電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第4課

1、1 12 2本課內(nèi)容提綱3 34.1 4.1 數(shù)字化原理數(shù)字化原理q硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高，不受器件溫度漂不受器件溫度漂移的影響；移的影響；q進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)不同于一進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的控制規(guī)律，般線性調(diào)節(jié)的控制規(guī)律，q控制軟件更改靈活方便?？刂栖浖撵`活方便。q具有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等功具有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等功能。能。 1 1、數(shù)字控制的特點(diǎn)、數(shù)字控制的特點(diǎn)4 4Otf(t)原信號(hào)Onf(nT)1 2 3 4采樣1 1）離散化）離散化 對(duì)模擬的連續(xù)對(duì)模擬的連續(xù)信號(hào)采樣形成一連信號(hào)采樣形成一連串的脈沖信號(hào)，即串的

2、脈沖信號(hào)，即離散的模擬信號(hào)，離散的模擬信號(hào)，這就是離散化。這就是離散化。4.1 4.1 數(shù)字化原理數(shù)字化原理 2 2、信號(hào)數(shù)字化、信號(hào)數(shù)字化5 52 2） 采樣與采樣頻率采樣與采樣頻率采樣過程采樣過程：在連續(xù)系統(tǒng)設(shè)置采樣開關(guān)，使采樣開關(guān)合上的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小在連續(xù)系統(tǒng)設(shè)置采樣開關(guān)，使采樣開關(guān)合上的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于于斷開的時(shí)間，即可將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)的脈沖信斷開的時(shí)間，即可將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)的脈沖信號(hào)。號(hào)。采樣頻率采樣頻率：根據(jù)根據(jù)Shannon Shannon 采樣定理，采樣定理，f fsamsam應(yīng)不小于信號(hào)最高頻率應(yīng)不小于信號(hào)最高頻率 f fmax max 的的2 2倍，即倍，即 f

3、 fsamsam2 2f fmax max 這樣，經(jīng)采樣及保持后，原信號(hào)的頻譜不發(fā)生明顯的畸變，這樣，經(jīng)采樣及保持后，原信號(hào)的頻譜不發(fā)生明顯的畸變，系統(tǒng)保持原有的性能。系統(tǒng)保持原有的性能。6 63 3）工程上采樣頻率設(shè)置）工程上采樣頻率設(shè)置 實(shí)際系統(tǒng)中信號(hào)的最高頻率很難確定，實(shí)際系統(tǒng)中信號(hào)的最高頻率很難確定，尤其對(duì)非周期性信號(hào)（系統(tǒng)的過渡過尤其對(duì)非周期性信號(hào)（系統(tǒng)的過渡過程），其頻譜為程），其頻譜為 0 0 至至的連續(xù)函數(shù)，最的連續(xù)函數(shù)，最高頻率理論上為無窮大。高頻率理論上為無窮大。 因此，難以直接用采樣定理來確定系統(tǒng)因此，難以直接用采樣定理來確定系統(tǒng)的采樣頻率。的采樣頻率。 7 7 3 3）

4、工程上采樣頻率的設(shè)置（續(xù)）工程上采樣頻率的設(shè)置（續(xù)） 在一般情況下，可以令采樣周期在一般情況下，可以令采樣周期T Tminmin為控制對(duì)象的最小時(shí)間常數(shù)。為控制對(duì)象的最小時(shí)間常數(shù)?；蛴貌蓸咏穷l率或用采樣角頻率 sam sam min1041TTsam c c 為控制系統(tǒng)的截止頻率為控制系統(tǒng)的截止頻率。csam)104(8 84 4）數(shù)字化）數(shù)字化 離散信號(hào)經(jīng)保持離散信號(hào)經(jīng)保持器保持后，還須經(jīng)器保持后，還須經(jīng)過數(shù)字量化，即用過數(shù)字量化，即用一組數(shù)碼（如二進(jìn)一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來逼近離散制碼）來逼近離散的模擬信號(hào)的模擬信號(hào)。 保持保持OnN(nT)Na(nT)（電電壓壓）Nd(nT)（數(shù)碼數(shù)碼）

