運控系統(tǒng)9 第2章第6講及作業(yè)

1、1運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第第2 2章章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)第第6 6講講 2.3 2.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)P61P6122.3 2.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn) P60P60序序 P61P61 模擬直流調(diào)速系統(tǒng)：轉(zhuǎn)速的給定量和反饋量都是用模擬電路以模擬量的形式提供模擬直流調(diào)速系統(tǒng)：轉(zhuǎn)速的給定量和反饋量都是用模擬電路以模擬量的形式提供給系統(tǒng)，叫給系統(tǒng)，叫“模擬直流調(diào)速系統(tǒng)模擬直流調(diào)速系統(tǒng)”。 前面討論的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，優(yōu)點是突出的，目前應(yīng)用也很

2、廣泛。前面討論的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，優(yōu)點是突出的，目前應(yīng)用也很廣泛。但有兩種擾動導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生偏差是無法克服的：但有兩種擾動導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生偏差是無法克服的： 1.1.轉(zhuǎn)速檢測裝置的誤差：使得反饋信息不能反應(yīng)真實的轉(zhuǎn)速值。轉(zhuǎn)速檢測裝置的誤差：使得反饋信息不能反應(yīng)真實的轉(zhuǎn)速值。 2.2.轉(zhuǎn)速給定裝置的誤差：會使指定的電壓值發(fā)生變化導(dǎo)致系統(tǒng)偏差。轉(zhuǎn)速給定裝置的誤差：會使指定的電壓值發(fā)生變化導(dǎo)致系統(tǒng)偏差。 在轉(zhuǎn)速環(huán)中采用數(shù)字集成電路和脈沖裝置，使在轉(zhuǎn)速環(huán)中采用數(shù)字集成電路和脈沖裝置，使轉(zhuǎn)速的給定量和反饋量以數(shù)字脈沖轉(zhuǎn)速的給定量和反饋量以數(shù)字脈沖的形式提供給系統(tǒng)，叫的形式提供給系統(tǒng)，叫“數(shù)字直流調(diào)

3、速系統(tǒng)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)”。系統(tǒng)中其他環(huán)節(jié)如調(diào)節(jié)器。系統(tǒng)中其他環(huán)節(jié)如調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器等、觸發(fā)器等可仍舊采用模擬電子電路。這樣，給定和反饋單元電路的工作電壓或器件參數(shù)的漂移可仍舊采用模擬電子電路。這樣，給定和反饋單元電路的工作電壓或器件參數(shù)的漂移都不會影響都不會影響數(shù)字脈沖形式的給定量和反饋量，數(shù)字量傳輸過程的抗干擾能力也優(yōu)于模數(shù)字脈沖形式的給定量和反饋量，數(shù)字量傳輸過程的抗干擾能力也優(yōu)于模擬量，從而可大大提高系統(tǒng)的調(diào)速精度。擬量，從而可大大提高系統(tǒng)的調(diào)速精度。 用用微型計算機(jī)或以微處理器微型計算機(jī)或以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，速度給定和反饋的數(shù)字量通為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，速度給定和反饋的數(shù)字量

4、通過數(shù)字接口部件進(jìn)行過數(shù)字接口部件進(jìn)行I/OI/O，調(diào)節(jié)器功能及其他邏輯、判斷、比較、診斷等都用軟件程，調(diào)節(jié)器功能及其他邏輯、判斷、比較、診斷等都用軟件程序的計算方式實現(xiàn)，還可采用如最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律進(jìn)行控序的計算方式實現(xiàn)，還可采用如最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律進(jìn)行控制?？刂屏枯敵鲋恍杓由瞎β史糯蟓h(huán)節(jié)就可驅(qū)動功率部件了。制?？刂屏枯敵鲋恍杓由瞎β史糯蟓h(huán)節(jié)就可驅(qū)動功率部件了。32.3 2.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn) P60P602.3.1 2.3.1 微機(jī)數(shù)字控制的特點微機(jī)數(shù)字控制的特點 微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的特

