第五章直流调速系统的数字控制

1、好学力行河南理工大学明德任责自动控制系统自动控制系统河南理工大学电气学院河南理工大学电气学院朱艺锋朱艺锋Email:Email:Automation Control System好学力行河南理工大学明德任责第五章第五章数字化直流调速系统数字化直流调速系统好学力行河南理工大学明德任责好学力行河南理工大学明德任责前三章讲的是直流调速系统；前三章讲的是直流调速系统；第四章讲的是调节器的工程设计方法；第四章讲的是调节器的工程设计方法；本章来讨论直流调速系统的工程设计问题。本章来讨论直流调速系统的工程设计问题。好学力行河南理工大学明德任责好学力行河南理工大学明德任责5.0 模拟控制系统和数字控制系统模拟

2、控制系统和数字控制系统 前面论述的直流调速系统，其调节器均用运前面论述的直流调速系统，其调节器均用运算放大器实现，属算放大器实现，属模拟控制系统模拟控制系统。 模拟系统优点模拟系统优点：物理概念清晰、控制信号流：物理概念清晰、控制信号流向直观，便于学习入门；向直观，便于学习入门； 模拟系统缺点模拟系统缺点： 线路复杂、通用性差，控制线路复杂、通用性差，控制效果受器件的性能、温度等因素的影响，控制精效果受器件的性能、温度等因素的影响，控制精度差。度差。 好学力行河南理工大学明德任责 数字控制系统数字控制系统：以微处理器为核心，调节器、甚：以微处理器为核心，调节器、甚至触发电路都可在微处理器中实现

3、的控制系统。至触发电路都可在微处理器中实现的控制系统。数字控制系统优点数字控制系统优点：控制参数调节方便，不受器：控制参数调节方便，不受器件温度漂移的影响；其控制软件能够进行复杂运件温度漂移的影响；其控制软件能够进行复杂运算，可以实现像非线性、智能化等复杂控制。可算，可以实现像非线性、智能化等复杂控制。可实现监控、数据采集、数字显示等多种功能；实现监控、数据采集、数字显示等多种功能；稳稳定性好，可靠性高；体积小，耗能少。此外，还定性好，可靠性高；体积小，耗能少。此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。系统无法实现的功能。缺

4、点：缺点：难度大。难度大。好学力行河南理工大学明德任责本章提要本章提要5.1 5.1 微机数字控制的主要特点微机数字控制的主要特点5.2 5.2 微机数字控制直流调速系统的软硬件微机数字控制直流调速系统的软硬件5.3 5.3 数字测速数字测速5.4 5.4 数字数字PIPI调节器调节器5.5 5.5 数字触发实现数字触发实现5.6 5.6 数字直流调速系统举例分析数字直流调速系统举例分析第五章第五章 数字化直流调速系统数字化直流调速系统好学力行河南理工大学明德任责 5.1 微机数字控制的主要特点微机数字控制的主要特点 由于微机只能处理数字信号，因此，由于微机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系

5、统相比，与模拟控制系统相比，微机数字控制系统微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化。的主要特点是离散化和数字化。好学力行河南理工大学明德任责v离散化（采样）离散化（采样） 为了把模拟的连续信为了把模拟的连续信号输入微机，必须对它们号输入微机，必须对它们进行实时采样，形成一连进行实时采样，形成一连串的脉冲信号，即离散的串的脉冲信号，即离散的模拟信号，这就是离散化模拟信号，这就是离散化 香农定理香农定理：采样频率应不：采样频率应不小于信号最高频率的小于信号最高频率的2倍倍，确保不失真。，确保不失真。Otf(t)原信号原信号Onf(nT)1 2 3 4采样采样好学力行河南理工大学明德任责v数字化