5、9 9 5 5）離散化和數(shù)字化的負(fù)面效應(yīng)）離散化和數(shù)字化的負(fù)面效應(yīng)q 離散化離散化: :時(shí)間上的不連續(xù)性；時(shí)間上的不連續(xù)性；q 數(shù)字化數(shù)字化: :量值上的不連續(xù)性。量值上的不連續(xù)性。 負(fù)面效應(yīng)：負(fù)面效應(yīng)：q A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的量化誤差量化誤差，影響控制精度和平滑性。，影響控制精度和平滑性。q D/A轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的滯后效應(yīng)滯后效應(yīng)，提高控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母，提高控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母的階次，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量減小，甚至?xí)茐南到y(tǒng)的階次，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量減小，甚至?xí)茐南到y(tǒng)的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。10104.2 4.2 11111 1）系統(tǒng)給定）系統(tǒng)給定a) 模擬給定模擬給定 b) 數(shù)字給定數(shù)字給定 121

6、22 2）數(shù)字控制器）數(shù)字控制器l PLC PLC、PACPAC（集成好的控制設(shè)備集成好的控制設(shè)備）l 微機(jī)控制：微機(jī)控制： 除了帶有除了帶有A/DA/D轉(zhuǎn)換器、通用轉(zhuǎn)換器、通用I/OI/O和通信接口；和通信接口； 還帶有一般微機(jī)并不具備的故障保護(hù)、數(shù)字還帶有一般微機(jī)并不具備的故障保護(hù)、數(shù)字測速和測速和PWMPWM生成功能。生成功能。如：如：Intel 8X196MCIntel 8X196MC系列或系列或TMS320X240TMS320X240系列等。系列等。1313 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的軟微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件有：件有：l主程序主程序l初始化子程序初始化子程序l中斷

7、服務(wù)子程序等中斷服務(wù)子程序等2 2）數(shù)字控制器（續(xù)）數(shù)字控制器（續(xù)1 1）1414主程序主程序 完成實(shí)時(shí)性完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能，要求不高的功能，系統(tǒng)初始化后，系統(tǒng)初始化后，鍵盤處理、刷新鍵盤處理、刷新顯示、數(shù)據(jù)通信顯示、數(shù)據(jù)通信等功能。等功能。開始系統(tǒng)初始化鍵處理刷新顯示數(shù)據(jù)通信有鍵按下嗎？YN1515初始化子程序初始化子程序 硬件工作方式硬件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的行參數(shù)和變量的初始化等。初始化等。系統(tǒng)初始化設(shè)定定時(shí)器、PWM、數(shù)字測速工作方式參數(shù)及變量初始化設(shè)定I/O、通信接口及顯示、鍵盤工作方式返回1616中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序 實(shí)時(shí)性強(qiáng)，由相應(yīng)的中斷

8、源提出申請(qǐng)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，由相應(yīng)的中斷源提出申請(qǐng)，CPUCPU實(shí)時(shí)響應(yīng)。實(shí)時(shí)響應(yīng)。 q轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序（中斷級(jí)別最低）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序（中斷級(jí)別最低）q電流調(diào)節(jié)中斷子程序（中斷級(jí)別居中）電流調(diào)節(jié)中斷子程序（中斷級(jí)別居中）q故障保護(hù)中斷子程序（優(yōu)先級(jí)別最高）故障保護(hù)中斷子程序（優(yōu)先級(jí)別最高）1717轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序保護(hù)現(xiàn)場讀入轉(zhuǎn)速給定計(jì)算轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)允許測速恢復(fù)現(xiàn)場中斷返回轉(zhuǎn)速反饋轉(zhuǎn)速反饋轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)啟動(dòng)測速啟動(dòng)測速1818故障保護(hù)中斷子程序故障保護(hù)中斷子程序封鎖封鎖PWMPWM輸出輸出分析故障原因分析故障原因顯示故障并報(bào)警顯示故障并報(bào)警封鎖PWM輸出分析、判斷故障原因顯

9、示故障原因故障報(bào)警等待系統(tǒng)復(fù)位19193 3）檢測反饋）檢測反饋 輸出量檢測的作用：構(gòu)成反饋控制，保護(hù)和故障診斷信息的來源。1 1）轉(zhuǎn)速檢測：）轉(zhuǎn)速檢測：模擬和數(shù)字檢測方法。2 2）電流和電壓檢測）電流和電壓檢測：檢測后由檢測后由 A/D A/D 轉(zhuǎn)換通道變?yōu)閿?shù)字量送入微機(jī)轉(zhuǎn)換通道變?yōu)閿?shù)字量送入微機(jī)。2020 轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)速檢測有模擬和數(shù)字兩種檢測方法：有模擬和數(shù)字兩種檢測方法： （1 1）模擬測速一般采用測速發(fā)電機(jī)，其輸出電）模擬測速一般采用測速發(fā)電機(jī)，其輸出電壓不僅表示了轉(zhuǎn)速的大小，還包含了轉(zhuǎn)速的方向。壓不僅表示了轉(zhuǎn)速的大小，還包含了轉(zhuǎn)速的方向。 （2 2）對(duì)于要求精度高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)，

