第5章数字调节器.pptVIP

第五章 数字式调节器;直接数字控制系统的组成图;人／机联系部件;通信接口电路;信号特点（1）;信号特点（2）;信号特点（3）;二、数字调节器的硬件构成;监控程序;应用程序;;过程输入通道包括模拟量输入通道和开关量输入通道。模拟量输入通道用于连接模拟量输入信号，开关量输入通道用于连接开关量输入信号。 ;将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接受的数字量。 包括多路模拟开关、采样／保持器和A／D转换器，如果控制器输入的是低电平信号，还需要信号放大电路，将信号放大到A／D转换器所需要的信号电平。 多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采样／保持器。它一般采用固态模拟开关，其速度可达105点／s。;采样／保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用。它在某一特定的时刻采入一个模拟信号值，并把该值保持一段时间，以供A／D转换器转换。 A／D转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。 常用的A／D转换器有逐位比较型、双积分型和V／F转换型等几种。;模拟量输入通道;开关量输入通道;过程输出通道包括模拟量输出通道和开关量输出通道，模拟量输出通道用于输出模拟量信号，开关量输出通道用于输出开关量信号。 ;模拟量输出通道依次将多个运算处理后的数字信号进行数／模转换，并经多路模拟开关送入输出保持电路暂存，以便分别输出模拟电压（1～5V）或电流（4-20mA）信号。 包括D／A转换器、多路模拟开关、输出保持电路和V／I转换器。 D／A转换器起数／模转换作用。 常采用电流型D／A转换芯片，因其输出电流小，尚需加接运算放大器，以实现将二进制数字量转换成相应的模拟量信号。 D／A转换芯片有8位、10位、12位等品种可供选用。 ;V／I转换器将1～5V的模拟电压信号转换成4～20mA的电流信号。 多路模拟开关与模拟量输入通道中的相同。 输出保持电路一般采用S／H集成电路，也可用电容和高输入阻抗的运算放大器构成。;开关量输出通道; I／O通道的抗干扰措施;2、串模干扰及其抑制方法; 抑制串模干扰的措施： ? 加输入滤波器 串模干扰信号频率大于被测信号频率——低通输入滤波器 串模干扰信号频率小于被测信号频率——高通输入滤波器 串模干扰信号在被测信号频率两侧——带通滤波器。 ;? 采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备 —— 减少电磁感应，使每个小回路的感应电势互相反相抵消。屏蔽层良好接地，就可避免干扰从传输导线窜入检测回路。 ? 利用器件特性克服干扰 —— 提高阈值电平可抑制低噪声干扰；采用低速逻辑器件或加电容器降低速度，可以抑制高频干扰。 ? 采用数字滤波技术 平均值法、中值法、一阶滤波法等; 3、共模干扰及其抑制方法 共模干扰是指同时加到计算机控制系统两个输入端上的公有的干扰电压。; 抑制共模干扰的主要措施： ? 采用共模抑制比高的、双端输入运算放大器. ? 采用光耦合器或变压器隔离;I／O接口和通道还应采取下述几种措施： ? 尽量缩短信号线的长度。 ? 不用的输入端子不能悬空，必须通过负载电阻接到电源线上。 ? 为防止电磁感应，信号线应采用屏蔽线;1、模拟化设计方法;2、数字化设计;系统动态结构;-IdL;2. 系统设计原则;设计分为以下几个步骤： 1.电流环结构图的简化 2.电流调节器结构的选择 3.电流调节器的参数计算 4.电流调节器的实现;电流环结构图的简化;忽略反电动势的动态影响 在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即?E≈0。这时，电流环如下图所示。 ;等效成单位负反馈系统 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s) /? ，则电流环便等效成单位负反馈系统（图2-23b）。 ;小惯性环节近似处理 最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为 T∑i = Ts + Toi ;电流环结构图最终简化成下图;控制系统; 数字频域法设计步骤;二、PID控制算式;1、位置式PID算式：;2、增量型PID控制算式;增量型PID控制算法(续) ;优点： 1.计算机运算所需的内存较小、计算也相对简单; 2.每次只是输出增量，误动作小； 3.易于系统手动和自动间的无扰动切换;三、PID控制算式的变型 ;1、不完全微分PID控制算法;将上式分成两部分:;而PD(s)的位置式离散算式可推导如下:;式(20)中:; 2、微分先行算法 微分先行PID就只对测量值y(t)微分，而不对偏差e(t)微分，也就是说对给定值r(t)无微分作用。这样在调整设定值时，控制器的输出就不会