ 调节后输出电压的波形（３）根据所用电机的实际情况设定调节电压的

范围并可设定电机的期望转速值（４）可手工设置并改变 ＰＩＤ 参数以调节电机

达到稳定转速的时间及超调量

３　 基于 ＥＬＶＩＳ 的实验设计过程

３１　 ＰＩＤ 控制算法的建模

ＰＩＤ 调节即比例积分微分控制这种调节器

是将设定值与输出值进行比较通过比较得到的偏

差值来进行比例积分和微分的控制［ ７ ］ 它不仅用

途广泛使用灵活而且使用中只需设定三个参数

ＫｐＴｉＴｄ 一般的ＰＩＤ 调节的控制规律［ ８ ］为

ｕ（ ｔ） ＝ Ｋｐ［ｅ（ ｔ） ＋ １

Ｔｉintｔ

０

ｅ（ ｔ）ｄｔ

＋ Ｔｄｄｅ（ ｔ）ｄｔ

］ （１）

其中 Ｋｐ 为放大系数 Ｔｉ 为积分时间常数 Ｔｄ 为微分

时间常数 对式（１）进行拉普拉斯变换可知 ＰＩＤ调节器传递函数为

Ｄ（ ｓ） ＝ ｕ（ ｓ）ｅ（ ｓ）

＝ Ｋｐ（１ ＋ １Ｔｉｓ

＋ Ｔｄｓ） （２）

ＰＩＤ 调节器各校正环节的作用是（１）比例环节即时成比例地反映控制系统的

偏差信号 ｅ（ ｔ） 偏差一旦产生调节器立即产生控

制作用以减少偏差（２）积分环节主要用于消除静差提高系统的

无差度 积分作用的强弱取决于积分时间常数 Ｔｉ

６１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

朱琴跃等虚实结合的直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验设计

Ｔｉ 越大积分作用越弱反之则越强（３）微分环节能反映偏差信号的变化趋势（变

化速率）并能在偏差信号的值变得太大之前在系

统中引入一个有效的早期修正信号从而加快系统

的动作速度减少调节时间如图 ２ 所示是一个小功率直流电机的调速原理

图 给定速度 ｎ０（ ｔ） 与实际转速 ｎ（ ｔ） 进行比较其差值 ｅ（ ｔ） ＝ ｎ０（ ｔ） － ｎ（ ｔ） 经过 ＰＩＤ 控制器调整后输

出电压控制信号 ｕ（ ｔ） ｕ（ ｔ） 驱动直流电动机改变

其转速［７］即调压调速

图 ２　 直流电机调速原理图

综上可得 ＰＩＤ 控制的直流调速系统控制结构

如图 ３ 所示

图 ３　 ＰＩＤ 直流调速系统控制结构图

　 　 根据式（２）可知 Ｋ ｉ ＝Ｋｐ

ＴｉＫｄ ＝ ＫｐＴｄ 通过确定

相应的 ＫＰＫ ｉＫｄ 参数即可对被控对象进行 ＰＩＤ控制

由于计算机控制采用离散的数字采样与控制方

式故控制过程中只能根据当前时刻的采样值来计

算相应的控制量［ ９ － １１ ］ 假设采样周期为 Ｔ则根据

式（１）可得第 ｉ 时刻 ＰＩＤ 控制器的输出信号采样

值为

ｕｉ ＝ Ｋｐ［ｅｉ ＋ＴＴｉsum

ｉ

ｊ ＝ ０ｅｊ ＋

Ｔｄ

Ｔ（ｅｉ － ｅｉ －１）］ （３）

若系统采样该时刻及之前每一时刻的转速可得出相应的转速偏差再据此调节直流电机的电压

从而调节转速 由式（３）可得任意两相邻时刻 ＰＩＤ控制器的输出增量为

　 　 Δｕ ＝ ｕｉ － ｕｉ －１ ＝ Ｋｐ［ｅｉ － ｅｉ －１ ＋ ＴＴｉｅｉ ＋

Ｔｄ

Ｔ（ｅｉ － ２ｅｉ －１ ＋ ｅｉ －２）］ （４）

　 　 显然由于计算机只输出电压增量故其误动作

影响小 同时在 ｉ 时刻的输出 ｕｉ 只需用到此时刻的

偏差 ｅｉ 以及前两个相邻时刻的偏差 ｅｉ－１ ｅｉ－２ 控制

量冲击小能够较平滑地调节转速３２ 　 硬件电路设计

在 ＥＬＶＩＳ 原型板上搭建实际电路直流电机选

用 ＧＡ１２－Ｎ２０ 型号的微型直流齿轮低速电机额定

电压 １２Ｖ额定转速为 １０００ｒ ｍｉｎ在面包板上按照

下述步骤连接电路（１）启用 ＮＩ ＥＬＶＩＳｍｘ 中可调电压源（Ｖａｒｉａｂｌｅ

Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ）电机正极连接原型板【ＳＵＰＰＬＹ＋】端利用可调电压源为电机供电负极连接原型板

【ＧＲＯＵＮＤ】端接地（２）转速传感器 ＶＣＣ 端连接原型板【 ＋５Ｖ】端

利用原型板 ５Ｖ 电压源为其供电转速传感器的

ＧＮＤ 端连接原型板【ＧＲＯＵＮＤ】端接地转速传感器

ＤＯ 端连接原型板左上方的【ＡＩ７＋】通过 ＡＩ７ 端口

将传感器的输出脉冲输入到 ＬａｂＶＩＥＷ 软件的 ＤＡＱ助手中进行脉冲采集 【 ＡＩ７ －】 端连接原型板

【ＧＲＯＵＮＤ】端接地观察到红绿灯亮起说明该模

块成功通电（３）将一不透光物体放入转速传感器的凹槽

中若观察到绿灯熄灭则该模块可正常使用随后

将一带有小孔的不透光圆盘套在电机转轴上光束

每穿过一次小孔进行一次计数实时采集脉冲波形

并计算转速根据上述步骤搭建好的实际电路如图 ４ 所示

７１

图 ４　 基于 ＥＬＶＩＳ 原型板搭建的实际电路

３３　 软件设计

ＥＬＶＩＳ 系统的开发软件即为 ＬａｂＶＩＥＷ 本实验

系统的软件设计主要包括前面板设计转速实时测

量模块电机转速 ＰＩＤ 控制模块设计等［ １２ ］相应的

基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的程序结构如图 ５ 所示

图 ５　 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的程序结构

３３１　 电机转速测量

直流电机的测速程序如图 ６ 所示主要分为以

下两部分

（１）实时采集反映转速的脉冲信号通过 ＤＡＱ助手采集转速传感器输出的脉冲波形并让其显示于

前面板（２）电机转速的计算通过采样周期的换算将

脉冲信号转换为转速并在前面板中实时显示转速

的计算结果３３２　 电机转速 ＰＩＤ 控制

期望输出的转速值及 ＰＩＤ 参数可在前面板的

ldquo控制面板rdquo模块进行设置输出电压范围决定了经

ＰＩＤ 调节后电压的上下限 给定值及 ＰＩＤ 参数输入

到 ＰＩＤ 调节器中调节后的电压通过 ＮＩ ＥＬＶＩＳｍｘ送入到原型板的 Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ 端给电机

供电实现电机的转速调节 ＰＩＤ 参数的确定方法有

归一参数法扩充相应曲线法试凑法等［１３］该实验

中选用试凑法即依次确定 ＰＩＤ 三个参数使曲

线较为平稳［ １４ －１ ５ ］ ＰＩＤ 控制的程序如图 ７ 所示

图 ６　 直流电机测速程序示意图

８１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

朱琴跃等虚实结合的直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验设计

图 ７　 ＰＩＤ 调节控制程序示意图

３４　 实验结果分析

在前面板上设定给定值为 ４０８ｒ ｍｉｎＰＩＤ 参数

的选择为 Ｐ ＝ ０００３Ｉ ＝ ００１０Ｄ ＝ ００００运行程序从图 ８ 中可看出是一条较为平稳的曲线实际转速

为 ４０５ｒ ｍｉｎ误差为 ０７ 进一步分析误差产生原

因可知一是由于不透光圆盘的质量较轻从而造成

运行过程中不够稳定继而导致误差二是由于 ＰＩＤ参数的选择可能不是最优解也会带来一定的误差因此通过对输出结果的分析可引导学生进一步对

实验中的每个环节进行分析提高他们分析问题及

解决问题的能力

图 ８　 预期转速为 ４０８ｒ ｍｉｎ 时的调速结果

４　 结语

本实验在 ＥＬＶＩＳ 系统原型板上搭建实际电机

控制的输入输出电路结合基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的 ＰＩＤ 控

制软件设计实现了对电机的调速控制 与传统实验

相比更具有创新性和实践性学生可以利用所学知

识灵活拓展新的实验功能提高他们的学习兴趣和

动手能力 同时ＥＬＶＩＳ 系统可以让学生在相关课

程的学习过程中通过虚实结合的实验手段一方面

在巩固现有知识的基础上加深对新知识的理解另一方面可以更加有效地培养学生的实验技能与实验

素养

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 张红宾赵二刚张颖 虚拟仿真在电子类实验教学中的应用

探讨［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（３）４４－４７［２］ 　 李林宣虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用［ Ｊ ＯＬ］电子

