数字随动系统2011.pdfVIP

§4.1 数字随动系统 本数字随动实验系统是一个由计算机作为控制器的位置随动系统。它将计算机给定的时 间上不连续的数字量，变成时间上连续的模拟量(角位移或转角) 。当计算机给定数字量发生 变化时，输出的模拟量也随之发生相应的变化。 无论在工业上，还是在军事上，都不乏随动系统的例子。例如由计算机控制的火炮防空 系统，便是数字随动系统的典型实例。当目标进入雷达作用半径以内，一旦被自动跟踪雷达 发现就被跟踪，同时自动雷达将测得的目标当时位置(距离，方位角和高低角)随时送入计算 机。计算机则按人们事先规定的推算方法迅速计算出目标的航向、航速以及射击武器的发射 角度；引导其去击中目标。这里，计算机算出的发射角度即是火炮随动系统的数字给定，而 火炮防空系统应使火炮的实际发射角度与给定的发射角度相一致，才能够准确地击中目标。 这就要求跟踪既快且准，这就是数字随动系统应达到的性能指标。 基于数字随动实验系统进行相关实验和研究，可以培养学生在分析计算机控制系统硬件 构成和软件的设计原理；利用控制理论对控制系统进行分析与综合，进行控制系统调试能力； 分析和解决系统运行过程中出现的各种实际问题的能力。 学生的前导课：电子技术，计算机原理，自动控制系统，计算机控制系统等。 4.1.1 系统组成及工作原理 1．系统组成 数字随动系统由以下三部分组成：计算机及接口电路、实验箱、外围机组。实验箱包括： 速度调节器、电流调节器、PWM 电路、功率放大器；外围机组包括：直流力矩电动机、直 流测速电机、光电编码盘。系统结构示意图如图4.1 所示，实物图如图4.2 所示。 计算机 实验箱 外围机组 数字PID 速 度 电 流 PWM 功 率 直 流 控制器 调节器 调节器 电路 放大器 电动机 _ _ 数 _ 减速 字 电流反馈 器 给 定 速度反馈 直流 光电  测速机 码盘 位置反馈 图4.1 数字随动系统结构图 数字PID 控制器（位置调节器）、速度调节器、电流调节器：改善系统性能。 PWM 电路（脉宽调制电路）：把直流信号调制成与其特定关系的方波信号。 功率放大器：功率放大元件，对控制信号进行放大，提供功率以驱动执行电机转动。 直流力矩电动机：作为执行元件，把电信号转为机械运动，推动负载运动。 减速器：实现电机与负载之间的匹配。 直流测速机：作为速度反馈元件，检测直流力矩电机的速度，构成速度反馈。 光电码盘：作为角度检测元件，用来实现转角到数字量的转换，构成位置反馈。 图4.2 SKJ-PCI 数字随动系统实物图 2 ．工作原理 当系统控制软件启动时，电机处于静止状态。系统输入设定由计算机给定，该量与光电 码盘反馈相减，得到误差量。根据误差量，经过计算机实现某种控制规律(如PD 算法或PID 算法等) 的运算，得到数字调节器（即位置调节器）的输出量。该输出数字量经过D/A 转换， 得到相应的模拟量( 电压)Un* ，Un* 即作为速度调节器的输入信号，经过模拟的速度调节器 （ASR ）、电流调节器(ACR)、PWM 电路、功率放大器，驱动伺服电机旋转，通过