10、往）對(duì)于要求精度高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)，往往需要采用旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。往需要采用旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。2121電流和電壓檢測電流和電壓檢測 電流和電壓檢測除了用來構(gòu)成相應(yīng)電流和電壓檢測除了用來構(gòu)成相應(yīng)的反饋控制外，還是各種保護(hù)和故障的反饋控制外，還是各種保護(hù)和故障診斷信息的來源。診斷信息的來源。電流、電壓信號(hào)也電流、電壓信號(hào)也存在幅值和極性的問題，需經(jīng)過一定存在幅值和極性的問題，需經(jīng)過一定的處理后，經(jīng)的處理后，經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換送入微機(jī)轉(zhuǎn)換送入微機(jī)，其，其處理方法與轉(zhuǎn)速相同。處理方法與轉(zhuǎn)速相同。2222霍爾效應(yīng)電流變換器霍爾效應(yīng)電流變換器 UH = KH B IclKH為霍爾常數(shù)

11、；lB為與被測電流Id成正比的磁通密度；lIc為控制電流。R1R0A1R0R1UHIdIcUi2323234.3 4.3 數(shù)字測速與濾波數(shù)字測速與濾波n數(shù)字測速精度指標(biāo)n數(shù)字測速方法nM/T 法測速軟件框圖2424244.3.1 數(shù)字測速精度指標(biāo)數(shù)字測速精度指標(biāo)（1 1）分辯率）分辯率 改變一個(gè)計(jì)數(shù)字所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化量改變一個(gè)計(jì)數(shù)字所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化量來表示分辨率來表示分辨率Q Q。 Q Q 越小，測速裝置的分辯能力越強(qiáng)越小，測速裝置的分辯能力越強(qiáng)。12nnQ252525（2 2）測速誤差率）測速誤差率 測量值與實(shí)際值的相對(duì)誤差來表示，測量值與實(shí)際值的相對(duì)誤差來表示，%100nn 的大小與測速方

12、法和測速元件的制造精度有關(guān)。2626264.3.2 4.3.2 數(shù)字測速方法數(shù)字測速方法1）旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器 在數(shù)字測在數(shù)字測速中，常用速中，常用光電式旋轉(zhuǎn)光電式旋轉(zhuǎn)編碼器作為編碼器作為轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的檢測元件。的檢測元件。光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換272727旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器 光電式光電式旋轉(zhuǎn)編碼旋轉(zhuǎn)編碼器是轉(zhuǎn)速器是轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的或轉(zhuǎn)角的檢測元件。檢測元件。 碼盤軸發(fā)光裝置接收裝置CCV增量式旋轉(zhuǎn)編碼器示意圖增量式旋轉(zhuǎn)編碼器示意圖 282828兩對(duì)發(fā)光與接收裝置，錯(cuò)開光柵節(jié)距的兩對(duì)發(fā)光與接收裝置，錯(cuò)開光柵節(jié)距的1/4，兩，兩組脈沖序列組脈沖序列A和和B的相位相差的相位相差90圖3-11 區(qū)

13、分旋轉(zhuǎn)方向區(qū)分旋轉(zhuǎn)方向的A、B兩組脈沖序列若碼盤光柵數(shù)為N，則轉(zhuǎn)速分辨率為1/N；常見光柵數(shù)1024、2048、4096采用倍頻電路可以有效地提高轉(zhuǎn)速分辨率四倍頻電路2929292）測速原理）測速原理 由光電式旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生與被測轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，測速裝置將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為以數(shù)字形式表示的轉(zhuǎn)速值。 脈沖數(shù)字轉(zhuǎn)換方法： （1）M法脈沖直接計(jì)數(shù)方法； （2）T法脈沖時(shí)間計(jì)數(shù)方法； （3）M/T法脈沖時(shí)間混合計(jì)數(shù)方法。3030303.3.3 M法測速PLG倍頻電路BusZ 記錄Tc時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器PLG發(fā)出的脈沖數(shù)M1，則c160ZTMn Z=倍頻系數(shù)PLG光柵數(shù) 測速原理與波形圖CountercT1