6、（量化）：数字化（量化）： 采样后得到的离散采样后得到的离散信号本质上还是模拟信信号本质上还是模拟信号，还须经过数字量化号，还须经过数字量化，即用一组数码（如二，即用一组数码（如二进制码）来逼近离散模进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将它转拟信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是换成数字信号，这就是数字化。数字化。 数字化数字化OnN(nT)好学力行河南理工大学明德任责n 离散化和数字化的负面效应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，从而引起下述的负和量值上的不连续性，从而引起下述的负面效应：面效应： （1）A/D转换的量

7、化误差转换的量化误差：模拟信号可：模拟信号可以有无穷多的数值，而数码总是有限的，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，会产生用数码来逼近模拟信号是近似的，会产生量化误差，量化误差，影响控制精度和平滑性影响控制精度和平滑性。好学力行河南理工大学明德任责 （2） D/A转换的滞后效应转换的滞后效应：经过计算机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大后驱动被控对象。但是，保持器会提高控制系统传递

8、函数分母的阶次，统传递函数分母的阶次，使系统的稳定裕量减小使系统的稳定裕量减小，甚至会破坏系统的稳定性。，甚至会破坏系统的稳定性。 上述两个问题的影响较小，通常可以忽略。上述两个问题的影响较小，通常可以忽略。但对高性能控制场合，需要在系统设计中予以解但对高性能控制场合，需要在系统设计中予以解决。决。好学力行河南理工大学明德任责5.2 微机数字控制双闭环直流调速系统微机数字控制双闭环直流调速系统 5.2.1 系统组成系统组成主电路主电路微机控制电路微机控制电路-U*nUnUiU*iUc好学力行河南理工大学明德任责5.2 微机数字控制双闭环直流调速系统微机数字控制双闭环直流调速系统好学力行河南理工

9、大学明德任责 在数字装置中，由计算机软硬件实现其功能在数字装置中，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：，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；双闭环系统结构，采用微机控制；全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和电流、全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和电流、电压检测和转速的计算；电压检测和转速的计算；采用数字采用数字PI算法，由软件实现转速、电流调节。算法，由软件实现转速、电流调节。5.2 微机数字控制双闭环直流调速系统微机数字控制双闭环直流调速系统好学力行河南理工大学明德任责5.2.1 微机数字控制直流调速系统的微机数字控制直流调速系统的 硬件结

10、构硬件结构 微机数字控制直流调速系统硬件方微机数字控制直流调速系统硬件方面一般由以下部分组成：面一般由以下部分组成：主电路主电路检测电路检测电路控制电路控制电路给定电路给定电路显示电路显示电路好学力行河南理工大学明德任责微机数字控制双闭环直流微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图调速系统硬件结构图 好学力行河南理工大学明德任责v主回路主回路微机数字控制双闭环直流调速系统微机数字控制双闭环直流调速系统主电路中的主电路中的UPE有两种方式：有两种方式：l直流直流PWM功率变换器（中小功率）功率变换器（中小功率）l晶闸管可控整流器（大功率）晶闸管可控整流器（大功率）v检测回路检测回路检测回路

11、包括电压、电流、温度和检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，其中：转速检测，其中：l转速检测用数字测速。转速检测用数字测速。l电压、电流和温度检测由电压、电流和温度检测由 A/D 转换变为数转换变为数字量送入微机；字量送入微机；好学力行河南理工大学明德任责1. 转速检测转速检测（1）模拟测速模拟测速：一般采用测速发：一般采用测速发电机，其输出电压不仅表示了电机，其输出电压不仅表示了转速的大小，还包含了转速的转速的大小，还包含了转速的方向。因此必须经过适当的变方向。因此必须经过适当的变换，将双极性的电压信号转换换，将双极性的电压信号转换为单极性电压信号，经为单极性电压信号，经A/D 转转换后将

