双闭环系统数字控制.ppt
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图中两处电流检测从故障诊断角度有意义。
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 故障保护、数字测速和PWM生成功能，
如：Intel 8X196MC系列或TMS320X240系 列等。
键盘与显示电路
故障综合
检测电路
检测回路 数字控制器
主回路
检测回路包括电压、电流、温度和转速 检测，其中：
封锁PWM输出 分析故障原因 显示故障并报警
封锁PWM 输出
分析、判断 故障原因
显示故障 原因
故障报警
等待系统 复位
当故障保护引脚的电平发生跳 变时申请故障保护中断，而转速调 节和电流调节均采用定时中断。
三种中断服务中，故障保护中 断优先级别最高，电流调节中断次 之，转速调节中断级别最低。
返回目录
故障保护中断子程序 （优先级别最高）
转速调节中断子程序
转速反馈 转速调节 启动测速
保护现场 读入转速给定
计算转速 转速调节 允许测速 恢复现场 中断返回
电流调节中断子程序
电流反馈 电流调节 PWM生成
保护现场 读入电流反馈
电流调节 PWM生成 启动A/D转换 恢复现场 中断返回
故障保护中断子程序
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：
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
直流PWM功率变换器（here）
转速检测用图数3字-4测微速机数字控制双闭环直流PW晶M闸调管速可控系整统流硬器件结构图
检测回路
1. 转速检测
转速检测有模拟和数字两种检测方法：
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
主程序
完成实时性要求 不高的功能。系 统初始化后，实 现键盘处理、刷 新显示、数据通 信等功能。
开始
系统初始化 N
有键按下吗？ Y
键处理
刷新显示
数据通信
初始化子程序
完成硬件器件 工作方式的设 定、系统运行 参数和变量的 初始化等。
转速、电流反馈控制直流调速系统
3.1 ~的组成及其静特性 3.2 ~的数学模型与动态过程分析 3.3 ~的设计 3.4 ~的仿真与数字控制
微机数字控制双闭环直流调速系统的 硬件和软件
数字控制系统的故障检测、保护与自 诊断*
微机数字控制双闭环直流调速系统的硬 件和软件
Q0 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. 计算机控制系统
1. 数模混合控制系统
2. 数字电路控制系统
数字电路
A/D
UU**nn
×
UU**ii -UUi
Ucc
ASR
× ACR
D/P
_
UU n n
P/D
~AC
TA /3
主电路
PLG -M-
3. 计算机控制系统
给定信号、反馈信号改为数字量；反馈系数改为存储系数。
• 电流检测方法 (pass)
（1）电流互感器 （2）霍尔效应电流变换器
• 信号隔离与转换(pass)
键盘与显示电路（图3-4）
CPU
BCD/
7
7段码
A0-3
INT
8279
3
D0-7
S0-3
CLK R0-7
LED显示器 8
8选1译码器
8选1译码器 8
键盘矩阵
Q2 软件框图
微机数字控制系统的控制规律是靠 软件来实现的，所有的硬件也必须由软 件实施管理。
系统初始化
设定定时器、P WM、 数字测速工作方式
设定I/O、通信接口及 显示、键盘工作方式
参数及变量 初始化
返回
中断服务子程序
完成实时性强的功能，如故障保护、PWM 生成、状态检测和数字PI调节等。
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）
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。但偏移码不能直接参与运算， 必须用软件将偏移码变换为原码或补码，然后进 行闭环控制。 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。
Fra Baidu bibliotek 测速基本方式
（1）测速发电机转换电路
电压隔离
TG
A/D
I/O
（2）光电码盘转换电路
+5V
PLG
逻辑控制
计数器
CPU CPU
2. 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。
微机数字控制双闭环直流调速系统
下标 “dig” 表示数 字量
图3-3 微机数字控制的双闭环直流调速系统
Q1 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3-4所示，系统由以下部 分组成
主回路 检测电路 故障综合 数字控制器 键盘与显示电路
故障综合
主回路
数字控制器