技术与软件工程２０１８（１３）６４［２０１８－０７－１１］ ＴＰ２０１８０７１００９１２０９２ｈｔｍｌ

［３］ 　 汪源王连胜梁志勇 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 在电工电子技术教学中的应

用［Ｊ］ 实验科学与技术２０１３１１（２）３５－３６

（下转第 ２３ 页）

９１

王苗苗等大米米酒提取物抗氧化作用研究

图 ３　 ＤＰＰＨ 自由基清除效果

３　 结语

（１）通常自由基实验以维生素 Ｃ 为阳性对照

品但是维生素 Ｃ 是公认的强抗氧化剂而且属于

单体 米酒提取药液为混合物没有进一步分离抗氧化性明显不如 Ｖｃ

（２）实验选用安琪酵母（网购）米酒酿制成功

后酒精浓度不大和网上评论一致 如果采用不同

厂家的酵母可能会导致不同的结果（３）实验证明米酒具有抗氧化的作用进而证

明米酒对人体健康是有益的饮品

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 王敏朱会霞孙金旭等高温酵母的分离及其特性的研究

［Ｊ］ 中国酿造２００６２５（１１）３８－４１

［２］ 　 潘静王昌禄李风娟等多耐性酒精酵母菌的选育及特性研

究［Ｊ］ 中国酿造２０１１３０（５）１１３－１１６

［３］ 　 杨生玉朱显峰张彭湃纯种发酵江米甜酒中游离氨基酸和挥

发性香气成分的组成分析［ Ｊ］ 食品工业科技２００５（１）７１－

７３

［４］ 　 张海波张彦陈少峰江米酒中有机酸分析［ Ｊ］ 食品科技

２００７（７）２０３－２０５

［５］ 　 汪建国黄酒的营养价值及保健功能［Ｊ］ 中国酿造１９９８（６）

３４－４０

［６］ 　 王文平郭祀远李琳等苯酚－硫酸法测定野木瓜中多糖含

量的研究［Ｊ］ 食品科学２００７２８（４）２７６－２７９

［７］ 　 颜军苟小军邹全付等分光光度法测定 Ｆｅｎｔｏｎ 反应产生的

羟基自由基［Ｊ］ 成都大学学报（自然科学版）２００９２８（２）９１－９４

［８］ 　 韩少华朱靖博王妍妍邻苯三酚自氧化法测定抗氧化活性的

方法研究［Ｊ］ 中国酿造２００９（６）１５５－１５７

［９］ 　 罗娅君赵正娟刘思曼等乌蕨不同提取液对氧自由基的清

除作用［Ｊ］ 四川师范大学学报（自然科学版）２０１０３３（１）９３－９５

［１０］ 　 韦献雅殷丽琴钟成等ＤＰＰＨ 法评价抗氧化活性研究进展

［Ｊ］ 食品科学２０１４３５（９）３１７－３２１

［１１］ 　 顾有方陈会良刘德义等自由基的生理病理作用［ Ｊ］ 动物

医学进展２００５２６（１）９４－９７

［１２］ 　 王萍葛丽花阿魏酸低聚糖的体外抗氧化性质的研究［ Ｊ］ 食

品研究与开发２００７２８（３）８－１０

［１３］ 　 Ｌｉ Ｊ ＷＬｉｕ Ｙ ＦＦａｎ Ｌ Ｐｅｔ ａｌＡｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｙｓａｃ

ｃｈａｒｉｄｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｒｕｉｔｉｎｇ ｂｏｄｉｅｓ ｏｆ Ｚｉｚｙｐｈｕｓ Ｊｕｊｕｂａ ｃｖ Ｊｉｎｓｉｘｉ

ａｏｚａｏ［Ｊ］ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ２０１１８４（１）３９０－３９４

［１４］ 　 Ｌｏｃａｔｅｌｌｉ ＭＧｉｎｄｒｏ ＲＴｒａｖａｇｌｉａ Ｆｅｔ ａｌＳｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ＤＰＰＨ ｓｃａｖ

ｅｎｇｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｆｒｅｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｉｎ

ｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ［Ｊ］ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２００９１１４（３）８８９－８９７

［１５］ 　 赵斌葛金芳朱娟娟等小议在 ＭＴＴ 法测细胞增殖抑制率

中 ＩＣ５０的计算方法［Ｊ］ 安徽医药２００７１１（９）８３４－８３５

收稿日期２０１８－０３－３１修改日期２０１８－０４－２８作者简介王苗苗（１９９４－）女黑龙江绥化人在读学生

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 １９ 页）［４］ 　 费红姿刘友范立云等自动控制原理开放式 ＥＬＶＩＳ 虚拟实

验平台［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１３３２（９）１１６－１１９

［５］ 　 蔡晓艳王照平 ＮＩ ＥＬＶＩＳⅡ在模拟电子技术实验教学中的应

用 ［Ｊ］ 实验室科学 ２０１７２０（１） ５４－５７

［６］ 　 白洁骆一萍孔忻基于 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 的直流电机转速测控实验

系统的开发［Ｊ］ 实验室科学２０１４１７（３）４１－４４

［７］ 　 王立涛 直流电机 ＰＩＤ 控制系统仿真研究［Ｊ］ 电子设计工程

２０１２（１８） ６７－６９

［８］ 　 朱奥辞赵钢基于 Ｐｒｏｔｅｕｓ 的直流电动机闭环调速系统设计

［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（１２）５２－５６

［９］ 　 费红姿范立云费景洲等基于虚拟仪器的直流电机模糊

ＰＩＤ 控制实验研究［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（３）８１－８４

［１０］ 　 施尚英基于 ＬａｂＶＩＥＷ 数字 ＰＩＤ 直流电机调速系统的实现

［Ｊ］ 四川职业技术学院学报２０１６２６（４）１７４－１７６

［１１］ 　 胡传志沈建华彭晓晶基于限幅增量式 ＰＩＤ 的直流电动机

转速控制系统［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（５）２４－２７

［１２］ 　 张建平 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机控制系统的设计与实现

［Ｊ］ 智能机器人２０１７（５）６９－７１

［１３］ 　 段力学ＰＩＤ 参数整定方法分类与概述［Ｊ］ 现代计算机（专业

版）２０１２（７）２３－２６

［１４］ 　 沈峰钟胜奎仲兆准等 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机 ＰＩＤ 速

度控制系统设计［Ｊ］ 机械制造与自动化２０１４４３（３）１８９－

１９０

［１５］ 　 李明轩 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的电机转速控制系统的研究［Ｊ］ 电脑