14、M313131M法測速的分辨率和誤差率M M法測速適用于高速。法測速適用于高速。%1001%10060 )1(60 601c1c1c1maxMZTMZTMZTMcc1c16060) 1(60ZTZTMZTMQ分辨率:誤差率:323232PLG倍頻電路ConterCPUINTnf03.3.4 T法測速 記錄PLG一個(gè)脈沖間的高頻脈沖個(gè)數(shù)M2，f0為高頻脈沖頻率，則電路與波形2060ZMfn 2M02fMTt333333T法測速的分辨率和誤差率 分辨率:誤差率: T T法測速適用于低速段。法測速適用于低速段。 %10011%10060 60 ) 1(602202020maxMZMfZMfMZf)

15、1(6060) 1(602202020MZMfZMfMZfQ343434lM法測速在高速段分辨率強(qiáng)；lT法測速在低速段分辨率強(qiáng)； 因此，可以將兩種測速方法相結(jié)合，取長補(bǔ)短。n 兩種測速方法的比較353535 M/TM/T法既檢測法既檢測 T Tc c 時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi)PLGPLG輸出輸出的脈沖個(gè)數(shù)的脈沖個(gè)數(shù)M M1 1，又檢測相同時(shí)間間，又檢測相同時(shí)間間隔的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)隔的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)M M2 2。 應(yīng)保證高頻時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器與應(yīng)保證高頻時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器與PLGPLG輸出脈沖計(jì)數(shù)器同時(shí)開啟與關(guān)閉，輸出脈沖計(jì)數(shù)器同時(shí)開啟與關(guān)閉，以減小誤差以減小誤差。 4.3.5 M/T4.3.5 M/T法測速法

16、測速363636M/TM/T法測速波形圖法測速波形圖cT1M2M編碼器輸出脈沖高頻時(shí)鐘脈沖允許計(jì)數(shù)時(shí)間高速時(shí)，相當(dāng)于M法測速最低速時(shí)，M1 =1，自動(dòng)進(jìn)入T法測速373737M/TM/T法測速法測速轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)速計(jì)算101c26060 M fMnZTZM%1001M1%100ZMfM60 ZMfM60) 1M(ZfM602201201201max誤差率誤差率383838M/TM/T法測速法測速 誤差率在誤差率在低速時(shí)趨向于低速時(shí)趨向于T T法，法，在高速段在高速段M/TM/T法相當(dāng)于法相當(dāng)于T T法的法的 M M1 1次平均，而在這次平均，而在這 M M1 1 次中最多產(chǎn)生一個(gè)高頻時(shí)鐘脈沖的誤差

17、。次中最多產(chǎn)生一個(gè)高頻時(shí)鐘脈沖的誤差。故誤差率小。故誤差率小。 M/TM/T法測速適用的轉(zhuǎn)速范圍寬，測法測速適用的轉(zhuǎn)速范圍寬，測速精度高速精度高。393939M/TM/T法測速軟件法測速軟件 允許/禁止測速開放捕捉中斷保護(hù)現(xiàn)場中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場適用于8X196MC或TMS320X240捕捉中斷4040404.3.6 4.3.6 數(shù)字濾波數(shù)字濾波 l算術(shù)平均值濾波算術(shù)平均值濾波l中值濾波中值濾波l中值平均濾波中值平均濾波414141(1). 算術(shù)平均值濾波 優(yōu)點(diǎn)：算法簡單。優(yōu)點(diǎn)：算法簡單。 缺點(diǎn)：需要較多的采樣次數(shù)才能有明顯缺點(diǎn)：需要較多的采樣次數(shù)才能有明顯的平滑效果。的平滑效果。NiiXNY11

18、424242加權(quán)算術(shù)平均值濾波加權(quán)算術(shù)平均值濾波其中，其中，NiiiXaY1121NaaaNaaa210在一般情況下434343(2)中值濾波將最近連續(xù)三次采樣值排序，使得將最近連續(xù)三次采樣值排序，使得321XXX 取中值取中值X X2 2為有效信號(hào)，舍去為有效信號(hào)，舍去X X1 1和和X X3 3。 中值濾波能有效地濾除偶然型干擾脈沖中值濾波能有效地濾除偶然型干擾脈沖（作用時(shí)間短、幅值大），當(dāng)干擾信號(hào)作（作用時(shí)間短、幅值大），當(dāng)干擾信號(hào)作用時(shí)間相對(duì)較長（大于采樣時(shí)間）則無能用時(shí)間相對(duì)較長（大于采樣時(shí)間）則無能為力。為力。444444(3)中值平均濾波設(shè)有設(shè)有N N次采樣值，排序后得次采樣值，

