数字伺服系统的设计

(2)主机类型
(a). 注意事项：量化误差、计算机字长、A/D、 D/A、信号动态范围、采样周期等 (b)主机 微型计算机：有丰富的软件系统，但成本较 高、对系统使用环境要求较高； 工控机(IPC)：用于工程测量、控制和数据采 集。(成本较高) 单片机：8位、16位、32位；单片机系统中 主要包括CPU、EPROM、RAM、I/O接口
单回路数字调节器(SSC)：主要用于智能仪表；主要包 括MPU、I/O单元、面板单元、编程单元、通信单元 PLC：功能齐全：控制(逻辑、定时、计数、顺序控制)、 输入输出接口、数字存储与处理(辅助继电器、状态 继电器、延时继电器、锁存继电器、主控继电器、 定时/计数器等)、通讯、扩展功能(PID闭环回路等)； 应用灵活(积木式硬件结构)；操作维修方便 DSP：特别是用于数字信号处理运算，可实时快速实 现各种数字信号处理算法；(IT、AD) (TMS320系列)
三种方法的比较 (a). 直接法，需要传输的数据多、占用内存多、运算 中量化噪声对输出影响较大，控制器输出对参数设 计误差敏感。但计算延时很小 字长较短、控制器阶次不宜采用该方法。 (b). 并行法、串行法的输出对参数设置误差不敏感， 量化误差对输出影响较小；对阶次较高的数字控制 器优先采用并行法设计 (c). 串行法计算效率最高，中间结果有时有用，如零、 极点设计，该方法提供了很好的灵活性。
2. 数字控制系统控制过程
实时数 据采集 实时控 制决策 实时控 制输出
数字控制系统突出“实时”性---即计算机在时间 允许的范围内完成信息的输入、处理和输出
3. 一般步骤
(1). 总体方案设计：主要功能、技术指标、控制策略、 系统硬件结构、软件功能、抗干扰性、经费使用及 进度安排等。 (2). 硬件的设计和实现：包括信息采集、输出通道模 板、控制器、总线结构、检测装置、功率放大装置 等 (3)来自百度文库系统软件设计实现：数据类型、数据结构、资源 分配、实时控制软件 (4). 系统调试：离线仿真调试、在线调试、允许、运 行
(4). 采样频率的选取 a. T<Td/10(Td为闭环系统主导极点时间常数)； b. T<(0.25~0.1)t（t为延滞时间） c. T<Ts/10(Ts为稳态调节时间)
数字伺服系统的设计
这里讨论的主要以计算机为控制器的伺服系 统 1. 可以充分利用计算机强大的数值计算、逻辑 判断等信息处理能力； 2. 能够实现更复杂、更全面的控制策略，为现 代控制理论的应用提供有利工具； 3. 控制性能更优异、控制方案更灵活，便于修 改；
1. 数字伺服系统组成
数字伺服系统主要由硬件和软件部分构成。 硬件结构上主要包括：CPU控制器、常规外 围设备、输入输出通道(A/D、D/A、DI、DO、 继电器触点等)、功率放大装置、检测装置、 执行机构、操作平台、负载。 软件包括：操作系统、应用程序(监控程序、 控制程序、公共应用程序)、数据库
(3). A/D转换器
多路A/D转换器结构 信号处理---模拟开关----放大器---采样保持— A/D---接口---CPU总线(信号传输) CPU控制线（绘制草图结构）
检测信息输入通道
(在检测装置的稳态设计中已经提过)
D/A输出通道
已AD567为例说明
4. 软件设计
计算机控制中讨论(控制器的设计方法) (1). 连续设计法 (2).离散设计法 控制算法的实现(D(z)) (1). 直接设计法 (2).串行设计法 (3). 并行设计法
惯性滤波：模拟低通滤波器，适用于输入信号频繁 波动场合，即存在高频噪声。该方法设计的滤波器 无明显波纹、反应又不太迟缓]) Kalman滤波(属于最小方差滤波) 小波滤波，可有效去除叠加性高斯白噪声。 (2). 分段线性化： 解决非线性特性的线性化。 (3). 线性标度变换：将测量的数值转换成有量纲的数值。
5. 需要注意的问题
(1).检测信号的处理 a. 信号滤波(模拟滤波、数字滤波） 平均值滤波: • 算术平均值法【1次循环进行多次数据采集，然后 平均】 • 滑动平均值法【1次循环测量1次数据，可满足快速 控制的实时性】 • 防脉冲干扰平均值法【在上述两种方法中，先提出 最大值和最小值，然后平均】 程序判断滤波法，包括限幅滤波，限速滤波 对随机脉冲干扰和采样器不稳定引起的失真具有良好 的滤波效果；对限制阈值的确定比较困难，受到收入 信号形式、采样周期等的影响，因此需要大量的观测 和试验确定，
4. 硬件设计实现
(1). 总线 a. 局部总线：芯片或元件级总线(数据总线、 控制总线、地址总线) b. 系统总线：板级总线(ISA总线、EISA总线、 PCI总线、 STD总线、PC104总线) c. 外总线：通信总线(不同微机与智能仪器仪 表之间的信息传递) RS-232C、RS-422、RS-485、USB总线、 IEEE1394总线、CAN总线等。