编程技巧与维护２０１７（１１）３１－３２

收稿日期２０１８－０７－１２修改日期２０１８－１０－０９作者简介朱琴跃（１９７０－）女江苏无锡人博士副教授

研究方向为电力牵引传动控制电力电子变流

技术

３２

验所需要的全部测试测量和数据采集需求［３ －４ ］为此本文利用 ＮＩ 公司的 ＥＬＶＩＳ Ⅱ实验平台并结

合 ＬａｂＶＩＥＷ 软件设计了直流电机 ＰＩＤ 转速控制实

验系统通过调节 ＰＩＤ 参数及期望输出的转速对电

机实物进行控制同时可以在前面板上观察到电机

旋转过程中产生的脉冲波形虚实结合实现对电机

转速的控制

１　 ＥＬＶＩＳ 简介

虚拟仪器是基于计算机的仪器 计算机和仪器

的紧密结合是目前仪器发展的一个重要方向 ＥＬＶＩＳ 是 ＮＩ 公司开发的将软件和硬件结合在一起的

一套完整的实验室设备包含模块化的教学实验室

虚拟仪器套件主要用于高等院校实践教学环节一个典型的 ＥＬＶＩＳ 系统如图 １ 所示

１－笔记本电脑　 　 　 ２－ＵＳＢ 数据线　 　 　 ３－ ＮＩ ＥＬＶＩＳ Ⅱ工作台

４－ ＮＩ ＥＬＶＩＳ Ⅱ系列原型板　 　 　 ５－ ＡＣ ＤＣ 电源　 　 ６－电源插座

图 １　 典型的 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 系统组成示意

　 　 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 系统集成了 １２ 种实验室最常见的仪

器包括示波器数字万用表函数发生器各种电源

和波特分析仪等可以通过 ＵＳＢ 的即插即用功能将

ＰＣ 机连接到各种测量终端并可在可拆卸的原型板

上搭建电路 同时结合 ＬａｂＶＩＥＷ 图形化系统设计

软件 ＥＬＶＩＳ 能够发挥虚拟仪器技术的灵活性及自

定义功能可应用于电路设计仪器控制无线通信嵌入式 ＭＣＵ 等诸多领域的教学［ ５ ］

２ 　 实验设计思路

直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验的设计目的是测

量电机的实际转速并与给定值进行比较然后利用

ＰＩＤ 的控制方法对转速进行控制从而达到期望目

标值［ ６］ 本实验硬件部分主要包括直流电机和转

速传感器两部分其中转速传感器采用光电传感器发射器的光对准接收器当光束被挡住时传感器的

输出电平产生变化通过脉冲计数来实现转速的实

时测量 软件部分则基于 ＬａｂＶＩＥＷ 进行设计实现

对传感器输出脉冲的采集和对电机转速的 ＰＩＤ 控

制 本实验可实现以下功能（１）实时显示从转速传感器两端采集到的脉冲

波形（２）实时显示电机的实际转速给定转速以及

ＰＩＤ 调节后输出电压的波形（３）根据所用电机的实际情况设定调节电压的

范围并可设定电机的期望转速值（４）可手工设置并改变 ＰＩＤ 参数以调节电机

达到稳定转速的时间及超调量

３　 基于 ＥＬＶＩＳ 的实验设计过程

３１　 ＰＩＤ 控制算法的建模

ＰＩＤ 调节即比例积分微分控制这种调节器

是将设定值与输出值进行比较通过比较得到的偏

差值来进行比例积分和微分的控制［ ７ ］ 它不仅用

途广泛使用灵活而且使用中只需设定三个参数

ＫｐＴｉＴｄ 一般的ＰＩＤ 调节的控制规律［ ８ ］为

ｕ（ ｔ） ＝ Ｋｐ［ｅ（ ｔ） ＋ １

Ｔｉintｔ

０

ｅ（ ｔ）ｄｔ

＋ Ｔｄｄｅ（ ｔ）ｄｔ

］ （１）

其中 Ｋｐ 为放大系数 Ｔｉ 为积分时间常数 Ｔｄ 为微分

时间常数 对式（１）进行拉普拉斯变换可知 ＰＩＤ调节器传递函数为

Ｄ（ ｓ） ＝ ｕ（ ｓ）ｅ（ ｓ）

＝ Ｋｐ（１ ＋ １Ｔｉｓ

＋ Ｔｄｓ） （２）

ＰＩＤ 调节器各校正环节的作用是（１）比例环节即时成比例地反映控制系统的

偏差信号 ｅ（ ｔ） 偏差一旦产生调节器立即产生控

制作用以减少偏差（２）积分环节主要用于消除静差提高系统的

无差度 积分作用的强弱取决于积分时间常数 Ｔｉ

６１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

朱琴跃等虚实结合的直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验设计

Ｔｉ 越大积分作用越弱反之则越强（３）微分环节能反映偏差信号的变化趋势（变

化速率）并能在偏差信号的值变得太大之前在系

统中引入一个有效的早期修正信号从而加快系统

的动作速度减少调节时间如图 ２ 所示是一个小功率直流电机的调速原理

图 给定速度 ｎ０（ ｔ） 与实际转速 ｎ（ ｔ） 进行比较其差值 ｅ（ ｔ） ＝ ｎ０（ ｔ） － ｎ（ ｔ） 经过 ＰＩＤ 控制器调整后输

出电压控制信号 ｕ（ ｔ） ｕ（ ｔ） 驱动直流电动机改变

其转速［７］即调压调速

图 ２　 直流电机调速原理图

综上可得 ＰＩＤ 控制的直流调速系统控制结构

如图 ３ 所示

图 ３　 ＰＩＤ 直流调速系统控制结构图

　 　 根据式（２）可知 Ｋ ｉ ＝Ｋｐ

ＴｉＫｄ ＝ ＫｐＴｄ 通过确定

相应的 ＫＰＫ ｉＫｄ 参数即可对被控对象进行 ＰＩＤ控制

由于计算机控制采用离散的数字采样与控制方

式故控制过程中只能根据当前时刻的采样值来计

算相应的控制量［ ９ － １１ ］ 假设采样周期为 Ｔ则根据

式（１）可得第 ｉ 时刻 ＰＩＤ 控制器的输出信号采样

值为

ｕｉ ＝ Ｋｐ［ｅｉ ＋ＴＴｉsum

ｉ

ｊ ＝ ０ｅｊ ＋

Ｔｄ

Ｔ（ｅｉ － ｅｉ －１）］ （３）

若系统采样该时刻及之前每一时刻的转速可得出相应的转速偏差再据此调节直流电机的电压

从而调节转速 由式（３）可得任意两相邻时刻 ＰＩＤ控制器的输出增量为

　 　 Δｕ ＝ ｕｉ － ｕｉ －１ ＝ Ｋｐ［ｅｉ － ｅｉ －１ ＋ ＴＴｉｅｉ ＋

Ｔｄ

Ｔ（ｅｉ － ２ｅｉ －１ ＋ ｅｉ －２）］ （４）

　 　 显然由于计算机只输出电压增量故其误动作

影响小 同时在 ｉ 时刻的输出 ｕｉ 只需用到此时刻的

偏差 ｅｉ 以及前两个相邻时刻的偏差 ｅｉ－１ ｅｉ－２ 控制

量冲击小能够较平滑地调节转速３２ 　 硬件电路设计

在 ＥＬＶＩＳ 原型板上搭建实际电路直流电机选

用 ＧＡ１２－Ｎ２０ 型号的微型直流齿轮低速电机额定

电压 １２Ｖ额定转速为 １０００ｒ ｍｉｎ在面包板上按照

下述步骤连接电路（１）启用 ＮＩ ＥＬＶＩＳｍｘ 中可调电压源（Ｖａｒｉａｂｌｅ

Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ）电机正极连接原型板【ＳＵＰＰＬＹ＋】端利用可调电压源为电机供电负极连接原型板

【ＧＲＯＵＮＤ】端接地（２）转速传感器 ＶＣＣ 端连接原型板【 ＋５Ｖ】端

利用原型板 ５Ｖ 电压源为其供电转速传感器的

ＧＮＤ 端连接原型板【ＧＲＯＵＮＤ】端接地转速传感器

ＤＯ 端连接原型板左上方的【ＡＩ７＋】通过 ＡＩ７ 端口

将传感器的输出脉冲输入到 ＬａｂＶＩＥＷ 软件的 ＤＡＱ助手中进行脉冲采集 【 ＡＩ７ －】 端连接原型板

【ＧＲＯＵＮＤ】端接地观察到红绿灯亮起说明该模

块成功通电（３）将一不透光物体放入转速传感器的凹槽

中若观察到绿灯熄灭则该模块可正常使用随后

将一带有小孔的不透光圆盘套在电机转轴上光束

每穿过一次小孔进行一次计数实时采集脉冲波形

并计算转速根据上述步骤搭建好的实际电路如图 ４ 所示

７１

图 ４　 基于 ＥＬＶＩＳ 原型板搭建的实际电路

３３　 软件设计

ＥＬＶＩＳ 系统的开发软件即为 ＬａｂＶＩＥＷ 本实验

系统的软件设计主要包括前面板设计转速实时测

量模块电机转速 ＰＩＤ 控制模块设计等［ １２ ］相应的

基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的程序结构如图 ５ 所示

图 ５　 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的程序结构

３３１　 电机转速测量

直流电机的测速程序如图 ６ 所示主要分为以

下两部分

（１）实时采集反映转速的脉冲信号通过 ＤＡＱ助手采集转速传感器输出的脉冲波形并让其显示于

前面板（２）电机转速的计算通过采样周期的换算将

脉冲信号转换为转速并在前面板中实时显示转速

的计算结果３３２　 电机转速 ＰＩＤ 控制

期望输出的转速值及 ＰＩＤ 参数可在前面板的

ldquo控制面板rdquo模块进行设置输出电压范围决定了经

ＰＩＤ 调节后电压的上下限 给定值及 ＰＩＤ 参数输入

到 ＰＩＤ 调节器中调节后的电压通过 ＮＩ ＥＬＶＩＳｍｘ送入到原型板的 Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ 端给电机

供电实现电机的转速调节 ＰＩＤ 参数的确定方法有

归一参数法扩充相应曲线法试凑法等［１３］该实验

中选用试凑法即依次确定 ＰＩＤ 三个参数使曲

线较为平稳［ １４ －１ ５ ］ ＰＩＤ 控制的程序如图 ７ 所示

图 ６　 直流电机测速程序示意图

８１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

朱琴跃等虚实结合的直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验设计

图 ７　 ＰＩＤ 调节控制程序示意图

３４　 实验结果分析

在前面板上设定给定值为 ４０８ｒ ｍｉｎＰＩＤ 参数

的选择为 Ｐ ＝ ０００３Ｉ ＝ ００１０Ｄ ＝ ００００运行程序从图 ８ 中可看出是一条较为平稳的曲线实际转速

为 ４０５ｒ ｍｉｎ误差为 ０７ 进一步分析误差产生原

因可知一是由于不透光圆盘的质量较轻从而造成

运行过程中不够稳定继而导致误差二是由于 ＰＩＤ参数的选择可能不是最优解也会带来一定的误差因此通过对输出结果的分析可引导学生进一步对

实验中的每个环节进行分析提高他们分析问题及

解决问题的能力

图 ８　 预期转速为 ４０８ｒ ｍｉｎ 时的调速结果

４　 结语

本实验在 ＥＬＶＩＳ 系统原型板上搭建实际电机

控制的输入输出电路结合基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的 ＰＩＤ 控

制软件设计实现了对电机的调速控制 与传统实验

相比更具有创新性和实践性学生可以利用所学知

识灵活拓展新的实验功能提高他们的学习兴趣和

动手能力 同时ＥＬＶＩＳ 系统可以让学生在相关课

程的学习过程中通过虚实结合的实验手段一方面

在巩固现有知识的基础上加深对新知识的理解另一方面可以更加有效地培养学生的实验技能与实验

素养

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 张红宾赵二刚张颖 虚拟仿真在电子类实验教学中的应用

探讨［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（３）４４－４７［２］ 　 李林宣虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用［ Ｊ ＯＬ］电子