12、得到的数字量送入微机换后将得到的数字量送入微机测速发电机测速发电机 转速检测有转速检测有模拟模拟和和数字两种检测方法。数字两种检测方法。好学力行河南理工大学明德任责（2）对于要求精度高、调速范围大的系统对于要求精度高、调速范围大的系统，往往采用光电，往往采用光电旋转编码器旋转编码器测速，即测速，即数字数字测速测速。注意问题：隔离和抗干扰。注意问题：隔离和抗干扰。好学力行河南理工大学明德任责正反转判断正反转判断好学力行河南理工大学明德任责2. 电流和电压检测电流和电压检测 电流、电压信号也存在幅值和极性的问题电流、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，需经过一定的处理后，经A/

13、D转换送入转换送入微机，其处理方法与转速相同。微机，其处理方法与转速相同。（1 1）采样电阻）采样电阻（2 2）电流互感器）电流互感器好学力行河南理工大学明德任责（2）霍尔效应电流变换器）霍尔效应电流变换器 UH = KH B IcKH为霍尔常数；为霍尔常数；B为与被测电流为与被测电流成正比的磁通密度；成正比的磁通密度；Id为被检测的电流。为被检测的电流。好学力行河南理工大学明德任责3.信号隔离信号隔离 考虑数字调速系统的抗干扰能力及可靠性，需要考虑数字调速系统的抗干扰能力及可靠性，需要将外界与单片机电路之间进行隔离将外界与单片机电路之间进行隔离。带光电耦合器的开关量输入电路带光电耦合器的开关

14、量输入电路带光耦的开关量输出电路带光耦的开关量输出电路 开关量输入、输出电路开关量输入、输出电路好学力行河南理工大学明德任责AD289AD289隔离放大器结构隔离放大器结构1 1） 变压器隔离变压器隔离 很小的输入信号很小的输入信号（毫伏级）经放大器（毫伏级）经放大器A1A1放大，经调制器将放大，经调制器将A1A1的的输出电压调制成交流信输出电压调制成交流信号。经变压器号。经变压器T2T2隔离，隔离，再经解调器还原成再经解调器还原成A1A1的的输出电压。经输出电压。经A2A2放大在放大在9/109/10两端输出被放大的两端输出被放大的电压。电压。AD289AD289隔离放大器结构隔离放大器结构

15、调制器调制器15V好学力行河南理工大学明德任责2 2） 光耦隔离光耦隔离TIL300.TIL300.特点，既可以线性放大输入信号，又可以实现隔离。特点，既可以线性放大输入信号，又可以实现隔离。线性光耦隔离线性光耦隔离输出信号与输出信号与LED发出的伺服光通量成线性化。发出的伺服光通量成线性化。抗干扰能力强，传输效率高，稳定抗干扰能力强，传输效率高，稳定23424323313()opIRRRUIRKRRURR R231,ppIKI传输增益好学力行河南理工大学明德任责3）A/D转换后光耦隔离转换后光耦隔离4）V/F变换后光耦隔离变换后光耦隔离多通道复用多通道复用A/D定时脉定时脉冲计数，冲计数，计

16、算频计算频率及对率及对应的电应的电压。压。A/D转换的特殊形式转换的特殊形式好学力行河南理工大学明德任责4.数字控制器数字控制器数字控制器是系统的核心，数字控制器是系统的核心，可选用可选用单片机单片机：如：如Intel 8X196MC系列，带有系列，带有 HSI和和HSO。或 数 字 信 号 处 理 器 （或 数 字 信 号 处 理 器 （ D S P ） 比 如 ：） 比 如 ：TMS320X2407/2812/28335等专为电机控制设计等专为电机控制设计的微处理器的微处理器. 本身都本身都带有带有A/D转换器转换器、通用、通用I/O和通信接口，和通信接口，还带有数字测速和还带有数字测速和