5、點是微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的特點是離散化離散化和和數(shù)字化數(shù)字化，即即A/DA/D處理處理。離散化：離散化：對模擬連續(xù)信號通過采樣形成一連串的脈沖信號，即離散的模擬信號，叫對模擬連續(xù)信號通過采樣形成一連串的脈沖信號，即離散的模擬信號，叫“離散化離散化”處理。處理。數(shù)字化：數(shù)字化：離散信號經(jīng)保持器保持，再經(jīng)過數(shù)字量化，即用一組數(shù)碼離散信號經(jīng)保持器保持，再經(jīng)過數(shù)字量化，即用一組數(shù)碼( (二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼) )來逼近來逼近離散的模擬信號離散的模擬信號42.3 2.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn) P60P602.3.1 2.3.1 微機(jī)數(shù)字控制的特點微機(jī)數(shù)字控

6、制的特點( (續(xù)續(xù)) )離散化和數(shù)字化的缺點：離散化和數(shù)字化的缺點： 離散化：存在時間上的不連續(xù)。離散化：存在時間上的不連續(xù)。 數(shù)字化：存在量值上的不連續(xù)。數(shù)字化：存在量值上的不連續(xù)。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)： A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的量化誤差：影響控制精度和平滑性。的量化誤差：影響控制精度和平滑性。 D/AD/A轉(zhuǎn)換的滯后效應(yīng)轉(zhuǎn)換的滯后效應(yīng)：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)的穩(wěn)定性。裕量減小，甚至?xí)茐南到y(tǒng)的穩(wěn)定性。52.3 2.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直

7、流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn) P60P602.3.1 2.3.1 微機(jī)數(shù)字控制的特點微機(jī)數(shù)字控制的特點( (續(xù)續(xù)) )采樣頻率的選擇：采樣頻率的選擇： 香農(nóng)香農(nóng)(Shannon)(Shannon)采樣定理采樣定理：fsam應(yīng)不小于信號最高頻率應(yīng)不小于信號最高頻率fmax的的2 2倍，即倍，即fsam2 2fmax 。這樣經(jīng)采樣及保持后，原信號的頻譜不發(fā)生明顯的畸變，系統(tǒng)保這樣經(jīng)采樣及保持后，原信號的頻譜不發(fā)生明顯的畸變，系統(tǒng)保持原有的性能。持原有的性能。 但實際系統(tǒng)中信號的最高頻率很難確定，尤其對非周期性信號但實際系統(tǒng)中信號的最高頻率很難確定，尤其對非周期性信號( (系統(tǒng)的過渡系統(tǒng)的過渡過程過程) )

8、，其頻譜為，其頻譜為0 0至至的連續(xù)函數(shù)，最高頻率理論上為無窮大。因此，難以的連續(xù)函數(shù)，最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)的采樣頻率。直接用采樣定理來確定系統(tǒng)的采樣頻率。調(diào)速系統(tǒng)采樣頻率的確定調(diào)速系統(tǒng)采樣頻率的確定 一般情況下，可以令采樣周期：一般情況下，可以令采樣周期：samsamc1 410410 minmincTTT()為控制對象的最小時間常數(shù)?；蛴貌蓸咏穷l率為控制系統(tǒng)的截止頻率。62.3 2.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn) P60P602.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化 P63P63轉(zhuǎn)速檢測

9、有模擬和數(shù)字兩種檢測方法：轉(zhuǎn)速檢測有模擬和數(shù)字兩種檢測方法： 模擬測速一般采用模擬測速一般采用測速發(fā)電機(jī)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，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，在調(diào)速系統(tǒng)中含了轉(zhuǎn)速的方向，在調(diào)速系統(tǒng)中( (尤其在可逆系統(tǒng)中尤其在可逆系統(tǒng)中) )，轉(zhuǎn)速的方向也是不可，轉(zhuǎn)速的方向也是不可缺少的。因此必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q，將雙極性的電壓信號轉(zhuǎn)換為單極性電壓缺少的。因此必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q，將雙極性的電壓信號轉(zhuǎn)換為單極性電壓信號，經(jīng)信號，經(jīng)A/D A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量送入微機(jī)。轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量送入微機(jī)。 對于要求精度高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)，往往需要采用對

10、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)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即測速，即數(shù)字測速。數(shù)字測速。72.3 2.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn) P60P602.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化1.1.旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器 P63P63編碼器是將機(jī)械位移量編碼器是將機(jī)械位移量( (包括轉(zhuǎn)動角度和直線位移包括轉(zhuǎn)動角度和直線位移) )轉(zhuǎn)化為電脈沖信號的器件。轉(zhuǎn)化為電脈沖信號的器件。有兩大類：有兩大類： 實現(xiàn)角度位置反饋的實現(xiàn)角度位置反饋的旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器。 實現(xiàn)直線位置反饋的實現(xiàn)直線位置反饋的光柵尺光柵尺。 82.3 2.3