利用微机拥有强大的逻辑判断功能，对电 压、电流、温度等信号进行分析比较，若 发生故障立即进行故障诊断，以便及时处 理，避免故障进一步扩大。这也是采用微 机控制的优势所在。
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 故障保护、数字测速和PWM生成功能，
如：Intel 8X196MC系列或TMS320X240系 列等。
键盘与显示电路
故障综合
检测电路
检测回路 数字控制器
主回路
检测回路包括电压、电流、温度和转速 检测，其中：
封锁PWM输出 分析故障原因 显示故障并报警
封锁PWM 输出
分析、判断 故障原因
显示故障 原因
故障报警
等待系统 复位
当故障保护引脚的电平发生跳 变时申请故障保护中断，而转速调 节和电流调节均采用定时中断。
三种中断服务中，故障保护中 断优先级别最高，电流调节中断次 之，转速调节中断级别最低。
返回目录
故障保护中断子程序 （优先级别最高）
转速调节中断子程序
转速反馈 转速调节 启动测速
保护现场 读入转速给定
计算转速 转速调节 允许测速 恢复现场 中断返回
电流调节中断子程序
电流反馈 电流调节 PWM生成
保护现场 读入电流反馈
电流调节 PWM生成 启动A/D转换 恢复现场 中断返回
故障保护中断子程序
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：
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
直流PWM功率变换器（here）
转速检测用图数3字-4测微速机数字控制双闭环直流PW晶M闸调管速可控系整统流硬器件结构图
检测回路
1. 转速检测
转速检测有模拟和数字两种检测方法：
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
主程序
完成实时性要求 不高的功能。系 统初始化后，实 现键盘处理、刷 新显示、数据通 信等功能。
开始
系统初始化 N
有键按下吗？ Y
键处理
刷新显示
数据通信
初始化子程序
完成硬件器件 工作方式的设 定、系统运行 参数和变量的 初始化等。
转速、电流反馈控制直流调速系统
3.1 ~的组成及其静特性 3.2 ~的数学模型与动态过程分析 3.3 ~的设计 3.4 ~的仿真与数字控制
微机数字控制双闭环直流调速系统的 硬件和软件
数字控制系统的故障检测、保护与自 诊断*
微机数字控制双闭环直流调速系统的硬 件和软件
Q0 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. 计算机控制系统
1. 数模混合控制系统
2. 数字电路控制系统
数字电路
A/D
UU**nn
×
UU**ii -UUi
Ucc
ASR
× ACR
D/P
_
UU n n
P/D
~AC
TA /3
主电路
PLG -M-
3. 计算机控制系统
给定信号、反馈信号改为数字量；反馈系数改为存储系数。
• 电流检测方法 (pass)
（1）电流互感器 （2）霍尔效应电流变换器
• 信号隔离与转换(pass)
键盘与显示电路（图3-4）
CPU
BCD/
7
7段码
A0-3
INT
8279
3
D0-7
S0-3
CLK R0-7
LED显示器 8
8选1译码器
8选1译码器 8
键盘矩阵
Q2 软件框图
微机数字控制系统的控制规律是靠 软件来实现的，所有的硬件也必须由软 件实施管理。
系统初始化
设定定时器、P WM、 数字测速工作方式
设定I/O、通信接口及 显示、键盘工作方式
参数及变量 初始化
返回
中断服务子程序
完成实时性强的功能，如故障保护、PWM 生成、状态检测和数字PI调节等。
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）
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。但偏移码不能直接参与运算， 必须用软件将偏移码变换为原码或补码，然后进 行闭环控制。 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。
Fra Baidu bibliotek 测速基本方式
（1）测速发电机转换电路
电压隔离
TG
A/D
I/O
（2）光电码盘转换电路
+5V
PLG
逻辑控制
计数器
CPU CPU
2. 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。
微机数字控制双闭环直流调速系统
下标 “dig” 表示数 字量
图3-3 微机数字控制的双闭环直流调速系统
Q1 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3-4所示，系统由以下部 分组成
主回路 检测电路 故障综合 数字控制器 键盘与显示电路
故障综合
主回路
数字控制器
利用微机拥有强大的逻辑判断功能，对电 压、电流、温度等信号进行分析比较，若 发生故障立即进行故障诊断，以便及时处 理，避免故障进一步扩大。这也是采用微 机控制的优势所在。