17、PWM生成功能生成功能，可大大简化，可大大简化数字控制系统的硬件电路。数字控制系统的硬件电路。好学力行河南理工大学明德任责5.系统给定系统给定有两种方式：模拟给定和数字给定；有两种方式：模拟给定和数字给定；（1 1）模拟给定模拟给定：模拟给定是以模拟量表示的给：模拟给定是以模拟量表示的给定值，例如给定电位器的输出电压。模拟给定值，例如给定电位器的输出电压。模拟给定须经定须经A/DA/D转换为数字量，再参与运算转换为数字量，再参与运算. .好学力行河南理工大学明德任责5.系统给定系统给定（2 2）数字给定数字给定：数字给定是用数字量表示的给：数字给定是用数字量表示的给定值，可以是拨盘设定、键盘设

18、定或采用通定值，可以是拨盘设定、键盘设定或采用通信方式由上位机直接发送。信方式由上位机直接发送。好学力行河南理工大学明德任责6.6.键盘与显示电路键盘与显示电路好学力行河南理工大学明德任责7.输出变量输出变量微机数字控制器的控制对象是功率微机数字控制器的控制对象是功率变换器，可以用开关量变换器，可以用开关量经放大环节直接控制经放大环节直接控制功率器功率器件的通断，也可以用件的通断，也可以用 D/A 转换得到的模拟量去控转换得到的模拟量去控制制功率变换器。功率变换器。晶闸管触发及驱动电路晶闸管触发及驱动电路好学力行河南理工大学明德任责8.故障综合故障综合利用微机拥有强大的逻辑利用微机拥有强大的逻

19、辑判断功能，对电压、电流、温度等信号进判断功能，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行分析比较，若发生故障立即进行故障诊断并显示故障信息，以便及时处理，避免断并显示故障信息，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故障进一步扩大。这也是采用微机控制的优势所在。优势所在。 故障保护：硬件保护和软件保护并重。故障保护：硬件保护和软件保护并重。好学力行河南理工大学明德任责5.2.2 微机数字控制双闭环直流调速系统的微机数字控制双闭环直流调速系统的 软件框图软件框图 微机数字控制系统的控制策略是靠软件来微机数字控制系统的控制策略是靠软件来实现的，所有的硬件也必须

20、由软件实施管实现的，所有的硬件也必须由软件实施管理。控制系统的软件一般有三部分组成：理。控制系统的软件一般有三部分组成：主程序主程序初始化子程序初始化子程序中断服务子程序等中断服务子程序等。 好学力行河南理工大学明德任责1. 主程序主程序完成实时性要求不高的功能，完成实时性要求不高的功能，完成系统初始化后，实现键盘处理、刷新完成系统初始化后，实现键盘处理、刷新显示、与上位计算机和其他外设通信等功显示、与上位计算机和其他外设通信等功能。能。 2. 初始化子程序初始化子程序完成硬件器件工作方式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的设定、系统运行参数和变量的初始化等。好学力行河南

21、理工大学明德任责图图 主程序框图主程序框图 初始化子程序框图初始化子程序框图 主程序没有主程序没有end 好学力行河南理工大学明德任责3中断服务子程序中断服务子程序 中断服务子程序完成实时性强的功能，如故中断服务子程序完成实时性强的功能，如故障保护、障保护、PWM生成、状态检测和数字生成、状态检测和数字PI调节等调节等,中断服务子程序由相应的中断源提出申请，中断服务子程序由相应的中断源提出申请，CPU实时响应实时响应。转速调节中断服务子程序转速调节中断服务子程序电流调节中断服务子程序电流调节中断服务子程序故障保护中断服务子程序故障保护中断服务子程序 好学力行河南理工大学明德任责图图3-7 转速

22、调节中断转速调节中断服务子程序框图服务子程序框图 图图3-8 电流调节中断电流调节中断服务子程序框图服务子程序框图 图图3-9 故障保护中断故障保护中断服务子程序框图服务子程序框图 好学力行河南理工大学明德任责 当故障保护引脚的电平发生跳变时申请故障当故障保护引脚的电平发生跳变时申请故障保护中断（外部中断），而转速调节和电流调节保护中断（外部中断），而转速调节和电流调节均采用定时中断（内部中断）。均采用定时中断（内部中断）。 三种中断服务中，三种中断服务中，故障保护中断优先级别最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高，电流调节中断次之，转速调节中断级别最低。 好学力