19、排序后得 NXXX211221NiiXNY 去掉最大值去掉最大值X XN N和最小值和最小值X X1 1，剩下的取算術(shù)，剩下的取算術(shù)平均值即為濾波后的值，平均值即為濾波后的值， 中值平均濾波是中值濾波和算術(shù)平均值濾波的中值平均濾波是中值濾波和算術(shù)平均值濾波的結(jié)合，既能濾除偶然型干擾脈沖，又能平滑濾波結(jié)合，既能濾除偶然型干擾脈沖，又能平滑濾波，但程序較為復(fù)雜，運(yùn)算量較大，但程序較為復(fù)雜，運(yùn)算量較大。4545454.4 數(shù)字PI調(diào)節(jié)器l 模擬模擬PIPI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化調(diào)節(jié)器的數(shù)字化l 改進(jìn)的數(shù)字改進(jìn)的數(shù)字PIPI算法算法l 智能型智能型PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 4646464.4.1 4.4.1 模擬

20、模擬PIPI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化調(diào)節(jié)器的數(shù)字化 當(dāng)采樣頻率足夠高時(shí)，可以當(dāng)采樣頻率足夠高時(shí)，可以先按模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)先按模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器，然后再離散化，得到數(shù)字節(jié)器，然后再離散化，得到數(shù)字控制器的算法，這就是模擬調(diào)節(jié)控制器的算法，這就是模擬調(diào)節(jié)器的數(shù)字化。器的數(shù)字化。 474747 PIPI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)PIPI調(diào)節(jié)器時(shí)域表達(dá)式調(diào)節(jié)器時(shí)域表達(dá)式其中其中 K KP P= = K Kpipi 為比例系數(shù)為比例系數(shù) K KI I =1/=1/ 為積分系數(shù)為積分系數(shù) ssKsEsUsW1)()()(pipitteKteKtteteKtud )()(d )(1)()(IP

21、pi484848 PIPI調(diào)節(jié)器的差分方程調(diào)節(jié)器的差分方程將上式離散化成差分方程，其第將上式離散化成差分方程，其第 k k 拍輸出為拍輸出為其中，其中，T Tsamsam為采樣周期為采樣周期 ) 1()()()()()()()(IsamIPIP1samIPkukeTKkeKkukeKieTKkeKkuki494949位置式位置式數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)器算法原理調(diào)節(jié)器算法原理積分部分：積分部分： ) 1()()(IsamIkukeTKkuI比例部分：比例部分： PIPI調(diào)節(jié)器的輸出調(diào)節(jié)器的輸出)()()(kukukuIP)()(PkeKkuP505050位置式位置式數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)器算法缺陷調(diào)

22、節(jié)器算法缺陷 位置式位置式PIDPID控制算法的缺點(diǎn)：當(dāng)前采樣時(shí)刻控制算法的缺點(diǎn)：當(dāng)前采樣時(shí)刻的輸出與過去的各個(gè)狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要的輸出與過去的各個(gè)狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)對(duì)e(k)e(k)進(jìn)行進(jìn)行累加，運(yùn)算量大累加，運(yùn)算量大；而且控制器；而且控制器的輸出的輸出u(k)u(k)對(duì)應(yīng)的是對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)u(k)的大幅度變化的大幅度變化會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化。會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化。515151增量式增量式PIPI調(diào)節(jié)器算法調(diào)節(jié)器算法lPI調(diào)節(jié)器的輸出調(diào)節(jié)器的輸出)() 1()()() 1()()() 1()