技术与软件工程２０１８（１３）６４［２０１８－０７－１１］ ＴＰ２０１８０７１００９１２０９２ｈｔｍｌ

［３］ 　 汪源王连胜梁志勇 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 在电工电子技术教学中的应

用［Ｊ］ 实验科学与技术２０１３１１（２）３５－３６

（下转第 ２３ 页）

９１

王苗苗等大米米酒提取物抗氧化作用研究

图 ３　 ＤＰＰＨ 自由基清除效果

３　 结语

（１）通常自由基实验以维生素 Ｃ 为阳性对照

品但是维生素 Ｃ 是公认的强抗氧化剂而且属于

单体 米酒提取药液为混合物没有进一步分离抗氧化性明显不如 Ｖｃ

（２）实验选用安琪酵母（网购）米酒酿制成功

后酒精浓度不大和网上评论一致 如果采用不同

厂家的酵母可能会导致不同的结果（３）实验证明米酒具有抗氧化的作用进而证

明米酒对人体健康是有益的饮品

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 王敏朱会霞孙金旭等高温酵母的分离及其特性的研究

［Ｊ］ 中国酿造２００６２５（１１）３８－４１

［２］ 　 潘静王昌禄李风娟等多耐性酒精酵母菌的选育及特性研

究［Ｊ］ 中国酿造２０１１３０（５）１１３－１１６

［３］ 　 杨生玉朱显峰张彭湃纯种发酵江米甜酒中游离氨基酸和挥

发性香气成分的组成分析［ Ｊ］ 食品工业科技２００５（１）７１－

７３

［４］ 　 张海波张彦陈少峰江米酒中有机酸分析［ Ｊ］ 食品科技

２００７（７）２０３－２０５

［５］ 　 汪建国黄酒的营养价值及保健功能［Ｊ］ 中国酿造１９９８（６）

３４－４０

［６］ 　 王文平郭祀远李琳等苯酚－硫酸法测定野木瓜中多糖含

量的研究［Ｊ］ 食品科学２００７２８（４）２７６－２７９

［７］ 　 颜军苟小军邹全付等分光光度法测定 Ｆｅｎｔｏｎ 反应产生的

羟基自由基［Ｊ］ 成都大学学报（自然科学版）２００９２８（２）９１－９４

［８］ 　 韩少华朱靖博王妍妍邻苯三酚自氧化法测定抗氧化活性的

方法研究［Ｊ］ 中国酿造２００９（６）１５５－１５７

［９］ 　 罗娅君赵正娟刘思曼等乌蕨不同提取液对氧自由基的清

除作用［Ｊ］ 四川师范大学学报（自然科学版）２０１０３３（１）９３－９５

［１０］ 　 韦献雅殷丽琴钟成等ＤＰＰＨ 法评价抗氧化活性研究进展

［Ｊ］ 食品科学２０１４３５（９）３１７－３２１

［１１］ 　 顾有方陈会良刘德义等自由基的生理病理作用［ Ｊ］ 动物

医学进展２００５２６（１）９４－９７

［１２］ 　 王萍葛丽花阿魏酸低聚糖的体外抗氧化性质的研究［ Ｊ］ 食

品研究与开发２００７２８（３）８－１０

［１３］ 　 Ｌｉ Ｊ ＷＬｉｕ Ｙ ＦＦａｎ Ｌ Ｐｅｔ ａｌＡｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｙｓａｃ

ｃｈａｒｉｄｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｒｕｉｔｉｎｇ ｂｏｄｉｅｓ ｏｆ Ｚｉｚｙｐｈｕｓ Ｊｕｊｕｂａ ｃｖ Ｊｉｎｓｉｘｉ

ａｏｚａｏ［Ｊ］ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ２０１１８４（１）３９０－３９４

［１４］ 　 Ｌｏｃａｔｅｌｌｉ ＭＧｉｎｄｒｏ ＲＴｒａｖａｇｌｉａ Ｆｅｔ ａｌＳｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ＤＰＰＨ ｓｃａｖ

ｅｎｇｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｆｒｅｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｉｎ

ｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ［Ｊ］ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２００９１１４（３）８８９－８９７

［１５］ 　 赵斌葛金芳朱娟娟等小议在 ＭＴＴ 法测细胞增殖抑制率

中 ＩＣ５０的计算方法［Ｊ］ 安徽医药２００７１１（９）８３４－８３５

收稿日期２０１８－０３－３１修改日期２０１８－０４－２８作者简介王苗苗（１９９４－）女黑龙江绥化人在读学生

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 １９ 页）［４］ 　 费红姿刘友范立云等自动控制原理开放式 ＥＬＶＩＳ 虚拟实

验平台［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１３３２（９）１１６－１１９

［５］ 　 蔡晓艳王照平 ＮＩ ＥＬＶＩＳⅡ在模拟电子技术实验教学中的应

用 ［Ｊ］ 实验室科学 ２０１７２０（１） ５４－５７

［６］ 　 白洁骆一萍孔忻基于 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 的直流电机转速测控实验

系统的开发［Ｊ］ 实验室科学２０１４１７（３）４１－４４

［７］ 　 王立涛 直流电机 ＰＩＤ 控制系统仿真研究［Ｊ］ 电子设计工程

２０１２（１８） ６７－６９

［８］ 　 朱奥辞赵钢基于 Ｐｒｏｔｅｕｓ 的直流电动机闭环调速系统设计

［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（１２）５２－５６

［９］ 　 费红姿范立云费景洲等基于虚拟仪器的直流电机模糊

ＰＩＤ 控制实验研究［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（３）８１－８４

［１０］ 　 施尚英基于 ＬａｂＶＩＥＷ 数字 ＰＩＤ 直流电机调速系统的实现

［Ｊ］ 四川职业技术学院学报２０１６２６（４）１７４－１７６

［１１］ 　 胡传志沈建华彭晓晶基于限幅增量式 ＰＩＤ 的直流电动机

转速控制系统［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（５）２４－２７

［１２］ 　 张建平 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机控制系统的设计与实现

［Ｊ］ 智能机器人２０１７（５）６９－７１

［１３］ 　 段力学ＰＩＤ 参数整定方法分类与概述［Ｊ］ 现代计算机（专业

版）２０１２（７）２３－２６

［１４］ 　 沈峰钟胜奎仲兆准等 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机 ＰＩＤ 速

度控制系统设计［Ｊ］ 机械制造与自动化２０１４４３（３）１８９－

１９０

［１５］ 　 李明轩 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的电机转速控制系统的研究［Ｊ］ 电脑

编程技巧与维护２０１７（１１）３１－３２

收稿日期２０１８－０７－１２修改日期２０１８－１０－０９作者简介朱琴跃（１９７０－）女江苏无锡人博士副教授

研究方向为电力牵引传动控制电力电子变流

技术

３２

朱琴跃等虚实结合的直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验设计

Ｔｉ 越大积分作用越弱反之则越强（３）微分环节能反映偏差信号的变化趋势（变

化速率）并能在偏差信号的值变得太大之前在系

统中引入一个有效的早期修正信号从而加快系统

的动作速度减少调节时间如图 ２ 所示是一个小功率直流电机的调速原理

图 给定速度 ｎ０（ ｔ） 与实际转速 ｎ（ ｔ） 进行比较其差值 ｅ（ ｔ） ＝ ｎ０（ ｔ） － ｎ（ ｔ） 经过 ＰＩＤ 控制器调整后输

出电压控制信号 ｕ（ ｔ） ｕ（ ｔ） 驱动直流电动机改变

其转速［７］即调压调速

图 ２　 直流电机调速原理图

综上可得 ＰＩＤ 控制的直流调速系统控制结构

如图 ３ 所示

图 ３　 ＰＩＤ 直流调速系统控制结构图

　 　 根据式（２）可知 Ｋ ｉ ＝Ｋｐ

ＴｉＫｄ ＝ ＫｐＴｄ 通过确定

相应的 ＫＰＫ ｉＫｄ 参数即可对被控对象进行 ＰＩＤ控制

由于计算机控制采用离散的数字采样与控制方

式故控制过程中只能根据当前时刻的采样值来计

算相应的控制量［ ９ － １１ ］ 假设采样周期为 Ｔ则根据

式（１）可得第 ｉ 时刻 ＰＩＤ 控制器的输出信号采样

值为

ｕｉ ＝ Ｋｐ［ｅｉ ＋ＴＴｉsum

ｉ

ｊ ＝ ０ｅｊ ＋

Ｔｄ

Ｔ（ｅｉ － ｅｉ －１）］ （３）

若系统采样该时刻及之前每一时刻的转速可得出相应的转速偏差再据此调节直流电机的电压

从而调节转速 由式（３）可得任意两相邻时刻 ＰＩＤ控制器的输出增量为

　 　 Δｕ ＝ ｕｉ － ｕｉ －１ ＝ Ｋｐ［ｅｉ － ｅｉ －１ ＋ ＴＴｉｅｉ ＋

Ｔｄ

Ｔ（ｅｉ － ２ｅｉ －１ ＋ ｅｉ －２）］ （４）

　 　 显然由于计算机只输出电压增量故其误动作

影响小 同时在 ｉ 时刻的输出 ｕｉ 只需用到此时刻的

偏差 ｅｉ 以及前两个相邻时刻的偏差 ｅｉ－１ ｅｉ－２ 控制

量冲击小能够较平滑地调节转速３２ 　 硬件电路设计

在 ＥＬＶＩＳ 原型板上搭建实际电路直流电机选

用 ＧＡ１２－Ｎ２０ 型号的微型直流齿轮低速电机额定

电压 １２Ｖ额定转速为 １０００ｒ ｍｉｎ在面包板上按照

下述步骤连接电路（１）启用 ＮＩ ＥＬＶＩＳｍｘ 中可调电压源（Ｖａｒｉａｂｌｅ

Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ）电机正极连接原型板【ＳＵＰＰＬＹ＋】端利用可调电压源为电机供电负极连接原型板