23、行河南理工大学明德任责小小 结结 重点重点：1 1）数字控制系统的优点及特点；）数字控制系统的优点及特点； 2 2）数字控制直流调速系统的硬件组成：）数字控制直流调速系统的硬件组成： 主电路、检测电路、驱动电路等。主电路、检测电路、驱动电路等。 3 3）数字控制直流调速系统的软件组成：）数字控制直流调速系统的软件组成： 主程序、初始化子程序、中断子程序等。主程序、初始化子程序、中断子程序等。 好学力行河南理工大学明德任责本节提要本节提要5.3 5.3 数字测速数字测速5.4 5.4 数字数字PIPI调节器调节器5.5 5.5 数字触发实现数字触发实现5.6 5.6 数字直流调速系统举例分析数字

24、直流调速系统举例分析第五章第五章 数字化直流调速系统数字化直流调速系统好学力行河南理工大学明德任责5.3 数字测速数字测速5.3.1 数字测速的指标数字测速的指标（1）分辨率）分辨率： 设被测转速由设被测转速由 n1 变为变为 n2 时，引起测量计数值时，引起测量计数值改变了一个字，则测速装置的分辨率定义为改变了一个字，则测速装置的分辨率定义为Q = n1 - n2 （转（转/分）分） Q 越小，测速装置的分辨能力越强，越小，测速装置的分辨能力越强， 系统控系统控制精度也越高。制精度也越高。（2）检测时间）检测时间： 指两次转速采样之间的时间间隔。指两次转速采样之间的时间间隔。 检测时间检测时

25、间越短，系统响应越快，对改善系统性能越有利越短，系统响应越快，对改善系统性能越有利。好学力行河南理工大学明德任责（3）测速精度（也叫测量误差）测速精度（也叫测量误差） 测速精度是指测速装置对实际转速测测速精度是指测速装置对实际转速测量的精确程度，常用测量值与实际值的相量的精确程度，常用测量值与实际值的相对误差来表示，即对误差来表示，即测量误差测量误差 越小，越小，测速精度越高，系统控制测速精度越高，系统控制精度越高。精度越高。 的大小取决于测速元件的的大小取决于测速元件的制造精度制造精度和和测速测速方法方法。%100nn好学力行河南理工大学明德任责 5.3.2 数字测速方法数字测速方法1. 旋

26、转编码器旋转编码器 在数字测速在数字测速中，常用增中，常用增量式量式光电式光电式旋转编码器旋转编码器作为作为转速的转速的检测检测元件元件。旋转编码器旋转编码器测速原理如测速原理如下图所示。下图所示。光栅光栅1024*1/2/4;倍频技术倍频技术两套发光和接收装置错开光栅节距的两套发光和接收装置错开光栅节距的1/4好学力行河南理工大学明德任责2. 测速原理测速原理 由光电式由光电式旋转编码器旋转编码器产生与被测转速成正比产生与被测转速成正比的脉冲，测速装置将输入脉冲转换为以数字形式的脉冲，测速装置将输入脉冲转换为以数字形式表示的转速值。表示的转速值。 脉冲数字（脉冲数字（P/D）转换方法：）转换

27、方法： （1）M法法定时数脉冲法，又称频率法；定时数脉冲法，又称频率法； （2）T 法法相邻脉冲计时法，又称周期法；相邻脉冲计时法，又称周期法； （3）M/T法法脉冲时间混合计数法。脉冲时间混合计数法。好学力行河南理工大学明德任责3. M法测速法测速定时数脉冲定时数脉冲 工作原理：工作原理：由计数器记录由计数器记录PLG发出发出的脉冲信号数值；的脉冲信号数值； 定时器每隔时间定时器每隔时间Tc向向CPU发出中断请求发出中断请求INTt； CPU响应中断后，读响应中断后，读出计数值出计数值 M1，并将计数，并将计数器清零重新计数；器清零重新计数； 根据计数值根据计数值 M 计算出计算出对应的转速

