位置式数字PI调节器算法

3.2 微机数字控制双闭环直 ~ 流调速系统的硬件和软件
下 标 “di g”表 示数 字量
n
* dig
* I ddig
+

-
ASR
ndig

I ddig
ACR
UPE
M -
K
K
FBS
微机
图3-3 微机数字控制的双闭环直流调速系统
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：
电力拖动自动控制系统
直流调速系统的数 第 3 章 字控制
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
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。
离散化和数字化
微机数字控制系统的主要特点 是离散化和数字化。
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。
f(nT)
f (t )
O
原信号
t
采样
O
1 2 3 4 …
n
数字化
N(nT)
离散信号经保 持器保持后，还须 经过数字量化，即 O 用一组数码（如二 保持 进制码）来逼近离 散的模拟信号。 Na(nT)（电压）Nd(nT)（数码）
主电路
检测电路
控制电路
给定与显示电路
图3.4 微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图
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
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）。
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。
n
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： 产生量化误差，影响控制精度和平滑 性。 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。

离散化和数字化的负 面效应
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 计算机内部存储值 K 定义为 物理量的实际值
显示故障 原因
故障报警
等待系统 复位
3.3
数字测速与滤 波
检测光电式旋转编码器与转速成 正比的脉冲，然后计算转速。
数字测速方法： （1）M法—脉冲直接计数法 （2）T 法—脉冲时间计数法 （3）M/T法—脉冲时间混合计数 法
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。 图3.5 主程序
N
开始
系统初始化
有键按下吗？ Y 键处理
刷新显示
数据通信
初始化子程序
系统初始化
硬件 工作方式 的设定、 系统运行 参数和变 图3.6初始化子程序 量的初始 化等。
设定定时器、PWM、 数字测速工作方式
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。
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
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
保护现场 读入电流反馈
电流反馈 电流调节 PWM生成
图3.8电流调节中断子程序
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
分析、判断 故障原因
封锁PWM 输出
封锁PWM输出 分析故障原因 显示故障并报警
图3.9 故障保护中断子程序
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
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）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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）
转速调节中断子程序
保护现场 读入转速给定 计算转速
转速反馈 转速调节 启动测速 图3.7 转速调节中断子程序
1.系统给定
a) 模拟给定
+V A/D
b) 数字给定
拨盘
I/O 通 信 接 口
微机
键盘 微机 上位机
图3-1 模拟给定和数字给定
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：一般用A/D转 换。
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。 单 双 数字量
摸拟量
极 性 电平转换 电压隔离 极 性
(偏移码)
A/D
CPU
3. 输出变量
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。
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。
3.1.2 采样频率的选 择
Shannon 采样定理: 采样频率 fsam 应不小于信号最高频 率 fmax 的2倍，即 fsam ≥ 2 fmax 。 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。
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。
系统采样频率的确 定
在一般情况下，可以令采样周期
Tsam 1 Tmin 4 ~ 10
Tmin 为控制对象的最小时间常数。 或用采样角频率 sam
sam (4 ~ 10)c
c 为控制系统的截止频率。
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。