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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电力拖动自动控制系统,*,电力传动控制系统,*,直流调速系统的数字控制,电力拖动自动控制系统,第,3,章,1,主要内容,3.1,微型计算机数字控制的主要特点,3.2,微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件,3.3,数字测速与滤波,3.4,数字,PI,调节器,*,3.5,按离散控制系统设计数字控制器,*,3.6,故障检测、保护与自诊断,2,学习要点：,1.,介绍：离散化、数字化；,2.,数字量化和采样频率选择；,3.,控制系统的输入、输出变量,;,4.,介绍数字控制双闭环直流调速系统的硬件电路和软件。,重点：,数字控制双闭环直流调速系统的硬件电路和软件的结构。,3,模拟系统的优、缺点,优点,:,物理概念清晰,;,控制信号流向直观,。,缺点,:,控制规律体现在硬件电路上，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。,4,3.1,微型计算机数字控制的主要特点,硬件电路标准化程度,高,，,不受器件温度漂移的影响；,进行逻辑判断和复杂运算，实现不同于一般线性调节的控制规律，,控制软件更改灵活方便。,具有信息存储、数据通信和故障诊断等功能。,5,微机数字控制系统的主要特点是,离散化,和,数字化,。,离散化和数字化,6,O,t,f,(,t,),原信号,O,n,f,(n,T,),1,2,3,4,采样,离散化,对模拟的连续信号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。,7,数字化,离散信号经保持器保持后，还须经过数字量化，即用一组数码（如二进制码）来逼近离散的模拟信号,。,保持,O,n,N,(n,T,),N,a,(nT,),（,电,压,）,N,d,(nT,),（,数码,）,8,离散化和数字化的负面效应,离散化,:,时间上的不连续性；,数字化,:,量值上的不连续性。,负面效应：,A/D,转换的,量化误差,，影响控制精度和平滑性。,D/A,转换的,滞后效应,，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。,9,3.1.1,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。,存储系数显示量化的精度，其定义为,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。,10,3.1.2,采样频率的选择,Shannon,采样定理,:,f,sam,应不小于信号最高频率,f,max,的,2,倍,，,即,f,sam,2,f,max,这样，经采样及保持后，原信号的频谱不发生明显的畸变，系统保持原有的性能,。,11,采样频率,实际系统中信号的最高频率很难确定，尤其对非周期性信号（系统的过渡过程），其,频谱为,0,至,的连续函数，最高频率理论上为无穷大。,因此，难以直接用采样定理来确定系统的采样频率。,12,系统采样频率的确定,在一般情况下，可以令采样周期,T,min,为控制对象的最小时间常数。,或用采样角频率,sam,c,为控制系统的截止频率,。,13,3.1.3,微机数字控制系统的输入与输出变量,可以是模拟量，也可以是数字量,:,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，可以直接参加运算。,14,(1).,系统给定,a),模拟给定,b),数字给定,15,(2).,状态检测,状态量检测的作用：构成反馈控制，保护和故障诊断信息的来源。,1,）转速检测：,模拟和数字检测方法。,2,）电流和电压检测,：,一般需要,A/D,转换,。,16,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。,（,2,）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，即数字测速。,17,测速基本方式,18,极性转换,多数状态量为双极性（大小和方向），,A/D,转换电路一般是单极性的，必须进行极性转换。,经,A/D,转换后得到以,偏移码,表示的数字量，再用软件将偏移码变换为,原码,或,补码,。,19,原码、补码和偏移码,实际值,原码,补码,偏移码,127,7FH,7FH,FFH,0,00H,00H,80H,-127,FFH,81H,01H,-128,80H,00H,20,(3).,输出变量,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。,21,3.2,微机数字控制双闭环直流调速系统 的硬件和软件,3.2.0,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.,微型计算机控制系统,22,1).,数模混合控制系统,U,*,n,U,n,U,*,i,U,c,U,i,-,数字电路,-,功率放大电路,23,数模混合控制系统特点：,转速采用模拟调节器，也可采用数字调节器；,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。,24,2).,数字电路控制系统,数字电路,主电路,-,U,c,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,25,3).,微机数字控制系统,主电路,微机控制电路,-,U,*,n,U,n,U,i,U,*,i,U,c,26,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,27,3.2.1,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系统组成：,主电路,检测电路,控制电路,给定,与,显示电路,28,下标“,dig”,表示数字量,微机数字控制的双闭环直流调速系统,29,微机数字控制双闭环直流,PWM,调速系统硬件结构图,电容串联提高耐压等级,30,主回路,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：,直流,PWM,功率变换器,晶闸管可控整流器,31,检测回路,检测回路包括电压、电流、温度和转速检测（数字测速）,其中：,转速检测用数字测速；,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。,32,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。,33,电流检测方法,（,1,）电流互感器,电流检测电路,TA,电流互感器,U,0,34,（,2,）霍尔效应电流变换器,U,H,=,K,H,B,I,c,K,H,为霍尔常数；,B,为与被测电流,I,d,成正比的磁通密度；,I,c,为控制电流。,R,1,R,0,A,1,R,0,R,1,U,H,I,d,I,c,U,i,35,故障综合,对电压、电流、温度等信号进行分析比较，若发生故障立即通知微机，以便及时处理，避免故障进一步扩大。,36,数字控制器,专为电机控制设计的微处理器：,除了带有,A/D,转换器、通用,I/O,和通信接口；,还带有一般微机并不具备的故障保护、数字测速和,PWM,生成功能。,如：,Intel 8X196MC,系列,或,TMS320X240,系列等。,（见“电机控制专用集成电路”相关资料）,37,3.2.2,微机数字控制双闭环直流调速系统的,控制,软件,微机数字控制双闭环直流调速系统的软件有：,主程序,初始化子程序,中断服务子程序等,38,主程序,完成实时性要求不高的功能，,系统初始化后，键盘处理、刷新显示、数据通信等功能,。,39,初始化子程序,硬件工作方式的设定、系统运行参数和变量的初始化等。,40,中断服务子程序,实时性强，由相应的中断源提出申请，,CPU,实时响应。,转速调节中断子程序（中断级别最低）,电流调节中断子程序（中断级别居中）,故障保护中断子程序（优先级别最高）,41,转速调节中断,子程序,转速反馈,转速调节,启动测,速,42,电流调节中断子程序,电流反馈,电流调节,PWM,生成,43,故障保护中断,子程序,封锁,PWM,输出,分析故障原因,显示故障并报警,44,作业：,3-1,45,
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