_直流调速系统的数字控制

数字控制系统特点：
1）硬件电路的标准化程度高； 2）可以实现较复杂的控制－－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； 3）具有很大的灵活性和适应性； 4）控制精度高； 5）可以进行信息存储，便于故障诊断和系统维护； 6）可提供人机界面，多机联网工作；
5.1 概述
在前四章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，这样的系统属模拟 控制系统。
模拟系统优点： （1）物理概念清晰； （2）具有控制信号流向直观等优点，便于学习入门；
缺点：
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。
Motion Control System
f(t)
离散化：为了把模拟的连
原信号
续信号输入计算机，首先
必须在具有一定周期的采
O
样时刻对它们进行实时采
f(nT)
样，形成一连串的脉冲信
t
采样
号，即离散的模拟信号，
这就是离散化。
Spring 2011
O 1 2 34 …
n
图5-2 （a）
7
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
5.2.1 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5-5所示，系统由以下部分组成：
给定模块
控制模块
主电路模块
检测电路模块
显示电路模块
Spring 2011
12
图5-4 微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图
8
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
数字化：
采样后得到的离散信号本
N(nT)
质上还是模拟信号，还须
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 O
就是数字化。
数字化
n
图5-2 （b）
Spring 2011
Spring 2011
3
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
5.2 微型计算机数字控制主要特点
Spring 2011
图5-1 微型计算机控制系统基本组成框图
4
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
Motion Control System
内容提要
❖ 微型计算机数字控制的主要特点 ❖ 微机数字控制双闭环直流调速系
统的硬件和软件 ❖ 数字测速与滤波 ❖ 数字PI调节器 ❖ 双闭环直流调速系统的MATLAB仿真
Spring 2011
2
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
Spring 2011
14
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
给定模块
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；
本身都带有A/D转换器、通用I/O和通信接口，还带有一般微机
并不具备的脉冲捕获和PWM生成模块，可大大简化数字控制系
统的硬件电路设计。
Spring 2011
17
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Spring 2011
5
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
离散化和数字化： 由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟
控制系统相比，微机数字控制系统必须对信号进行 离散化和数字化处理。
Spring 2011
6
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
微机
信
接
口
Spring 2011
16
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control SΒιβλιοθήκη Baidustem
控制模块－－数字控制器
数字控制器是系统的核心，可选用：
（1）单片机；
（2）数字信号处理器（DSP）；
（3）工控机；
（4）PLC等；
比如：TI的MSP430系列等专为电机控制设计的微处理器，
Motion Control System
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。
Spring 2011
11
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
采样周期的选取：
为了使连续信号采样后输入计算机而不失真，应根 据香农采样定理选取采样周期T使
T< 1 2 fmax
其中 fmax －－被采样信号的最高频率
在一般情况下可令采样周期：
T＝ Tmin 4～10
Tmin －－控制对象的最小时间
Spring 2011
9
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
5.2 微机数字控制双闭环直流调速系统
的硬件和软件
微机控制电路
A/D
U*n +
×
_
Un
ASR
U*i -Ui
× ACR
Uc
D/P
A~C
TA /3
主电路
PLG M
--
Spring 2011
P/D 10
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
第5章 数字控制的直流调速系统 与MATLAB仿真
Motion Control System
华南理工大学大学自动化科学与工程学院
College of Automation Science and Engineering South China University of Technology
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
（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。
Spring 2011
15
第5章 数字控制的直流调速系统与MATLAB仿真
Motion Control System
a) 模拟给定
b) 数字给定
+V
A/D 微机
拨盘 键盘
上位机
I/O
通