23、()(samIP11samIP1samIPkeTKkekeKieTKkeKieTKkeKkukukukiki)() 1()(kukuku525252增量式增量式PIPI調(diào)節(jié)器算法優(yōu)點(diǎn)調(diào)節(jié)器算法優(yōu)點(diǎn)算式中不需要累加。控制增量算式中不需要累加?？刂圃隽縰(k)u(k)的確的確定僅與最近定僅與最近3 3次的采樣值有關(guān)，容易通過加次的采樣值有關(guān)，容易通過加權(quán)處理獲得比較好的控制效果；計(jì)算機(jī)權(quán)處理獲得比較好的控制效果；計(jì)算機(jī)每次只輸出控制增量，即對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位每次只輸出控制增量，即對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化量，故機(jī)器發(fā)生故障時(shí)影響范圍置的變化量，故機(jī)器發(fā)生故障時(shí)影響范圍小、不會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)過程；手動(dòng)小、不會(huì)

24、嚴(yán)重影響生產(chǎn)過程；手動(dòng)自自動(dòng)切換時(shí)沖擊小。當(dāng)控制從手動(dòng)向自動(dòng)切動(dòng)切換時(shí)沖擊小。當(dāng)控制從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，可以作到無擾動(dòng)切換。換時(shí)，可以作到無擾動(dòng)切換。535353 限幅值設(shè)置限幅值設(shè)置 增量式增量式PIPI調(diào)節(jié)器算法只需調(diào)節(jié)器算法只需輸出輸出限幅；限幅； 位置式算法必須設(shè)置位置式算法必須設(shè)置積分限幅積分限幅和和輸出限幅輸出限幅，缺一不可缺一不可。不考慮限幅時(shí)，位置式和增量式兩種算法完全等同545454 PIPI調(diào)節(jié)器算法流程（位置式）調(diào)節(jié)器算法流程（位置式）5555553.4.2 3.4.2 改進(jìn)的數(shù)字改進(jìn)的數(shù)字PIPI算法算法 微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的邏輯判微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的邏輯判

25、斷和數(shù)值運(yùn)算能力，充分應(yīng)用這些能力，斷和數(shù)值運(yùn)算能力，充分應(yīng)用這些能力，可以衍生出多種改進(jìn)的可以衍生出多種改進(jìn)的PIPI算法，提高系統(tǒng)算法，提高系統(tǒng)的控制性能。的控制性能。l積分分離算法積分分離算法l分段分段PIPI算法算法565656(1)(1)積分分離算法積分分離算法l基本思想 在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，把P和I分開: 當(dāng)偏差大時(shí)，只讓比例部分起作用，以快速減少偏差； 當(dāng)偏差降低到一定程度后，再將積分作用投入，既可最終消除穩(wěn)態(tài)偏差，又能避免較大的退飽和超調(diào)。575757 積分分離算法積分分離算法l積分分離算法表達(dá)式為積分分離算法表達(dá)式為kiieTKCkeKku1samIIP)()()(其中 )

26、(, 0)(, 1IieieC為一常值。 積分分離法能有效抑制振蕩，或減小積分分離法能有效抑制振蕩，或減小超調(diào)超調(diào)，常用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。，常用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 585858(2)(2)分段分段PIPI算法算法 分段分段PIPI算法可以解決動(dòng)態(tài)跟隨性和算法可以解決動(dòng)態(tài)跟隨性和穩(wěn)定性的矛盾，分段穩(wěn)定性的矛盾，分段PIPI算法的表達(dá)式與算法的表達(dá)式與離散離散PIPI算法完全一樣，算法完全一樣， 但有兩套或多套但有兩套或多套PIPI參數(shù)，可根據(jù)轉(zhuǎn)參數(shù)，可根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差的大小，在不同套的參數(shù)中進(jìn)行速偏差的大小，在不同套的參數(shù)中進(jìn)行切換。切換。 595959設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)思想 在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)在雙

27、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)器的作用之一是克服反電動(dòng)勢的擾動(dòng)。在器的作用之一是克服反電動(dòng)勢的擾動(dòng)。在轉(zhuǎn)速變化過程中，必須依靠積分作用抑制轉(zhuǎn)速變化過程中，必須依靠積分作用抑制反電動(dòng)勢，使電樞電流快速跟隨給定值，反電動(dòng)勢，使電樞電流快速跟隨給定值，以保證最大的起動(dòng)電流。以保證最大的起動(dòng)電流。 在轉(zhuǎn)速偏差大時(shí)，電流調(diào)節(jié)器應(yīng)選用較在轉(zhuǎn)速偏差大時(shí)，電流調(diào)節(jié)器應(yīng)選用較大的大的K KP P和和K KI I參數(shù)；參數(shù)；使實(shí)際電流能迅速跟隨使實(shí)際電流能迅速跟隨給定值。給定值。 在轉(zhuǎn)速偏差較小時(shí)，過大的在轉(zhuǎn)速偏差較小時(shí)，過大的K KP P和和K KI I又將又將導(dǎo)致輸出電流的振蕩，導(dǎo)致輸出電流的振蕩，增加轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

