自动控制系统第五章直流调速系统的数字控制

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1、第五章直流调速系统的数字控制自动控制系统内容提要问题的提出微型计算机数字控制的主要特点微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件数字PI调节器问题的提出前两章中论述了直流调速系统的基本规律和设计方法，所有的调节器均用运算放大器实现，属模拟控制系统。模拟系统具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点，便于学习入门，但其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上，因而线路复杂、通用性差，控制效果受到器件的性能、温度等因素的影响。数字控制与模拟控制相比较，有以下特点：①印刷电路板面积小，连线少；产品的生产周期短，调试时间短，生产效率高。②容易实现复杂的控制思想，调速精度

2、高于模拟调速系统。③可靠性（故障率低）及可维护性（排除故障时间短）高于模拟调速系统。第一节微型计算机数字控制的主要特点总之，微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高，可以提高控制性能，此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化。离散化为了把模拟的连续信号输入计算机，必须首先在具有一定周期的采样时刻对它们进行实时采样，形成一连串的脉冲信号，即离散的模拟信号，这就是离散化。Otf(t)原信号Onf(nT)1234…采样数字化采样后得到的离散

3、信号本质上还是模拟信号，还须经过数字量化，即用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是数字化。数字化OnN(nT)离散化和数字化的负面效应离散化和数字化的结果导致了时间上和量值上的不连续性，从而引起下述的负面效应：（1）A/D转换的量化误差模拟信号可以有无穷多的数值，而数码总是有限的，用数码来逼近模拟信号是近似的，会产生量化误差，影响控制精度和平滑性。（2）D/A转换的滞后效应经过计算机运算和处理后输出的数字信号必须由数模转换器D/A和保持器将它转换为连续的模拟量，再经放大后驱动被控对象。但是，保持器会提高控制系统传递函数

4、分母的阶次，使系统的稳定裕量减小，甚至会破坏系统的稳定性。随着微电子技术的进步，微处理器的运算速度不断提高，其位数也不断增加，上述两个问题的影响已经越来越小。但微机数字控制系统的主要特点及其负面效应需要在系统分析中引起重视，并在系统设计中予以解决。第二节微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件5.2.0系统组成方式数字控制直流调速系统的组成方式大致可分为三种：1.数模混合控制系统2.数字电路控制系统3.计算机控制系统数模混合控制系统特点：转速采用模拟调节器，也可采用模拟调节器；电流调节器采用数字调节器；脉冲触发装置则采用模拟电路。数字直流可逆调速系统的结

5、构图2.数字电路控制系统数字电路控制系统特点：除主电路和功放电路外，转速、电流调节器，以及脉冲触发装置等全部由数字电路组成。在数字装置中，由计算机软硬件实现其功能，即为计算机控制系统。系统的特点：双闭环系统结构，采用微机控制。全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和检测。采用数字PI算法，由软件实现转速、电流调节。5.2.1微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件结构微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构如图所示，系统由以下部分组成主电路检测电路控制电路给定电路显示电路微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图主回路——微机数字控制双闭环直流调速系统主电路中

6、的UPE有两种方式：直流PWM功率变换器晶闸管可控整流器检测回路——检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，其中：电压、电流和温度检测由A/D转换通道变为数字量送入微机转速检测用数字测速1.转速检测转速检测有模拟和数字两种检测方法：1）模拟测速一般采用测速发电机，其输出电压不仅表示了转速的大小，还包含了转速的方向，在调速系统中（尤其在可逆系统中），转速的方向也是不可缺少的。因此必须经过适当的变换，将双极性的电压信号转换为单极性电压信号，经A/D转换后得到的数字量送入微机。但偏移码不能直接参与运算，必须用软件将偏移码变换为原码或补码，然后进行闭环控制。2）对

7、于要求精度高、调速范围大的系统，往往需要采用旋转编码器测速，即数字测速。测速基本方式2.电流和电压检测电流和电压检测除了用来构成相应的反馈控制外，还是各种保护和故障诊断信息的来源。电流、电压信号也存在幅值和极性的问题，需经过一定的处理后，经A/D转换送入微机，其处理方法与转速相同。电流检测方法（1）电流互感器ABCUiUi0~（2）霍尔效应电流变换器UH=KHBIcKH—霍尔常数；B—与被测电流成正比的磁通密度；Ic—控制电流。HLUi+-IdIcUHR1R0A1R0R1UHIdIcUi信号隔离与转换R1RoUiR2R3R4R5R6Uia+15V+5VUA

8、UBA/DR1R0R2R3R4UBR5R6UiaUiA1A2故障综