11、 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn) P60P602.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化1.1.旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器( (續(xù)續(xù)) P63) P63 為了獲得旋轉(zhuǎn)方向信息，采用雙列光柵刻制，兩列光柵錯位為了獲得旋轉(zhuǎn)方向信息，采用雙列光柵刻制，兩列光柵錯位9090度，輸出度，輸出A A、B B兩兩路光柵脈沖信號，相位超前或落后信息代表旋轉(zhuǎn)方向。路光柵脈沖信號，相位超前或落后信息代表旋轉(zhuǎn)方向。 采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速有三種方法：采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速有三種方法：M M法、法、T T法法、M/TM/T法。法。 92.3 2.3 轉(zhuǎn)速、電流

12、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字實現(xiàn) P60P602.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化2.2.數(shù)字測速方法的精度指標(biāo)數(shù)字測速方法的精度指標(biāo) P64P64 (1)(1)分辨率分辨率Q Q 轉(zhuǎn)速計數(shù)值改變一個字轉(zhuǎn)速計數(shù)值改變一個字( (一個脈沖一個脈沖) )對應(yīng)的轉(zhuǎn)速差：對應(yīng)的轉(zhuǎn)速差：Q=n2-n1 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)。 例如例如Q=0.001，表示，表示計數(shù)值增或減一個字，轉(zhuǎn)速變化千分之一轉(zhuǎn)計數(shù)值增或減一個字，轉(zhuǎn)速變化千分之一轉(zhuǎn)/ /分。分。 (2)(2)測速誤差率測速誤差率 用測量值與實際值的相對誤差

13、來表示：用測量值與實際值的相對誤差來表示： 的大小與測速方法和測速元件的制造精度有關(guān)。的大小與測速方法和測速元件的制造精度有關(guān)。 100nnn%nn 測測實實實實實實實實際際值值測測量量值值實實際際值值102.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化( (續(xù)續(xù)) ) 將編碼器輸出的脈沖信號轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速將編碼器輸出的脈沖信號轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速( (轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分鐘分鐘) )的計算處理三個方法：的計算處理三個方法：3.M3.M法測速法測速 P65P65M M法的算法：法的算法： 1. 1.檢測區(qū)間檢測區(qū)間T 的起、止時刻取兩個相鄰采樣脈沖的上升前沿。但采樣脈沖與編碼的起、止時刻取兩個相鄰采樣脈沖的

14、上升前沿。但采樣脈沖與編碼器脈沖的上升前沿可能不同步，一個檢測區(qū)間器脈沖的上升前沿可能不同步，一個檢測區(qū)間T 內(nèi)最大會差錯內(nèi)最大會差錯1 1個編碼器脈沖。個編碼器脈沖。 2. 2.當(dāng)實際轉(zhuǎn)速很低時，在一個檢測區(qū)間當(dāng)實際轉(zhuǎn)速很低時，在一個檢測區(qū)間T 內(nèi)可能采集不到編碼器脈沖內(nèi)可能采集不到編碼器脈沖( (不適合低速不適合低速) )111113. 60 60 60(+1)604 M ccccccTTTMMTTTMTnZTMM.QnZTZT檢檢測測區(qū)區(qū)間間的的時時長長： ( (秒秒) )檢檢測測區(qū)區(qū)間間內(nèi)內(nèi)編編碼碼器器脈脈沖沖頻頻率率（脈脈沖沖/ /秒秒）( (脈脈沖沖/ /分分鐘鐘) ) 則則：檢檢

15、測測區(qū)區(qū)間間內(nèi)內(nèi)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速值值: : （轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分分）法法測測速速的的分分辨辨率率：與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 無無關(guān)關(guān)112.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化( (續(xù)續(xù)) )4.T4.T法測速法測速 P66P66T T法的算法：法的算法： 1. 1.檢測區(qū)間檢測區(qū)間T 的起、止時刻取編碼器兩個相鄰脈沖的上升前沿，但編碼器脈沖與時的起、止時刻取編碼器兩個相鄰脈沖的上升前沿，但編碼器脈沖與時鐘脈沖的上升前沿可能不同步，一個檢測區(qū)間鐘脈沖的上升前沿可能不同步，一個檢測區(qū)間T 內(nèi)最大會差錯內(nèi)最大會差錯1 1個時鐘脈沖。個時鐘脈沖。 2. 2.當(dāng)實際轉(zhuǎn)速很高時，兩個編碼器脈沖之間可能采集不到