28、器的增加轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時(shí)還將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的振蕩。負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時(shí)還將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的振蕩。60603.4.3 智能型PI調(diào)節(jié)器 由上述對(duì)數(shù)字PI算法的改進(jìn)可以使我們得到啟發(fā)，利用計(jì)算機(jī)豐富的邏輯判斷和數(shù)值運(yùn)算功能，數(shù)字控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制器的數(shù)字化，而且可以突破模擬控制器只能完成線性控制規(guī)律的局限，完成各類非線性控制、自適應(yīng)控制乃至智能控制等等，大大拓寬了控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)范疇。 6161l主要的智能控制方法：主要的智能控制方法：l專家系統(tǒng)l模糊控制l神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制l智能控制特點(diǎn)智能控制特點(diǎn)： 控制算法不依賴或不完全依賴于對(duì)象模型，控制算法不依賴或不完全依賴于對(duì)象模型，因而系統(tǒng)具有較強(qiáng)的因而系統(tǒng)具有

29、較強(qiáng)的魯棒性魯棒性和和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性性。 返回目錄返回目錄6262624.5 4.5 故障檢測、保護(hù)與自診斷故障檢測、保護(hù)與自診斷 對(duì)實(shí)時(shí)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理對(duì)實(shí)時(shí)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，利用故障診斷模型或?qū)：头治觯霉收显\斷模型或?qū)＜抑R(shí)進(jìn)行推理，對(duì)故障類型或家知識(shí)進(jìn)行推理，對(duì)故障類型或故障發(fā)生處作出正確的判斷，這故障發(fā)生處作出正確的判斷，這就是就是故障自診斷故障自診斷。636363故障檢測、保護(hù)與自診斷故障檢測、保護(hù)與自診斷 故障檢測、保護(hù)與自診斷的前提是故障檢測、保護(hù)與自診斷的前提是計(jì)算機(jī)能可靠地工作，檢測元件也正確計(jì)算機(jī)能可靠地工作，檢測元件也正確無誤，無誤，而對(duì)于計(jì)算機(jī)

30、和檢測元件本身的而對(duì)于計(jì)算機(jī)和檢測元件本身的故障只能依靠人工來檢查。故障只能依靠人工來檢查。6464643.6.1 3.6.1 故障檢測故障檢測 1.1.供電電源故障檢測供電電源故障檢測 三相供電電源常見的故障為過電壓、三相供電電源常見的故障為過電壓、欠電壓和缺相。欠電壓和缺相。 由三相供電電源經(jīng)電壓互感器、三相由三相供電電源經(jīng)電壓互感器、三相不可控整流橋和濾波環(huán)節(jié)，得到與供電電不可控整流橋和濾波環(huán)節(jié)，得到與供電電壓幅值成正比的直流電壓，經(jīng)壓幅值成正比的直流電壓，經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換輸入轉(zhuǎn)換輸入至計(jì)算機(jī)。至計(jì)算機(jī)。數(shù)字控制系統(tǒng)定時(shí)采樣該直流數(shù)字控制系統(tǒng)定時(shí)采樣該直流電壓，并與上、下限值進(jìn)行比較電壓，并與上、下限值進(jìn)行比較，即可判，即可判斷是否出現(xiàn)過電壓或欠電壓故障。斷是否出現(xiàn)過電壓或欠電壓故障。656565 缺相檢測缺相檢測 缺相檢測采用缺相檢測采用缺相繼電器缺相繼電器:正常時(shí)，繼電器常開觸點(diǎn)打開，缺相輸正常時(shí)，繼電器常開觸點(diǎn)打開，缺相輸出信號(hào)為低電平；出信號(hào)為低電平；缺相時(shí)，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，缺相輸缺相時(shí)，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，缺相輸出信號(hào)呈高電平。定時(shí)檢測缺相檢測輸出出信號(hào)呈高電平。定時(shí)檢測缺相檢測輸出電路電平，即可判斷是否出現(xiàn)缺相故障。電路電平，即可判斷是否出現(xiàn)缺相故障。66