【ＧＲＯＵＮＤ】端接地（２）转速传感器 ＶＣＣ 端连接原型板【 ＋５Ｖ】端

利用原型板 ５Ｖ 电压源为其供电转速传感器的

ＧＮＤ 端连接原型板【ＧＲＯＵＮＤ】端接地转速传感器

ＤＯ 端连接原型板左上方的【ＡＩ７＋】通过 ＡＩ７ 端口

将传感器的输出脉冲输入到 ＬａｂＶＩＥＷ 软件的 ＤＡＱ助手中进行脉冲采集 【 ＡＩ７ －】 端连接原型板

【ＧＲＯＵＮＤ】端接地观察到红绿灯亮起说明该模

块成功通电（３）将一不透光物体放入转速传感器的凹槽

中若观察到绿灯熄灭则该模块可正常使用随后

将一带有小孔的不透光圆盘套在电机转轴上光束

每穿过一次小孔进行一次计数实时采集脉冲波形

并计算转速根据上述步骤搭建好的实际电路如图 ４ 所示

７１

图 ４　 基于 ＥＬＶＩＳ 原型板搭建的实际电路

３３　 软件设计

ＥＬＶＩＳ 系统的开发软件即为 ＬａｂＶＩＥＷ 本实验

系统的软件设计主要包括前面板设计转速实时测

量模块电机转速 ＰＩＤ 控制模块设计等［ １２ ］相应的

基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的程序结构如图 ５ 所示

图 ５　 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的程序结构

３３１　 电机转速测量

直流电机的测速程序如图 ６ 所示主要分为以

下两部分

（１）实时采集反映转速的脉冲信号通过 ＤＡＱ助手采集转速传感器输出的脉冲波形并让其显示于

前面板（２）电机转速的计算通过采样周期的换算将

脉冲信号转换为转速并在前面板中实时显示转速

的计算结果３３２　 电机转速 ＰＩＤ 控制

期望输出的转速值及 ＰＩＤ 参数可在前面板的

ldquo控制面板rdquo模块进行设置输出电压范围决定了经

ＰＩＤ 调节后电压的上下限 给定值及 ＰＩＤ 参数输入

到 ＰＩＤ 调节器中调节后的电压通过 ＮＩ ＥＬＶＩＳｍｘ送入到原型板的 Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ 端给电机

供电实现电机的转速调节 ＰＩＤ 参数的确定方法有

归一参数法扩充相应曲线法试凑法等［１３］该实验

中选用试凑法即依次确定 ＰＩＤ 三个参数使曲

线较为平稳［ １４ －１ ５ ］ ＰＩＤ 控制的程序如图 ７ 所示

图 ６　 直流电机测速程序示意图

８１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

朱琴跃等虚实结合的直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验设计

图 ７　 ＰＩＤ 调节控制程序示意图

３４　 实验结果分析

在前面板上设定给定值为 ４０８ｒ ｍｉｎＰＩＤ 参数

的选择为 Ｐ ＝ ０００３Ｉ ＝ ００１０Ｄ ＝ ００００运行程序从图 ８ 中可看出是一条较为平稳的曲线实际转速

为 ４０５ｒ ｍｉｎ误差为 ０７ 进一步分析误差产生原

因可知一是由于不透光圆盘的质量较轻从而造成

运行过程中不够稳定继而导致误差二是由于 ＰＩＤ参数的选择可能不是最优解也会带来一定的误差因此通过对输出结果的分析可引导学生进一步对

实验中的每个环节进行分析提高他们分析问题及

解决问题的能力

图 ８　 预期转速为 ４０８ｒ ｍｉｎ 时的调速结果

４　 结语

本实验在 ＥＬＶＩＳ 系统原型板上搭建实际电机

控制的输入输出电路结合基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的 ＰＩＤ 控

制软件设计实现了对电机的调速控制 与传统实验

相比更具有创新性和实践性学生可以利用所学知

识灵活拓展新的实验功能提高他们的学习兴趣和

动手能力 同时ＥＬＶＩＳ 系统可以让学生在相关课

程的学习过程中通过虚实结合的实验手段一方面

在巩固现有知识的基础上加深对新知识的理解另一方面可以更加有效地培养学生的实验技能与实验

素养

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 张红宾赵二刚张颖 虚拟仿真在电子类实验教学中的应用

探讨［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（３）４４－４７［２］ 　 李林宣虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用［ Ｊ ＯＬ］电子

技术与软件工程２０１８（１３）６４［２０１８－０７－１１］ ＴＰ２０１８０７１００９１２０９２ｈｔｍｌ

［３］ 　 汪源王连胜梁志勇 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 在电工电子技术教学中的应

用［Ｊ］ 实验科学与技术２０１３１１（２）３５－３６

（下转第 ２３ 页）

９１

王苗苗等大米米酒提取物抗氧化作用研究

图 ３　 ＤＰＰＨ 自由基清除效果

３　 结语

（１）通常自由基实验以维生素 Ｃ 为阳性对照

品但是维生素 Ｃ 是公认的强抗氧化剂而且属于

单体 米酒提取药液为混合物没有进一步分离抗氧化性明显不如 Ｖｃ

（２）实验选用安琪酵母（网购）米酒酿制成功

后酒精浓度不大和网上评论一致 如果采用不同

厂家的酵母可能会导致不同的结果（３）实验证明米酒具有抗氧化的作用进而证

明米酒对人体健康是有益的饮品

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 王敏朱会霞孙金旭等高温酵母的分离及其特性的研究

［Ｊ］ 中国酿造２００６２５（１１）３８－４１

［２］ 　 潘静王昌禄李风娟等多耐性酒精酵母菌的选育及特性研

究［Ｊ］ 中国酿造２０１１３０（５）１１３－１１６

［３］ 　 杨生玉朱显峰张彭湃纯种发酵江米甜酒中游离氨基酸和挥

发性香气成分的组成分析［ Ｊ］ 食品工业科技２００５（１）７１－

７３

［４］ 　 张海波张彦陈少峰江米酒中有机酸分析［ Ｊ］ 食品科技

２００７（７）２０３－２０５

［５］ 　 汪建国黄酒的营养价值及保健功能［Ｊ］ 中国酿造１９９８（６）

３４－４０

［６］ 　 王文平郭祀远李琳等苯酚－硫酸法测定野木瓜中多糖含

量的研究［Ｊ］ 食品科学２００７２８（４）２７６－２７９

［７］ 　 颜军苟小军邹全付等分光光度法测定 Ｆｅｎｔｏｎ 反应产生的

羟基自由基［Ｊ］ 成都大学学报（自然科学版）２００９２８（２）９１－９４

［８］ 　 韩少华朱靖博王妍妍邻苯三酚自氧化法测定抗氧化活性的

方法研究［Ｊ］ 中国酿造２００９（６）１５５－１５７

［９］ 　 罗娅君赵正娟刘思曼等乌蕨不同提取液对氧自由基的清

除作用［Ｊ］ 四川师范大学学报（自然科学版）２０１０３３（１）９３－９５

［１０］ 　 韦献雅殷丽琴钟成等ＤＰＰＨ 法评价抗氧化活性研究进展

［Ｊ］ 食品科学２０１４３５（９）３１７－３２１

［１１］ 　 顾有方陈会良刘德义等自由基的生理病理作用［ Ｊ］ 动物

医学进展２００５２６（１）９４－９７

［１２］ 　 王萍葛丽花阿魏酸低聚糖的体外抗氧化性质的研究［ Ｊ］ 食

品研究与开发２００７２８（３）８－１０

［１３］ 　 Ｌｉ Ｊ ＷＬｉｕ Ｙ ＦＦａｎ Ｌ Ｐｅｔ ａｌＡｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｙｓａｃ

ｃｈａｒｉｄｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｒｕｉｔｉｎｇ ｂｏｄｉｅｓ ｏｆ Ｚｉｚｙｐｈｕｓ Ｊｕｊｕｂａ ｃｖ Ｊｉｎｓｉｘｉ

ａｏｚａｏ［Ｊ］ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ２０１１８４（１）３９０－３９４

［１４］ 　 Ｌｏｃａｔｅｌｌｉ ＭＧｉｎｄｒｏ ＲＴｒａｖａｇｌｉａ Ｆｅｔ ａｌＳｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ＤＰＰＨ ｓｃａｖ

ｅｎｇｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｆｒｅｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｉｎ

ｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ［Ｊ］ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２００９１１４（３）８８９－８９７