16、時鐘器脈沖當(dāng)實際轉(zhuǎn)速很高時，兩個編碼器脈沖之間可能采集不到時鐘器脈沖( (不適合高速不適合高速) )200202222223. 601 60 6060604 T= (-1)(-1)M60TTooooTTM/ ffTfTMffTnZZMfffZn.QnZ MZMZ MfZn檢檢測測區(qū)區(qū)間間的的時時長長： ( (秒秒) )檢檢測測區(qū)區(qū)間間內(nèi)內(nèi)編編碼碼器器脈脈沖沖頻頻率率： ( (脈脈沖沖/ /分分鐘鐘) ) 則則：檢檢測測區(qū)區(qū)間間內(nèi)內(nèi)( (編編碼碼器器兩兩個個脈脈沖沖之之間間) )的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速值值: : （轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分分）法法測測速速的的分分辨辨率率：與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 有有關(guān)關(guān)122.3.2 2.3.

17、2 轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化( (續(xù)續(xù)) )5.M/T5.M/T法測速法測速 P67P67M/TM/T法的算法：法的算法：( (難點，請注意聽講難點，請注意聽講) ) 1. 1.檢測檢測區(qū)間區(qū)間T 的起、止時刻取采樣脈沖的起、止時刻取采樣脈沖Tc的的下降后沿之后第一個編碼器脈沖的上升前沿時刻，下降后沿之后第一個編碼器脈沖的上升前沿時刻，如圖中如圖中T =Tc -T1+T2。可見?？梢姍z測檢測T 區(qū)間區(qū)間的起、止時刻嚴(yán)格與編碼器脈沖同步的起、止時刻嚴(yán)格與編碼器脈沖同步( (T 區(qū)間的時長并區(qū)間的時長并不固定不固定) ) 2.2.設(shè)檢測設(shè)檢測區(qū)間區(qū)間T 內(nèi)采集到的內(nèi)采集到的編碼器脈沖數(shù)編碼

18、器脈沖數(shù)= =M1, ,時鐘脈沖數(shù)時鐘脈沖數(shù)= =M2。有：。有：00112012 260 60 TTTTM/ ff MMTfTMf MfTnZZM檢檢測測區(qū)區(qū)間間區(qū)區(qū)間間的的時時長長： ( (秒秒) )檢檢測測區(qū)區(qū)間間內(nèi)內(nèi)編編碼碼器器脈脈沖沖頻頻率率: (: (脈脈沖沖/ /分分鐘鐘) ) 則則：檢檢測測區(qū)區(qū)間間內(nèi)內(nèi)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速值值: : （轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分分）132.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化( (續(xù)續(xù)) )M/TM/T法的特點法的特點( (續(xù)續(xù)) )： 4. M/T 4. M/T法的轉(zhuǎn)速計算式中有兩個計數(shù)值法的轉(zhuǎn)速計算式中有兩個計數(shù)值M1、M2，分析測速分辨率分兩種

19、情況討論：，分析測速分辨率分兩種情況討論：結(jié)論：結(jié)論： M/T M/T法無論高速或低速都有較高的分辨率法無論高速或低速都有較高的分辨率Q Q。檢測。檢測區(qū)間區(qū)間T 的起、止時刻取編碼器脈沖的上升前的起、止時刻取編碼器脈沖的上升前沿，計數(shù)值沿，計數(shù)值M2最多產(chǎn)生一個時鐘脈沖的誤差。最多產(chǎn)生一個時鐘脈沖的誤差。 中高轉(zhuǎn)速時中高轉(zhuǎn)速時M2基本是個常數(shù)基本是個常數(shù)M2=T foTc fo，其測速誤差為，其測速誤差為1/(M2-1)100。 低速時低速時M2=TfoTcfo ，其測速誤差更小。，其測速誤差更小。 所以所以M/TM/T法具有較高的測量精度。法具有較高的測量精度。12200101010222

