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1、* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统1直流调速系统的数字控制电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统第 3 章1* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统2主要内容l3.1 微型计算机数字控制的主要特点l3.2 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件 和软件l3.3 数字测速与滤波l3.4 数字PI调节器l*3.5 按离散控制系统设计数字控制器l*3.6 故障检测、保护与自诊断2* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统3l学习要点：1. 介绍：离散化、数字化；2. 数字量化和采样频
2、率选择；3. 控制系统的输入、输出变量;4. 介绍数字控制双闭环直流调速系统的硬件 电路和软件。 重点：数字控制双闭环直流调速系统的硬件电路和 软件的结构。 3* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统4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、温度等因素的影响。 4* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统53.1 微型计算机数字控制的主要特点q硬件电路标准化程度高，不受器件温度漂 移的影响；q进行逻辑判断和复杂运算，实现不同于一
3、 般线性调节的控制规律，q控制软件更改灵活方便。q具有信息存储、数据通信和故障诊断等功 能。5* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统6微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化。离散化和数字化6* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统7Otf(t)原信号Onf(nT)1 2 3 4采样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。7* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统8数字化离散信号经保持 器保持后，还须经过 数字量化，即用一组 数码
4、（如二进制码） 来逼近离散的模拟信 号。 保持OnN(nT)Na(nT)（电压）Nd(nT)（数码）8* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统9离散化和数字化的负面效应q 离散化:时间上的不连续性；q 数字化:量值上的不连续性。负面效应：q A/D转换的量化误差，影响控制精度和平滑性。q D/A转换的滞后效应，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。9* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统103.1.1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
5、量化的精度，其定义为 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。10* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统113.1.2 采样频率的选择Shannon 采样定理:fsam应不小于信号最高频率 fmax 的2倍，即fsam2fmax 这样，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。11* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统12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
6、直接用采样定理来确定系统 的采样频率。 12* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统13系统采样频率的确定在一般情况下，可以令采样周期Tmin为控制对象的最小时间常数。 或用采样角频率sam c 为控制系统的截止频率。13* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统143.1.3 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。14* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力
7、传动控制系统电力传动控制系统15(1).系统给定a) 模拟给定 b) 数字给定 15* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统16(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：一般需要A/D转 换。16* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统17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
8、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。（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。17* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统18 测速基本方式18* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统19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。19* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统
9、电力传动控制系统电力传动控制系统20原码、补码和偏移码实际值原码补码偏移码1277FH7FHFFH000H00H80H-127FFH81H01H-12880H00H20* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统21(3). 输出变量可以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。21* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统223.2 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
10、电路控制系统3. 微型计算机控制系统22* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统231). 数模混合控制系统U*nUnU*iUcUi -数字电路-功率放 大电路23* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统24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。24* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统252). 数字电路控制系统数字电路主电路-Uc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
11、部由数字电路组成25* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统263). 微机数字控制系统主电路微机控制电路-U*nUnUiU*iUc26* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统27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27* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统283.2.1 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
12、制双闭环直流调速系统硬件系 统组成：主电路检测电路控制电路给定与显示电路28* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统29下标 “dig ”表示 数字量 微机数字控制的双闭环直流调速系统29* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统30微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图电容串联提 高耐压等级30* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统31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：l直流PWM功率变换器l晶闸管可控整流器31* *电力拖动自动控制系统电
13、力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统32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）,其中：l转速检测用数字测速；l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。32* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统33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。33* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统34 电流检测方法
14、（1）电流互感器电流检测电路 TA电流互感器U034* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统35（2）霍尔效应电流变换器UH = KH B IclKH为 霍尔 常数 ；lB 为与 被测 电流 Id成 正比 的磁 通密 度；lIc为 控制 电流 。R1R0 A1R0R1UH IdIcUi35* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统36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。 36* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系
15、统37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。（见“电机控制专用集成电路”相关资料）37* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统383.2.2 微机数字控制双闭环直流调速系 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：l主程序l初始化子程序l中断服务子程序等38* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统39主程序完成实时性 要求不高的功能， 系
16、统初始化后，键 盘处理、刷新显示 、数据通信等功能 。39* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统40初始化子程序硬件工作方式 的设定、系统运行 参数和变量的初始 化等。40* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统41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。 q转速调节中断子程序 （中断级别最低）q电流调节中断子程序 （中断级别居中）q故障保护中断子程序 （优先级别最高）41* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统42转速调节中断子程序转速反馈转速调节启动测速42* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统43电流调节中断子程序电流反馈电流调节PWM生成43* *电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统44故障保护中
