自动控制系统第三章.pptVIP

第三章 直流调速系统的数字控制 问题的提出 ： 前两章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。 以微处理器为核心的数字控制系统（简称微机数字控制系统）硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响；控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律，而且更改起来灵活方便。 3.1 微型计算机数字控制的主要特点 数字控制的主要特点： 计算机只能处理数字信号，与模拟控制系统相比，数字控制系统的主要特点是离散化和数字化： 数字化： 采样后得到的离散信号本质上还是模拟信号，也是连续信号（需采样保持），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。 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： 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。 D/A转换的滞后效应： 经过计算机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。 3.2 数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件 3.2.1 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 1. 数模混合控制系统 数模混合控制系统特点： 1）转速采用模拟调节器，也可采用数字调节器； 2）电流调节器采用数字调节器； 3）脉冲触发装置则采用模拟电路。 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。 3. 计算机控制系统 3.2.1 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 1）主电路 2）检测电路 3）控制电路(数字控制器) 4）给定电路 5）显示电路 主电路——微机数字控制双闭环直流调速系统主电路中的UPE有两种方式： 1）直流PWM功率变换器 2）晶闸管可控整流器 系统给定：系统给定有两种方式： （1）模拟给定：模拟给定是以模拟量表示的给定值，例如给定电位器的输出电压。模拟给定须经A/D转换为数字量，再参与运算； （2）数字给定：数字给定是用数字量表示的给定值，可以是拨盘设定、键盘设定或采用通信方式由上位机直接发送见下图。 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：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，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。 （2）数字测速：对于要求精度高、调速范围大的系统，往往需要采用旋转编码器测速。 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。 键盘与显示电路 输出变量——微机系统的控制对象是功率变换器（电力电子器件），可以用开关量直接控制功率器件的通断，也可以用经 D/A 转换得到的模拟量去控制功率变换器。 随着电机控制专用单片微机的产生，前者逐渐成为主流，例如Intel公司8X196MC系列和TI公司TMS320X240系列DSP可直接生成PWM驱动信号，经过放大环节控制功率器件，从而控制功率变换器的输出电压。 3.2.2 微机数字控制双闭环直流调速系统的软件框图 微机控制系统的控制规律是靠软件来实现的，所有的硬件也必须由软件实施管理。 微机控制双闭环直流调速系统的软件有： 1）主程序：完成实时性要求不高的功能，完成系统初始化后，实现键盘处理、刷新显示、与上位计算机和其他外设通信等功能 2）初始化子程序：完成硬件