计算机控制的直流调速系统

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项目一 数字化控制
• 离散化和数字化的结果导致了信号在时间上和量值上 的 不 连 续 性 ， 从 而 会 引 起 下 述的 负 面 效 应 ： 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 ， 经 过 计 算 机 运 算 和 处 理 后输 出 的 信 号 仍 是 一 个时间上离散、量值上数字化的信号，显然不能直接 作 用 于 被 控 对象 ， 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。
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项目一 数字化控制
• ３.微 机 数 字 控 制 系 统 的 输 入 与 输 出 变 量 • 微机数字控制系统的输入与输出可以是模拟量，也可
以 是 数 字 量 。 模 拟 量 是 连 续 变 化 的物 理 量 ， 如 转 速 、 电 流和电压等。对于计算机来说，所有的模拟输入量必 须 经 过 Ａ／ Ｄ 转 换为 数 字 量 ， 而 模 拟 输 出 量 必 须 经 过 Ｄ ／Ａ转换才能得到。数字量是量化了的模拟量，可以 直接 参 与 数 字 运 算 。 • １） 系 统 给 定 • 系统给定有模拟给定和数字给定两种方式。 • 模拟给定是以模拟量表示的给定值，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 ， 如 图 ５ －１ 所 示 。
• 微机数字控制系统中的存储系数相当于模拟控制系统 中 的 反 馈 系 数 。 显 然 ， 存 储 系 数 与物 理 量 的 变 化 范 围 和 计算机内部定点数的长度有关。
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项目一 数字化控制
• ２.采 样 频 率 的 选 择 • 微机数字控制系统是离散系统，数字控制器来自百度文库须定时
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项目一 数字化控制
• 当 测 速 发 电 机 输 出 电 压 通 过 Ａ／ Ｄ 转 换 输 入 到 微 机 时 ， 由 于 多 数 Ａ／ Ｄ 转 换 电路 只 是 单 极 性 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 过 Ａ／ Ｄ 转 换 后 得 到 以 偏 移 码 变 换 为 源 码 或 补 码 ， 然 后 进 行 闭 环 控 制 。 有 关 偏 移 码 或 源 码或 补 码 的 内 容可参考相关的计算机控制文献。
模块五 计算机控制的直流调速系统
• 项目一 数字化控制 • 项目二 数字控制分析
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项目一 数字化控制
• 任务 计算机数字控制的主要特点
• 在前面任务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，因而电路复杂、通用性差，控制 效果 受 到 器 件 性 能 、 温 度 等 因 素 的 影 响 。
• 随着微电子技术的进步，微处理器的计算速度不断提 高 ， 其 位 数 也 在 不 断 增 加 ， 上 述 两个 问 题 的 影 响 已 经 越 来越小。
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项目一 数字化控制
• １.数 字 量 化 • 在微机数字控制系统中，将模拟量输入计算机前必须
进 行 数 字 量 化 。 量 化 的 原 则是 ， 在 保 证 不 溢 出 的 前 提 下，精度越高越好。可用存储系数Ｋ来显示量化的精 度 ， 其定 义 为
• 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。其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 。 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。
地 对 给 定 信 号 和 反 馈 信 号 进 行 采样 ， 要 使 离 散 的 数 字 信 号在处理完毕后能够不失真地复现连续的模拟信号， 对 系 统 的 采 样 频率 须 有 一 定 的 要 求 。 • 根 据 香 农 （ Ｓｈａｎｎｏｎ） 采 样 定 理 ， 采 样 频 率 ｆ ｓａ ｍ 应 不 小 于 信 号 最 高 频 率 ｆ ｍａｘ 的 ２ 倍 ， 即 ｆ ｓａｍ ≥ • ２ｆ ｍａｘ ， 这 时 经 采 样 及 保 持 后 ， 原 信 号 的 频 谱 可 以 不 发 生 明 显 的 畸 变 ， 系 统 可 保 持 原 有 的 性 能 。但 实 际 系 统中信号的最佳频率很难确定，尤其对非周期性信号 （ 系 统 的 过 渡 过 程 ） 来 说 ， 其频 谱 为 ０ ～∞的 连 续 函 数 ， 理 论 上 最 高 频 率 ｆ ｍａｘ 为 无 穷 大 。 因 此 ， 难 以 直 接 用 采 样 定 理 来 确 定系 统 的 采 样 频 率 。
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项目一 数字化控制
• 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 ， 如 图 ５ － ２所示。
• ２） 状 态 检 测 • 系统运行中的实际状态量，如转速、电压和电流等，
在 闭 环 控 制 时 应 该 反 馈 给 微 机 ， 因此 必 须 首 先 检 测 出 来。 • ３） 转 速 检 测 • 转速检测有模拟和数字两种方法。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 括了转速的方向，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 。