28、值对应的转速值 n。测速原理与波形图测速原理与波形图好学力行河南理工大学明德任责c160ZTMn Z为电机每转输出的脉冲个数（倍频数为电机每转输出的脉冲个数（倍频数 编码器光栅数）编码器光栅数）vM法测速的分辨率法测速的分辨率 cc1c16060) 1(60ZTZTMZTMQ11ccmax11c6060(1) 160MMZTZTMMZTvM法测速的误差率：最大可能性是一个脉冲误差。法测速的误差率：最大可能性是一个脉冲误差。 式中，式中，Z 和和 Tc 均为常值，因此转速均为常值，因此转速 n 正比于脉冲个数。正比于脉冲个数。好学力行河南理工大学明德任责 高速时高速时M1大，量化误差较小大，量化

29、误差较小；随着转速；随着转速的降低的降低M1减小，误差增大；转速过低时减小，误差增大；转速过低时M1将将小于小于1，测速装置便不能正常工作。，测速装置便不能正常工作。 所以，所以，M法测速只适用于高速段法测速只适用于高速段。11ccmax11c6060(1) 160MMZTZTMMZTvM法测速的误差率法测速的误差率 c160ZTMn 好学力行河南理工大学明德任责4. T法测速法测速测相邻两个脉冲之间的间隔时间；测相邻两个脉冲之间的间隔时间；工作原理：工作原理：v计数器记录来自计数器记录来自CPU的高频脉冲的高频脉冲 f0；vPLG每输出一个脉冲每输出一个脉冲，中断电路向，中断电路向CPU发发

30、出一次中断请求；出一次中断请求；vCPU 响应响应 INTn中断中断，从计数器中读出计，从计数器中读出计数值数值 M2，并立即清零，并立即清零，重新计数。，重新计数。电路与波形电路与波形好学力行河南理工大学明德任责v法测速误差率法测速误差率 低速时，编码器相邻脉冲间隔时间长低速时，编码器相邻脉冲间隔时间长，测测得的高频时钟脉冲个数得的高频时钟脉冲个数M2多，所以误差率小多，所以误差率小，测速精度高，故测速精度高，故T法测速适用于低速段法测速适用于低速段。 %10011%10060 60 ) 1(602202020maxMZMfZMfMZf2060ZMfn ) 1(6060) 1(6022020

31、20MZMfZMfMZfQ分辨率分辨率好学力行河南理工大学明德任责lM法测速在高速段分辨率强；法测速在高速段分辨率强；lT法测速在低速段分辨率强；法测速在低速段分辨率强； 因此，可以将两种测速方法相结合，因此，可以将两种测速方法相结合，取长补短。取长补短。既检测既检测 Tc 时间内旋转编码器时间内旋转编码器输出的脉冲个数输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转，用来计算转速，称作速，称作M/T法测速。法测速。 n 两种测速方法的比较两种测速方法的比较好学力行河南理工大学明德任责5. M/T法测速法测速r/min 60 602

32、01t1ZMfMZTMnTt为准确的测速时间，由为准确的测速时间，由高频脉冲数算出。高频脉冲数算出。 同时测编码脉冲数和高频同时测编码脉冲数和高频脉冲数。脉冲数。 特点：低速时，特点：低速时，M/T法趋向于法趋向于T法，如法，如M1=1；高速时，趋向；高速时，趋向于于M法。法。 因此，因此，M/T法兼有法兼有M法和法和T法的优点，在高速和低法的优点，在高速和低速时都具有较强的分辨能力和较高的测速精度，是目前广泛速时都具有较强的分辨能力和较高的测速精度，是目前广泛应用的一种测速方法。应用的一种测速方法。 定时采样，遇脉冲前沿中断读数定时采样，遇脉冲前沿中断读数好学力行河南理工大学明德任责5.4

