电力拖动自动控制系统1讲述.ppt

*/243 数字PI调节器有位置式和增量式两种形式，上述表述的差分方程为位置式算法，u(k)为第k拍的输出值。 由等号右端可以看出，比例部分只与当前的偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。 位置式PI调节器的结构清晰，P和I两部分作用分明，参数调整简单明了。 */243 PI调节器的第(k-1)拍输出为 第k拍减去第(k-1)拍，可得PI调节器输出的增量式 增量式算法只需要当前和上一拍的偏差即可计算输出值。 */243 2.4.1 微机数字控制的特殊问题 微机控制的调速系统是一个数字采样系统。 如果所有的采样开关等周期地一起开和闭，则称为同步采样。 */243 信号的离散化是微机数字控制的第一个特点。 当控制系统的输入量和反馈量是模拟的连续信号时，为了把它们输入微控制器，只能在采样时刻对模拟的连续信号进行采样，把连续信号变成脉冲信号，即离散的模拟信号。这就是信号的离散化。 */243 信号的数字化是微机数字控制的第二个特点。 采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，还必须经过数字化，即用二进制数来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是信号的数字化。 */243 信号的离散化和数字化使信号在时间上和量值上的不连续，因为数码总是有限的，用数码来逼近模拟信号是近似的，会产生量化误差。 微机输出的信号需经过数模转换器和保持器转换为模拟信号，而保持器的存在会提高控制系统传递函数分母的阶次，减小系统的稳定裕度。 */243 为了使离散的数字信号能够不失真地复现连续的模拟信号，对系统的采样频率有一定的要求。 根据香农(Shannon)采样定理：如果模拟信号的最高频率为fmax，只要按照采样频率f≥2fmax进行采样，那么取出的样品序列就可以代表(或恢复)模拟信号。 可见随着控制对象的不同，系统所要求的最低采样频率也不同。 */243 对于变化速度比较慢的系统，如：温度、压力、流量等，采样频率可以低些。 而在电动机调速系统中，控制对象是电机的转速和电流，这些都是快速变化的物理量，必须有较高的采样率。尤其是电流，往往要每个PWM周期，采样一次或几次。 */243 2.4.2 转速检测的数字化 数字测速具有测速精度高，分辨能力强、受器件影响小的优点。 1 旋转编码器 光电式旋转编码器是检测转速和转角的元件，旋转编码器与电动机相连，当电动机转动时，带动编码器旋转，产生速度和转角信号。 */243 旋转编码器可分为增量式和绝对式两种。 绝对式编码器在码盘上分层刻上表示角度的二进制数码或循环吗(格雷码Gray code)。绝对式编码器常用于检测转角。 增量式编码器在码盘上均匀地刻制一定数量的光栅，当电动机旋转时，码盘随之一起转动，从而可以计算转速。 */243 增量式旋转编码器示意图 */243 上述脉冲序列能正确反映转速的高低，但不能鉴别转向。为了获得转速的方向，可增加一对发光与接收装置，使两对发光与接收装置错开光栅节距的1/4，则两组脉冲序列A和B的相位差π/2。 正转时A超前Bπ/2，反转时B超前Aπ/2。采用简单的鉴相电路就可以分辨出转向。 */243 若码盘的光栅数为N，则转速分辨率为1/N，常用的增量式旋转编码器光栅数有1024、2048、4096等。 增加光栅数，将增加旋转编码器的制作难度和成本。 采用倍频电路可以有效地提高转速分辨率，一般最常用的是四倍频电路，大于四倍频电路较难实现。 目前的许多电机控制专用的MCU都有QEP接口，内部具有四倍频电路，可以得到速度和方向信号。 */243 2 数字测速方法的精度指标 (1)分辨率 分辨率是用来衡量测速方法对被测转速变化的分辨能力，在数字测速方法中，用改变一个计数值所对应的转速变化量来表示分辨率，用符号Q表示。当被测转速由n1变为n2时，引起计数值增量为1，则该测速方法的分辨率为 */243 (2)测速误差率 转速实际值和测量值之差Δn与实际值之比定义为测速误差率，记作 分辨率越小，说明测速装置对转速变化的检测越灵敏，从而测速的精度也越高。 测速误差率反映了测速方法的准确性，δ越小，准确度越高。 */243 采用旋转编码器的数字测速方法有三种：M法、T法和M/T法。 3 M法测速 在一定的时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1，用以计算这段时间内的转速，称做M法测速。 电动机每转一圈共产生Z个脉冲(Z=倍频系数×编码器光栅数) */243 由于Z和Tc是常数，因此转速n与计数值M1成正比，故此测速方法被称为M法测速。 用微机实现M法测速的方法是：用定时器按采样周期的时间，定期发出一个采样脉冲信号，用计数器记录下这个周期的脉冲个数。 */243 在M法中，当计数值由M1变为M1+1时，相应的转