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第3章 直流调速系统的数字控制 第九讲 内容提要 微型计算机数字控制的主要特点 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件 数字测速与滤波 数字PI调节器 用离散控制系统设计数字控制器 3. 1 微型计算机数字控制的主要特点 微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高，可以提高控制性能，此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。 由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化： 离散化： 为了把模拟的连续信号输入计算机，必须首先在具有一定周期的采样时刻对它们进行实时采样，形成一连串的脉冲信号，即离散的模拟信号，这就是离散化。 数字化： 采样后得到的离散信号本质上还是模拟信号，还须经过数字量化，即用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是数字化。 离散化和数字化的负面效应 离散化和数字化的结果导致了时间上和量值上的不连续性，从而引起下述的负面效应： （1）A/D转换的量化误差：模拟信号可以有无穷多的数值，而数码总是有限的，用数码来逼近模拟信号是近似的，会产生量化误差，影响控制精度和平滑性。 （2） D/A转换的滞后效应：经过计算机运算和处理后输出的数字信号必须由数模转换器D/A和保持器将它转换为连续的模拟量，再经放大后驱动被控对象。但是，保持器会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。 随着微电子技术的进步，微处理器的运算速度不断提高，其位数也不断增加，上述两个问题的影响已经越来越小。 但微机数字控制系统的主要特点及其负面效应需要在系统分析中引起重视，并在系统设计中予以解决。 3.2 微机数字控制双闭环直流调速系统 的硬件和软件 3.2.0 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 数模混合控制系统特点： 转速采用模拟调节器，也可采用数字调节器； 电流调节器采用数字调节器； 脉冲触发装置则采用模拟电路。 2. 数字电路控制系统 数字电路控制系统特点： 除主电路和功放电路外，转速、电流调节器，以及脉冲触发装置等全部由数字电路组成。 3. 计算机控制系统 在数字装置中，由计算机软硬件实现其功能 ，即为计算机控制系统。系统的特点： 双闭环系统结构，采用微机控制； 全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和检测； 采用数字PI算法，由软件实现转速、电流调节。 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结构如图3-4所示，系统由以下部分组成 主电路 检测电路 控制电路 给定电路 显示电路 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，其中： 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； 转速检测用数字测速。 1. 转速检测 转速检测有模拟和数字两种检测方法： （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。 测速基本方式 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。 电流检测方法 （1）电流互感器 （2）霍尔效应电流变换器 UH = KH B Ic KH为霍尔常数； B为与被测电流 成正比的磁通密度； Ic为控制电流。 信号隔离与转换 故障综合——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