［１５］ 　 赵斌葛金芳朱娟娟等小议在 ＭＴＴ 法测细胞增殖抑制率

中 ＩＣ５０的计算方法［Ｊ］ 安徽医药２００７１１（９）８３４－８３５

收稿日期２０１８－０３－３１修改日期２０１８－０４－２８作者简介王苗苗（１９９４－）女黑龙江绥化人在读学生

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 １９ 页）［４］ 　 费红姿刘友范立云等自动控制原理开放式 ＥＬＶＩＳ 虚拟实

验平台［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１３３２（９）１１６－１１９

［５］ 　 蔡晓艳王照平 ＮＩ ＥＬＶＩＳⅡ在模拟电子技术实验教学中的应

用 ［Ｊ］ 实验室科学 ２０１７２０（１） ５４－５７

［６］ 　 白洁骆一萍孔忻基于 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 的直流电机转速测控实验

系统的开发［Ｊ］ 实验室科学２０１４１７（３）４１－４４

［７］ 　 王立涛 直流电机 ＰＩＤ 控制系统仿真研究［Ｊ］ 电子设计工程

２０１２（１８） ６７－６９

［８］ 　 朱奥辞赵钢基于 Ｐｒｏｔｅｕｓ 的直流电动机闭环调速系统设计

［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（１２）５２－５６

［９］ 　 费红姿范立云费景洲等基于虚拟仪器的直流电机模糊

ＰＩＤ 控制实验研究［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（３）８１－８４

［１０］ 　 施尚英基于 ＬａｂＶＩＥＷ 数字 ＰＩＤ 直流电机调速系统的实现

［Ｊ］ 四川职业技术学院学报２０１６２６（４）１７４－１７６

［１１］ 　 胡传志沈建华彭晓晶基于限幅增量式 ＰＩＤ 的直流电动机

转速控制系统［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（５）２４－２７

［１２］ 　 张建平 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机控制系统的设计与实现

［Ｊ］ 智能机器人２０１７（５）６９－７１

［１３］ 　 段力学ＰＩＤ 参数整定方法分类与概述［Ｊ］ 现代计算机（专业

版）２０１２（７）２３－２６

［１４］ 　 沈峰钟胜奎仲兆准等 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机 ＰＩＤ 速

度控制系统设计［Ｊ］ 机械制造与自动化２０１４４３（３）１８９－

１９０

［１５］ 　 李明轩 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的电机转速控制系统的研究［Ｊ］ 电脑

编程技巧与维护２０１７（１１）３１－３２

收稿日期２０１８－０７－１２修改日期２０１８－１０－０９作者简介朱琴跃（１９７０－）女江苏无锡人博士副教授

研究方向为电力牵引传动控制电力电子变流

技术

３２

图 ４　 基于 ＥＬＶＩＳ 原型板搭建的实际电路

３３　 软件设计

ＥＬＶＩＳ 系统的开发软件即为 ＬａｂＶＩＥＷ 本实验

系统的软件设计主要包括前面板设计转速实时测

量模块电机转速 ＰＩＤ 控制模块设计等［ １２ ］相应的

基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的程序结构如图 ５ 所示

图 ５　 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的程序结构

３３１　 电机转速测量

直流电机的测速程序如图 ６ 所示主要分为以

下两部分

（１）实时采集反映转速的脉冲信号通过 ＤＡＱ助手采集转速传感器输出的脉冲波形并让其显示于

前面板（２）电机转速的计算通过采样周期的换算将

脉冲信号转换为转速并在前面板中实时显示转速

的计算结果３３２　 电机转速 ＰＩＤ 控制

期望输出的转速值及 ＰＩＤ 参数可在前面板的

ldquo控制面板rdquo模块进行设置输出电压范围决定了经

ＰＩＤ 调节后电压的上下限 给定值及 ＰＩＤ 参数输入

到 ＰＩＤ 调节器中调节后的电压通过 ＮＩ ＥＬＶＩＳｍｘ送入到原型板的 Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｉｅｓ 端给电机

供电实现电机的转速调节 ＰＩＤ 参数的确定方法有

归一参数法扩充相应曲线法试凑法等［１３］该实验

中选用试凑法即依次确定 ＰＩＤ 三个参数使曲

线较为平稳［ １４ －１ ５ ］ ＰＩＤ 控制的程序如图 ７ 所示

图 ６　 直流电机测速程序示意图

８１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

朱琴跃等虚实结合的直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验设计

图 ７　 ＰＩＤ 调节控制程序示意图

３４　 实验结果分析

在前面板上设定给定值为 ４０８ｒ ｍｉｎＰＩＤ 参数

的选择为 Ｐ ＝ ０００３Ｉ ＝ ００１０Ｄ ＝ ００００运行程序从图 ８ 中可看出是一条较为平稳的曲线实际转速

为 ４０５ｒ ｍｉｎ误差为 ０７ 进一步分析误差产生原

因可知一是由于不透光圆盘的质量较轻从而造成

运行过程中不够稳定继而导致误差二是由于 ＰＩＤ参数的选择可能不是最优解也会带来一定的误差因此通过对输出结果的分析可引导学生进一步对

实验中的每个环节进行分析提高他们分析问题及

解决问题的能力

图 ８　 预期转速为 ４０８ｒ ｍｉｎ 时的调速结果

４　 结语

本实验在 ＥＬＶＩＳ 系统原型板上搭建实际电机

控制的输入输出电路结合基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的 ＰＩＤ 控

制软件设计实现了对电机的调速控制 与传统实验

相比更具有创新性和实践性学生可以利用所学知

识灵活拓展新的实验功能提高他们的学习兴趣和

动手能力 同时ＥＬＶＩＳ 系统可以让学生在相关课

程的学习过程中通过虚实结合的实验手段一方面

在巩固现有知识的基础上加深对新知识的理解另一方面可以更加有效地培养学生的实验技能与实验

素养

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 张红宾赵二刚张颖 虚拟仿真在电子类实验教学中的应用

探讨［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（３）４４－４７［２］ 　 李林宣虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用［ Ｊ ＯＬ］电子

技术与软件工程２０１８（１３）６４［２０１８－０７－１１］ ＴＰ２０１８０７１００９１２０９２ｈｔｍｌ

［３］ 　 汪源王连胜梁志勇 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 在电工电子技术教学中的应

用［Ｊ］ 实验科学与技术２０１３１１（２）３５－３６

（下转第 ２３ 页）

９１

王苗苗等大米米酒提取物抗氧化作用研究

图 ３　 ＤＰＰＨ 自由基清除效果

３　 结语

（１）通常自由基实验以维生素 Ｃ 为阳性对照

品但是维生素 Ｃ 是公认的强抗氧化剂而且属于

单体 米酒提取药液为混合物没有进一步分离抗氧化性明显不如 Ｖｃ

（２）实验选用安琪酵母（网购）米酒酿制成功

后酒精浓度不大和网上评论一致 如果采用不同

厂家的酵母可能会导致不同的结果（３）实验证明米酒具有抗氧化的作用进而证

明米酒对人体健康是有益的饮品

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 王敏朱会霞孙金旭等高温酵母的分离及其特性的研究

［Ｊ］ 中国酿造２００６２５（１１）３８－４１

［２］ 　 潘静王昌禄李风娟等多耐性酒精酵母菌的选育及特性研

究［Ｊ］ 中国酿造２０１１３０（５）１１３－１１６

［３］ 　 杨生玉朱显峰张彭湃纯种发酵江米甜酒中游离氨基酸和挥

发性香气成分的组成分析［ Ｊ］ 食品工业科技２００５（１）７１－

７３

［４］ 　 张海波张彦陈少峰江米酒中有机酸分析［ Ｊ］ 食品科技

２００７（７）２０３－２０５

［５］ 　 汪建国黄酒的营养价值及保健功能［Ｊ］ 中国酿造１９９８（６）

３４－４０

［６］ 　 王文平郭祀远李琳等苯酚－硫酸法测定野木瓜中多糖含

量的研究［Ｊ］ 食品科学２００７２８（４）２７６－２７９

［７］ 　 颜军苟小军邹全付等分光光度法测定 Ｆｅｎｔｏｎ 反应产生的

羟基自由基［Ｊ］ 成都大学学报（自然科学版）２００９２８（２）９１－９４

［８］ 　 韩少华朱靖博王妍妍邻苯三酚自氧化法测定抗氧化活性的

方法研究［Ｊ］ 中国酿造２００９（６）１５５－１５７

［９］ 　 罗娅君赵正娟刘思曼等乌蕨不同提取液对氧自由基的清

除作用［Ｊ］ 四川师范大学学报（自然科学版）２０１０３３（１）９３－９５

［１０］ 　 韦献雅殷丽琴钟成等ＤＰＰＨ 法评价抗氧化活性研究进展

［Ｊ］ 食品科学２０１４３５（９）３１７－３２１

［１１］ 　 顾有方陈会良刘德义等自由基的生理病理作用［ Ｊ］ 动物

医学进展２００５２６（１）９４－９７

［１２］ 　 王萍葛丽花阿魏酸低聚糖的体外抗氧化性质的研究［ Ｊ］ 食

品研究与开发２００７２８（３）８－１０

［１３］ 　 Ｌｉ Ｊ ＷＬｉｕ Ｙ ＦＦａｎ Ｌ Ｐｅｔ ａｌＡｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｙｓａｃ

ｃｈａｒｉｄｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｒｕｉｔｉｎｇ ｂｏｄｉｅｓ ｏｆ Ｚｉｚｙｐｈｕｓ Ｊｕｊｕｂａ ｃｖ Ｊｉｎｓｉｘｉ

ａｏｚａｏ［Ｊ］ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ２０１１８４（１）３９０－３９４

［１４］ 　 Ｌｏｃａｔｅｌｌｉ ＭＧｉｎｄｒｏ ＲＴｒａｖａｇｌｉａ Ｆｅｔ ａｌＳｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ＤＰＰＨ ｓｃａｖ

ｅｎｇｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｆｒｅｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｉｎ

ｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ［Ｊ］ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２００９１１４（３）８８９－８９７

［１５］ 　 赵斌葛金芳朱娟娟等小议在 ＭＴＴ 法测细胞增殖抑制率

中 ＩＣ５０的计算方法［Ｊ］ 安徽医药２００７１１（９）８３４－８３５

收稿日期２０１８－０３－３１修改日期２０１８－０４－２８作者简介王苗苗（１９９４－）女黑龙江绥化人在读学生

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验平台［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１３３２（９）１１６－１１９

［５］ 　 蔡晓艳王照平 ＮＩ ＥＬＶＩＳⅡ在模拟电子技术实验教学中的应

用 ［Ｊ］ 实验室科学 ２０１７２０（１） ５４－５７

［６］ 　 白洁骆一萍孔忻基于 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 的直流电机转速测控实验

系统的开发［Ｊ］ 实验室科学２０１４１７（３）４１－４４

［７］ 　 王立涛 直流电机 ＰＩＤ 控制系统仿真研究［Ｊ］ 电子设计工程

２０１２（１８） ６７－６９

［８］ 　 朱奥辞赵钢基于 Ｐｒｏｔｅｕｓ 的直流电动机闭环调速系统设计

［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（１２）５２－５６

［９］ 　 费红姿范立云费景洲等基于虚拟仪器的直流电机模糊

ＰＩＤ 控制实验研究［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（３）８１－８４

［１０］ 　 施尚英基于 ＬａｂＶＩＥＷ 数字 ＰＩＤ 直流电机调速系统的实现

［Ｊ］ 四川职业技术学院学报２０１６２６（４）１７４－１７６

［１１］ 　 胡传志沈建华彭晓晶基于限幅增量式 ＰＩＤ 的直流电动机

转速控制系统［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（５）２４－２７

［１２］ 　 张建平 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机控制系统的设计与实现

［Ｊ］ 智能机器人２０１７（５）６９－７１

［１３］ 　 段力学ＰＩＤ 参数整定方法分类与概述［Ｊ］ 现代计算机（专业

版）２０１２（７）２３－２６

［１４］ 　 沈峰钟胜奎仲兆准等 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机 ＰＩＤ 速

度控制系统设计［Ｊ］ 机械制造与自动化２０１４４３（３）１８９－

１９０

［１５］ 　 李明轩 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的电机转速控制系统的研究［Ｊ］ 电脑

编程技巧与维护２０１７（１１）３１－３２

收稿日期２０１８－０７－１２修改日期２０１８－１０－０９作者简介朱琴跃（１９７０－）女江苏无锡人博士副教授

研究方向为电力牵引传动控制电力电子变流

技术

３２

朱琴跃等虚实结合的直流电机 ＰＩＤ 转速控制实验设计

图 ７　 ＰＩＤ 调节控制程序示意图

３４　 实验结果分析

在前面板上设定给定值为 ４０８ｒ ｍｉｎＰＩＤ 参数

的选择为 Ｐ ＝ ０００３Ｉ ＝ ００１０Ｄ ＝ ００００运行程序从图 ８ 中可看出是一条较为平稳的曲线实际转速

为 ４０５ｒ ｍｉｎ误差为 ０７ 进一步分析误差产生原

因可知一是由于不透光圆盘的质量较轻从而造成

运行过程中不够稳定继而导致误差二是由于 ＰＩＤ参数的选择可能不是最优解也会带来一定的误差因此通过对输出结果的分析可引导学生进一步对

实验中的每个环节进行分析提高他们分析问题及

解决问题的能力

图 ８　 预期转速为 ４０８ｒ ｍｉｎ 时的调速结果

４　 结语

本实验在 ＥＬＶＩＳ 系统原型板上搭建实际电机

控制的输入输出电路结合基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的 ＰＩＤ 控

制软件设计实现了对电机的调速控制 与传统实验

相比更具有创新性和实践性学生可以利用所学知

识灵活拓展新的实验功能提高他们的学习兴趣和

动手能力 同时ＥＬＶＩＳ 系统可以让学生在相关课

程的学习过程中通过虚实结合的实验手段一方面

在巩固现有知识的基础上加深对新知识的理解另一方面可以更加有效地培养学生的实验技能与实验

素养

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 张红宾赵二刚张颖 虚拟仿真在电子类实验教学中的应用

探讨［Ｊ］ 实验室科学２０１５１８（３）４４－４７［２］ 　 李林宣虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用［ Ｊ ＯＬ］电子

技术与软件工程２０１８（１３）６４［２０１８－０７－１１］ ＴＰ２０１８０７１００９１２０９２ｈｔｍｌ

［３］ 　 汪源王连胜梁志勇 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 在电工电子技术教学中的应

用［Ｊ］ 实验科学与技术２０１３１１（２）３５－３６

（下转第 ２３ 页）

９１

王苗苗等大米米酒提取物抗氧化作用研究

图 ３　 ＤＰＰＨ 自由基清除效果

３　 结语

（１）通常自由基实验以维生素 Ｃ 为阳性对照

品但是维生素 Ｃ 是公认的强抗氧化剂而且属于

单体 米酒提取药液为混合物没有进一步分离抗氧化性明显不如 Ｖｃ

（２）实验选用安琪酵母（网购）米酒酿制成功

后酒精浓度不大和网上评论一致 如果采用不同

厂家的酵母可能会导致不同的结果（３）实验证明米酒具有抗氧化的作用进而证

明米酒对人体健康是有益的饮品

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 王敏朱会霞孙金旭等高温酵母的分离及其特性的研究

［Ｊ］ 中国酿造２００６２５（１１）３８－４１

［２］ 　 潘静王昌禄李风娟等多耐性酒精酵母菌的选育及特性研

究［Ｊ］ 中国酿造２０１１３０（５）１１３－１１６

［３］ 　 杨生玉朱显峰张彭湃纯种发酵江米甜酒中游离氨基酸和挥

发性香气成分的组成分析［ Ｊ］ 食品工业科技２００５（１）７１－

７３

［４］ 　 张海波张彦陈少峰江米酒中有机酸分析［ Ｊ］ 食品科技

２００７（７）２０３－２０５

［５］ 　 汪建国黄酒的营养价值及保健功能［Ｊ］ 中国酿造１９９８（６）

３４－４０

［６］ 　 王文平郭祀远李琳等苯酚－硫酸法测定野木瓜中多糖含

量的研究［Ｊ］ 食品科学２００７２８（４）２７６－２７９

［７］ 　 颜军苟小军邹全付等分光光度法测定 Ｆｅｎｔｏｎ 反应产生的

羟基自由基［Ｊ］ 成都大学学报（自然科学版）２００９２８（２）９１－９４

［８］ 　 韩少华朱靖博王妍妍邻苯三酚自氧化法测定抗氧化活性的

方法研究［Ｊ］ 中国酿造２００９（６）１５５－１５７

［９］ 　 罗娅君赵正娟刘思曼等乌蕨不同提取液对氧自由基的清

除作用［Ｊ］ 四川师范大学学报（自然科学版）２０１０３３（１）９３－９５

［１０］ 　 韦献雅殷丽琴钟成等ＤＰＰＨ 法评价抗氧化活性研究进展

［Ｊ］ 食品科学２０１４３５（９）３１７－３２１

［１１］ 　 顾有方陈会良刘德义等自由基的生理病理作用［ Ｊ］ 动物

医学进展２００５２６（１）９４－９７

［１２］ 　 王萍葛丽花阿魏酸低聚糖的体外抗氧化性质的研究［ Ｊ］ 食

品研究与开发２００７２８（３）８－１０

［１３］ 　 Ｌｉ Ｊ ＷＬｉｕ Ｙ ＦＦａｎ Ｌ Ｐｅｔ ａｌＡｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｙｓａｃ

ｃｈａｒｉｄｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｒｕｉｔｉｎｇ ｂｏｄｉｅｓ ｏｆ Ｚｉｚｙｐｈｕｓ Ｊｕｊｕｂａ ｃｖ Ｊｉｎｓｉｘｉ

ａｏｚａｏ［Ｊ］ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ２０１１８４（１）３９０－３９４

［１４］ 　 Ｌｏｃａｔｅｌｌｉ ＭＧｉｎｄｒｏ ＲＴｒａｖａｇｌｉａ Ｆｅｔ ａｌＳｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ＤＰＰＨ ｓｃａｖ

ｅｎｇｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｆｒｅｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｉｎ

ｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ［Ｊ］ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２００９１１４（３）８８９－８９７

