电力拖动运动控制系统 教学课件 作者 丁学文 第9章.ppt

《电力拖动运动控制系统 教学课件 作者 丁学文 第9章.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、计算机控制的电力拖动运动控制系统第九章前面几章所讨论的模拟式电力拖动运动控制系统主要使用运算放大器等线性器件构成系统的调节器、控制器、比较器等，使用计算机控制以后，这些功能全都由计算机完成。计算机有强大的数字运算、逻辑运算和存储记忆等功能，可以灵活地实现任何一种控制算法，并且在需要的时候用软件完成监控、故障诊断以及通讯等功能，使系统更优。9.1数字控制电力拖动运动控制基础模拟系统具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点，便于入门学习，但是存在硬件线路复杂、灵活性差、易受温度影响和存在漂移等缺点，正逐渐被数字系统所取代。可以

2、实现复杂的功能，如给定、反馈、校正、运算、判断、监控、报警、数据处理、故障诊断、触发控制、PWM脉冲产生等。以微处理器为核心的数字控制系统的主要优点是：由于集成度高，可以显著地降低成本；由于连线少，可以明显地改善可靠性；不存在温漂问题，计算100%准确；用统一的硬件电路和灵活的软件满足不同的需求；对于软件实现的功能，不容易使用仪器观测，也不容易调试。数字控制系统的不足之处是：存在采样和量化误差；响应速度往往慢于专用的硬件和模拟电路，采样时间造成的延迟可能引起系统的不稳定；软件编写人工费用高；9.1.1数字控制电力拖动系统结构

3、数字式电力拖动系统的结构如图9-1所示，它由控制器、D/A转换、功率放大、电动机以及A/D转换等单元组成。给定值是数字量，反馈量经A/D转换后也转换为数字量，控制器是全数字式的，它的输出是数字量，须经D/A转换变成模拟量后，方可控制模拟的被控对象。控制器D/A功率放大电动机A/D图9-1计算机控制的电力拖动系统给定值被控量晶闸管触发方式如果开关型功率放大器用晶闸管实现，则计算机算出的数字量将转换为晶闸管的触发推迟角，实现对电动机电压和电流的控制。晶闸管的功率可以做得很大，因此在大功率电力拖动系统中常常使用此控制方式。1.控制

4、方式计算机需要经过D/A转换后方可对外施加控制，D/A转换的方式有以下几种。D/A转换控制方式将数字信号转变为模拟信号，然后经过线性功率放大器放大为电动机的电压或者电流，实现对电动机的控制。线性放大器的功耗很大，只适用于小型或微型电动机的情况。PWM控制方式将数字信号转换为脉宽调制（PWM）信号，然后经开关型功率放大器对电动机的电压或电流进行控制。开关型功率器件损耗小，因此大部分中小功率电力拖动系统都采用此方式。例题9-1某直流电机的额定电流IN=160A，允许的瞬时过流倍数λ=2，额定转速nN=1470r/min，内部计算

5、定点数的字长为16位，试确定电枢电流和转速的量化系数。2.数字量化将模拟量送入计算机前必须进行数字量化，量化的原则是：在保证不溢出的前提下，数值越大越好。可用量化系数K来显示量化的精度，其定义为K=计算机内部存储值/物理量的实际值微机数字控制中的量化系数相当于模拟控制系统中的反馈系数。量化系数与物理量的变化范围和计算机内部的字长有关,下面用例子说明:解：定点数长度为16位，最高位留作符号位，只有15位可以表示量值，故最大表达值Dmax=215-1。电枢电流最大允许瞬时值Imax为2IN，因此电枢电流的量化系数为/A额定转速n

6、N=1470r/min,取nmax=1.2nN，则转速量化系数为/(r/min)对上述运算结果取整数得。数字式传感器信号采样如果传感器本身已经是数字式的，则可免除A/D转换。3.反馈信号的采样电动机的被控量，例如转速、电流，经常是模拟形式的物理量，要实现闭环控制，需要将这些模拟量转换成数字量，然后输入到计算机内。A/D转换有以下几种方法。A/D转换器实现信号的采样可以使用单片机内或DSP片内集成的A/D转换器，也可以使用片外的A/D转换器芯片。光电编码器实现信号的采样。采样运算输出采样运算输出…………第n次运行第n+1次运行

7、图9-2计算机的采样控制A/DD/AA/DD/A4.数字系统的离散控制过程数字系统的控制是以采样周期为基础的采样-A/D转换-控制律运算-控制量输出-D/A转换周尔复始的过程,如图9-2所示。这种控制模式引入了滞后,从实时性的角度考虑,采样周期应该越短越好,但A/D转换、控制律运算、D/A转换都需要时间,因而采样周期的选择需要综合考虑.香农（Shannon）采样定理根据香农采样定理，采样频率fs应不小于信号频谱中最高频率fmax的2倍，方能经滤波后不失真的重现原模拟信号。但实际系统中信号的最高频率很难确定，因此难以直接用采样

8、定理来确定系统的采样周期。5.采样周期的选择计算机完成一次数字量输入、控制律运算、数字量输出所需的时间称为采样周期，用Ts(或T)表示。它的倒数称为采样频率fs或采样角频率ωs=2πfs。在计算机控制系统中,采样周期的选择应遵循以下的原则。受计算机精度与速度的制约微型计算机一般字长有限，并