微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件ppt课件.ppt
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1、第五章 直流调速系统的数字控制,问题的提出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PI调节器举例分析,问题的提出,前两章中论述了直流调速系统的基本规律和设计方法,所有的调节器均用运算放大器实现,属模拟控制系统。 模拟系统优点:具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点,便于学习入门。缺点:但其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上,因而线路复杂、通用性差,控制效果受到器件的性能、温度等因素的影响。,第五章 直流调速系统的数字控制,微型计算机控制系统基本组成框图,第五章 直流调速系统的数字控制,数字控制与模拟控制相比较,有以下特点: 印刷电路板面积小,连线少;产
2、品的生产周期短,调试时间短,生产效率高。 容易实现复杂的控制思想,调速精度高于模拟调速系统。 可靠性(故障率低)及可维护性(排除故障时间短)高于模拟调速系统。,第五章 直流调速系统的数字控制,微型计算机数字控制的主要特点,1)硬件电路的标准化程度高;2)可以实现较复杂的控制控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算,可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律;3)具有很大的灵活性和适应性;4)无零点漂移,控制精度高;5)可以进行信息存储,便于故障诊断和系统维护;6)可提供人机界面,多机联网工作;,第五章 直流调速系统的数字控制,由于计算机只能处理数字信号,因此,与模拟控制系统
3、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。,O,t,f(t),原信号,O,n,f(nT),第五章 直流调速系统的数字控制,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。,数字化,第五章 直流调速系统的数字控制,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
4、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。,第五章 直流调速系统的数字控制,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。,第二节 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件
5、和软件,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,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。,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。,数字直流可逆调速系统的结构图,数字电路控制系统,第二节 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件,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,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。,除主电
6、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。,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。,微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构如图所示,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,第二节 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件,微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图,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
7、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:,第二节 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件,1)模拟测速一般采用测速发电机,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。,第二节 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件,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。,第二节 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件,微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构
8、图,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。这也是采用微机控制的优势所在。,数字控制器数字控制器是系统的核心,可选用单片微机或数字信号处理器(DSP),a) 模拟给定,b) 数字给定,第二节 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件,(1)模拟给定 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。模拟给定须经A/D转换为数字量,再参与运算;,(2)数字给定 数字给定是用数字量表示的给定值,可以是拨盘设定、键盘设定或采用通信方式由上位机直接发送。,输出变量微机数字控制器的控制对象是功率
9、变换器,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。,微机数字控制系统的控制规律是靠软件来实现的,所有的硬件也必须由软件实施管理。微机数字控制双闭环直流调速系统的软件有:主程序初始化子程序中断服务子程序等,第二节 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件,2. 初始化子程序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。,第二节 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件,主程序框图,初始化子程序框图,1. 主程序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、刷新显示、与上位计算机和其他外设通信等功能。,2. 初始化子程序完
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