33、数字数字PI调节器调节器模拟模拟PI调节器的数字化调节器的数字化改进的数字改进的数字PI算法算法智能型智能型PI调节器调节器 好学力行河南理工大学明德任责5.4.1 模拟模拟PI调节器的数字化调节器的数字化 PI调节器是电力拖动自动控制系统中最调节器是电力拖动自动控制系统中最常用的一种控制器。在数字控制系统中，常用的一种控制器。在数字控制系统中，当采样频率足够高时，可以先按模拟系统当采样频率足够高时，可以先按模拟系统的设计方法设计调节器，然后再离散化，的设计方法设计调节器，然后再离散化，就可以得到数字控制器的算法，这就是模就可以得到数字控制器的算法，这就是模拟调节器的数字化。拟调节器的数字化。

34、 好学力行河南理工大学明德任责PI调节器的传递函数调节器的传递函数PI调节器调节器时域表达式时域表达式其中其中 Kp= Kpi 为比例系数为比例系数 ， KI =1/ 为积分系数为积分系数 pipi1( )( )( )KsU sWsE sstteKteKtteteKtud )()(d )(1)()(IPpi将上式离散化成差分方程，其第将上式离散化成差分方程，其第 k 拍输出为拍输出为) 1()()()()()()()(IsamIPIP1samIPkukeTKkeKkukeKieTKkeKkuki式中式中 Tsam为为采样周期采样周期 好学力行河南理工大学明德任责 PI算法有位置式和增量式两种算

35、法：算法有位置式和增量式两种算法：v位置式算法位置式算法即为式即为式(3-15)表述的差分方表述的差分方程，算法特点是：程，算法特点是：比例部分只与当前的偏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有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。差的累积。 位置式位置式PI调节器的结构清晰，调节器的结构清晰，P和和I两两部分作用分明，参数调整简单明了，但需部分作用分明，参数调整简单明了，但需要存储的数据较多。要存储的数据较多。 ) 1()()()()()()()(IsamIPIP1samIPkukeTKkeKkukeKieTKkeKkuki好学力行河南理工大学明德任责v增量式增量式

36、PI调节器算法调节器算法PI调节器的输出可由下式求得调节器的输出可由下式求得 )() 1()() 1()()(samIPkeTKkekeKkukuku)() 1()(kukuku增量式算法只需当前和上一拍的偏差即可算出输增量式算法只需当前和上一拍的偏差即可算出输出增量，加上上一拍的输出值，就可得到本拍的出增量，加上上一拍的输出值，就可得到本拍的输出值。需要存储的数据较少。输出值。需要存储的数据较少。限幅值设置：限幅值设置：在程序中进行设置即可。在程序中进行设置即可。好学力行河南理工大学明德任责5.4.2 改进的数字改进的数字PI算法算法 PI调节器的参数直接影响着系统的性能指标调节器的参数直接

37、影响着系统的性能指标。在高性能的调速系统中，有时仅仅靠调整。在高性能的调速系统中，有时仅仅靠调整PI参参数难以同时满足各项静、动态性能指标。采用模数难以同时满足各项静、动态性能指标。采用模拟拟PI调节器时，由于受到物理条件的限制，只好调节器时，由于受到物理条件的限制，只好在不同指标中求其折衷。在不同指标中求其折衷。 数字控制系统中，数字控制系统中，PI参数的产生及设置可以参数的产生及设置可以更为灵活更为灵活 ，得到改进的数字，得到改进的数字PI算法，提高系统算法，提高系统的控制性能。的控制性能。 如：如：积分分离算法；分段积分分离算法；分段PI算法；智能型算法；智能型PI调节器调节器好学力行河