［１５］ 　 赵斌葛金芳朱娟娟等小议在 ＭＴＴ 法测细胞增殖抑制率

中 ＩＣ５０的计算方法［Ｊ］ 安徽医药２００７１１（９）８３４－８３５

收稿日期２０１８－０３－３１修改日期２０１８－０４－２８作者简介王苗苗（１９９４－）女黑龙江绥化人在读学生

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 １９ 页）［４］ 　 费红姿刘友范立云等自动控制原理开放式 ＥＬＶＩＳ 虚拟实

验平台［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１３３２（９）１１６－１１９

［５］ 　 蔡晓艳王照平 ＮＩ ＥＬＶＩＳⅡ在模拟电子技术实验教学中的应

用 ［Ｊ］ 实验室科学 ２０１７２０（１） ５４－５７

［６］ 　 白洁骆一萍孔忻基于 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 的直流电机转速测控实验

系统的开发［Ｊ］ 实验室科学２０１４１７（３）４１－４４

［７］ 　 王立涛 直流电机 ＰＩＤ 控制系统仿真研究［Ｊ］ 电子设计工程

２０１２（１８） ６７－６９

［８］ 　 朱奥辞赵钢基于 Ｐｒｏｔｅｕｓ 的直流电动机闭环调速系统设计

［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（１２）５２－５６

［９］ 　 费红姿范立云费景洲等基于虚拟仪器的直流电机模糊

ＰＩＤ 控制实验研究［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（３）８１－８４

［１０］ 　 施尚英基于 ＬａｂＶＩＥＷ 数字 ＰＩＤ 直流电机调速系统的实现

［Ｊ］ 四川职业技术学院学报２０１６２６（４）１７４－１７６

［１１］ 　 胡传志沈建华彭晓晶基于限幅增量式 ＰＩＤ 的直流电动机

转速控制系统［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（５）２４－２７

［１２］ 　 张建平 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机控制系统的设计与实现

［Ｊ］ 智能机器人２０１７（５）６９－７１

［１３］ 　 段力学ＰＩＤ 参数整定方法分类与概述［Ｊ］ 现代计算机（专业

版）２０１２（７）２３－２６

［１４］ 　 沈峰钟胜奎仲兆准等 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机 ＰＩＤ 速

度控制系统设计［Ｊ］ 机械制造与自动化２０１４４３（３）１８９－

１９０

［１５］ 　 李明轩 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的电机转速控制系统的研究［Ｊ］ 电脑

编程技巧与维护２０１７（１１）３１－３２

收稿日期２０１８－０７－１２修改日期２０１８－１０－０９作者简介朱琴跃（１９７０－）女江苏无锡人博士副教授

研究方向为电力牵引传动控制电力电子变流

技术

３２

王苗苗等大米米酒提取物抗氧化作用研究

图 ３　 ＤＰＰＨ 自由基清除效果

３　 结语

（１）通常自由基实验以维生素 Ｃ 为阳性对照

品但是维生素 Ｃ 是公认的强抗氧化剂而且属于

单体 米酒提取药液为混合物没有进一步分离抗氧化性明显不如 Ｖｃ

（２）实验选用安琪酵母（网购）米酒酿制成功

后酒精浓度不大和网上评论一致 如果采用不同

厂家的酵母可能会导致不同的结果（３）实验证明米酒具有抗氧化的作用进而证

明米酒对人体健康是有益的饮品

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）

［１］ 　 王敏朱会霞孙金旭等高温酵母的分离及其特性的研究

［Ｊ］ 中国酿造２００６２５（１１）３８－４１

［２］ 　 潘静王昌禄李风娟等多耐性酒精酵母菌的选育及特性研

究［Ｊ］ 中国酿造２０１１３０（５）１１３－１１６

［３］ 　 杨生玉朱显峰张彭湃纯种发酵江米甜酒中游离氨基酸和挥

发性香气成分的组成分析［ Ｊ］ 食品工业科技２００５（１）７１－

７３

［４］ 　 张海波张彦陈少峰江米酒中有机酸分析［ Ｊ］ 食品科技

２００７（７）２０３－２０５

［５］ 　 汪建国黄酒的营养价值及保健功能［Ｊ］ 中国酿造１９９８（６）

３４－４０

［６］ 　 王文平郭祀远李琳等苯酚－硫酸法测定野木瓜中多糖含

量的研究［Ｊ］ 食品科学２００７２８（４）２７６－２７９

［７］ 　 颜军苟小军邹全付等分光光度法测定 Ｆｅｎｔｏｎ 反应产生的

羟基自由基［Ｊ］ 成都大学学报（自然科学版）２００９２８（２）９１－９４

［８］ 　 韩少华朱靖博王妍妍邻苯三酚自氧化法测定抗氧化活性的

方法研究［Ｊ］ 中国酿造２００９（６）１５５－１５７

［９］ 　 罗娅君赵正娟刘思曼等乌蕨不同提取液对氧自由基的清

除作用［Ｊ］ 四川师范大学学报（自然科学版）２０１０３３（１）９３－９５

［１０］ 　 韦献雅殷丽琴钟成等ＤＰＰＨ 法评价抗氧化活性研究进展

［Ｊ］ 食品科学２０１４３５（９）３１７－３２１

［１１］ 　 顾有方陈会良刘德义等自由基的生理病理作用［ Ｊ］ 动物

医学进展２００５２６（１）９４－９７

［１２］ 　 王萍葛丽花阿魏酸低聚糖的体外抗氧化性质的研究［ Ｊ］ 食

品研究与开发２００７２８（３）８－１０

［１３］ 　 Ｌｉ Ｊ ＷＬｉｕ Ｙ ＦＦａｎ Ｌ Ｐｅｔ ａｌＡｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｙｓａｃ

ｃｈａｒｉｄｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｒｕｉｔｉｎｇ ｂｏｄｉｅｓ ｏｆ Ｚｉｚｙｐｈｕｓ Ｊｕｊｕｂａ ｃｖ Ｊｉｎｓｉｘｉ

ａｏｚａｏ［Ｊ］ Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ２０１１８４（１）３９０－３９４

［１４］ 　 Ｌｏｃａｔｅｌｌｉ ＭＧｉｎｄｒｏ ＲＴｒａｖａｇｌｉａ Ｆｅｔ ａｌＳｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ＤＰＰＨ ｓｃａｖ

ｅｎｇｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｆｒｅｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔ ｉｎ

ｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔａ［Ｊ］ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２００９１１４（３）８８９－８９７

［１５］ 　 赵斌葛金芳朱娟娟等小议在 ＭＴＴ 法测细胞增殖抑制率

中 ＩＣ５０的计算方法［Ｊ］ 安徽医药２００７１１（９）８３４－８３５

收稿日期２０１８－０３－３１修改日期２０１８－０４－２８作者简介王苗苗（１９９４－）女黑龙江绥化人在读学生

10509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979105097910509791050979（上接第 １９ 页）［４］ 　 费红姿刘友范立云等自动控制原理开放式 ＥＬＶＩＳ 虚拟实

验平台［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１３３２（９）１１６－１１９

［５］ 　 蔡晓艳王照平 ＮＩ ＥＬＶＩＳⅡ在模拟电子技术实验教学中的应

用 ［Ｊ］ 实验室科学 ２０１７２０（１） ５４－５７

［６］ 　 白洁骆一萍孔忻基于 ＮＩ ＥＬＶＩＳ 的直流电机转速测控实验

系统的开发［Ｊ］ 实验室科学２０１４１７（３）４１－４４

［７］ 　 王立涛 直流电机 ＰＩＤ 控制系统仿真研究［Ｊ］ 电子设计工程

２０１２（１８） ６７－６９

［８］ 　 朱奥辞赵钢基于 Ｐｒｏｔｅｕｓ 的直流电动机闭环调速系统设计

［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（１２）５２－５６

［９］ 　 费红姿范立云费景洲等基于虚拟仪器的直流电机模糊

ＰＩＤ 控制实验研究［Ｊ］ 实验技术与管理２０１５３２（３）８１－８４

［１０］ 　 施尚英基于 ＬａｂＶＩＥＷ 数字 ＰＩＤ 直流电机调速系统的实现

［Ｊ］ 四川职业技术学院学报２０１６２６（４）１７４－１７６

［１１］ 　 胡传志沈建华彭晓晶基于限幅增量式 ＰＩＤ 的直流电动机

转速控制系统［Ｊ］ 实验室研究与探索２０１７３６（５）２４－２７

［１２］ 　 张建平 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机控制系统的设计与实现

［Ｊ］ 智能机器人２０１７（５）６９－７１

［１３］ 　 段力学ＰＩＤ 参数整定方法分类与概述［Ｊ］ 现代计算机（专业

版）２０１２（７）２３－２６

［１４］ 　 沈峰钟胜奎仲兆准等 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的直流电机 ＰＩＤ 速

度控制系统设计［Ｊ］ 机械制造与自动化２０１４４３（３）１８９－

１９０

［１５］ 　 李明轩 基于 ＬａｂＶＩＥＷ 的电机转速控制系统的研究［Ｊ］ 电脑

编程技巧与维护２０１７（１１）３１－３２

收稿日期２０１８－０７－１２修改日期２０１８－１０－０９作者简介朱琴跃（１９７０－）女江苏无锡人博士副教授

研究方向为电力牵引传动控制电力电子变流

技术

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