38、南理工大学明德任责1. 积分分离算法积分分离算法v基本思想：基本思想： 在微机数字控制系统中，把在微机数字控制系统中，把 P 和和 I 分开。当分开。当偏差大时，只让比例部分起作用，以快速减少偏偏差大时，只让比例部分起作用，以快速减少偏差；当偏差降低到一定程度后，再将积分作用投差；当偏差降低到一定程度后，再将积分作用投入，既可最终消除稳态偏差，又能避免较大的退入，既可最终消除稳态偏差，又能避免较大的退饱和超调。饱和超调。积分分离算法表达式为积分分离算法表达式为kiieTKCkeKku1samIIp)()()(其中其中 )(, 0)(, 1IieieC为一常值。为一常值。 好学力行河南理工大学明

39、德任责 积分分离法能有效抑制振荡，或减小超调，常积分分离法能有效抑制振荡，或减小超调，常用于转速调节器。用于转速调节器。 2. 分段分段PI算法算法v基本思想：基本思想： 双闭环调速系统中，在转速偏差较大时，希望双闭环调速系统中，在转速偏差较大时，希望ACR选用较大的选用较大的PI参数，使实际电流能迅速跟踪参数，使实际电流能迅速跟踪给定值；转速偏差较小时，过大的给定值；转速偏差较小时，过大的PI参数又会导参数又会导致输出电流的振荡，增加转速调节器的负担。因致输出电流的振荡，增加转速调节器的负担。因此，可以根据转速偏差大小，设置多套此，可以根据转速偏差大小，设置多套PI参数进参数进行切换。行切换

40、。好学力行河南理工大学明德任责3. 智能型智能型PI调节器调节器 利用计算机丰富的逻辑判断和数值运算功能，利用计算机丰富的逻辑判断和数值运算功能，数字控制器可以突破模拟控制器只能完成线性数字控制器可以突破模拟控制器只能完成线性控制规律的局限，完成各类控制规律的局限，完成各类非线性控制非线性控制、自适自适应控制应控制乃至乃至智能控制智能控制等等等等。 主要的智能控制方法：主要的智能控制方法： 专家系统专家系统 模糊控制模糊控制 神经网络控制神经网络控制智能控制特点：智能控制特点： 控制算法不依赖或不完全依赖于对象模型，控制算法不依赖或不完全依赖于对象模型，因而系统具有较强的鲁棒性和对环境的适应性

41、。因而系统具有较强的鲁棒性和对环境的适应性。 好学力行河南理工大学明德任责5.5 数字触发器数字触发器 数字触发器的移相控制是由同步脉冲信号产生中断数字触发器的移相控制是由同步脉冲信号产生中断后开始工作的定时器延时控制来实现的，即把欲改变的后开始工作的定时器延时控制来实现的，即把欲改变的控制角控制角的大小转变成延时时间常数的大小的大小转变成延时时间常数的大小 。1）同步电路）同步电路 确定控制角确定控制角=0的位置，即计算的位置，即计算的起点位置。的起点位置。好学力行河南理工大学明德任责滤波移相、限幅、过零检测、隔离、非门整形滤波移相、限幅、过零检测、隔离、非门整形倍频倍频好学力行河南理工大学明德任责在一个工频周期中在一个工频周期中KA、KB、KC有有6个个不同的状态值，可不同的状态值，可用来表明三相电压用来表明三相电压的状态，进而确定的状态，进而确定应给哪个管子产生应给哪个管子产生脉冲；脉冲；6个管子的个管子的同步脉冲位置分别同步脉冲位置分别对应于的三相电源对应于的三相电源的的+A相、相、-C相、相、+B相、相、-A相、相、+C相、相、-B相。双窄脉相。双窄脉冲原理。冲原理。好学力行河南理工大学明德任责2）移相控制）移相控制 数字触发器的移相控制是通过同步中断脉冲开始数字触发器的移相控制是通过同步中断脉冲开始的延时控制由软件