20、2020001222 6060(M +1)60M606060601 =(-1)MccccccoTTTTTTMf Tf MfffnQZMZMZMZMfMf Tf TQMQZf TZTfZnMMTQQZ M? 在在高高速速段段，和和，有有檢檢測測區(qū)區(qū)間間，從從而而認(rèn)認(rèn)為為不不變變化化， 則則分分辨辨率率：由由速速度度 有有： 又又：，故故（同同法法的的 ） 在在低低速速段段，隨隨轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速變變化化，分分辨辨率率同同 法法的的 ，即即260ofZn142.3.2 2.3.2 轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化( (續(xù)續(xù)) )編碼器轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化處理三種算法比較：編碼器轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化處理三種算法比較：

21、算法依據(jù)：算法依據(jù)： 兩路脈沖：系統(tǒng)給出一個恒頻的采樣脈沖序列，設(shè)頻率兩路脈沖：系統(tǒng)給出一個恒頻的采樣脈沖序列，設(shè)頻率= =fo o, ,周期周期= =Tc c 設(shè)檢測區(qū)間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)為設(shè)檢測區(qū)間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)為M1 1 編碼器產(chǎn)生的脈沖序列。編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)編碼器產(chǎn)生的脈沖序列。編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)= =Z 設(shè)檢測區(qū)間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)為設(shè)檢測區(qū)間內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)為MM2 2算法如下：算法如下：1.1.設(shè)置一個檢測區(qū)間設(shè)置一個檢測區(qū)間T： M法法： T = =采樣脈沖的一個周期采樣脈沖的一個周期Tc c。 T法法： T = =編碼器兩個相鄰脈沖之間的時間區(qū)間。編碼器兩個相鄰脈沖之間的時間區(qū)間

22、。 M/T法法：T = =在兩個采樣脈沖在兩個采樣脈沖Tc之間，取采樣脈沖之間，取采樣脈沖Tc的的下降后沿之后第一個編碼器脈沖的上下降后沿之后第一個編碼器脈沖的上升前沿這兩個時刻之間的時間區(qū)間。升前沿這兩個時刻之間的時間區(qū)間。2.2.計算在檢測計算在檢測區(qū)間區(qū)間T內(nèi)編碼器產(chǎn)生的脈沖的平均頻率內(nèi)編碼器產(chǎn)生的脈沖的平均頻率fT (脈沖數(shù)脈沖數(shù)/分鐘分鐘)：3. 計算計算檢測檢測區(qū)間區(qū)間T時間段內(nèi)的轉(zhuǎn)速時間段內(nèi)的轉(zhuǎn)速n：1606060 MTM T00122TTTcff MMfffTMM法法法法：法法/ TTTffnZZ檢檢測測區(qū)區(qū)間間內(nèi)內(nèi)編編碼碼器器產(chǎn)產(chǎn)生生的的脈脈沖沖頻頻率率：電電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 (

23、 (轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分分鐘鐘) )編編碼碼器器每每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)脈脈沖沖法法相相同同數(shù)數(shù)三三152.3.3 2.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 P68P68 PIPI調(diào)節(jié)器是電力拖動自動控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器是電力拖動自動控制系統(tǒng)中最常用的一種控制器，在微機(jī)數(shù)字控制系最常用的一種控制器，在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，當(dāng)采樣頻率足夠高時，可以先按模統(tǒng)中，當(dāng)采樣頻率足夠高時，可以先按模擬系統(tǒng)的設(shè)計方法設(shè)計調(diào)節(jié)器，然后再離擬系統(tǒng)的設(shè)計方法設(shè)計調(diào)節(jié)器，然后再離散化，就可以得到數(shù)字控制器的算法，這散化，就可以得到數(shù)字控制器的算法，這就是模擬調(diào)節(jié)器的數(shù)字化。就是模擬調(diào)節(jié)器的數(shù)字化。162.3.3 2.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)

24、器調(diào)節(jié)器 P68P68PIPI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)器時域表達(dá)式調(diào)節(jié)器時域表達(dá)式( (輸出的時域方程輸出的時域方程) )將上式離散化得將上式離散化得PIPI調(diào)節(jié)器的差分方程，其第調(diào)節(jié)器的差分方程，其第n拍輸出為拍輸出為: :ppipp1( )11( ) :( )KsU sWsKKE sss :比例系數(shù)積分系數(shù)p1( )( )( )u tK e te t dtsamsamp( )( )( )ni=1TTu nK e ne i 為采樣周期 172.3.3 2.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 P68P68數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)器算法：調(diào)節(jié)器算法：有位置式和增量式兩種算法。有

25、位置式和增量式兩種算法。位置式算法位置式算法:由差分方程直接得到由差分方程直接得到PIPI的的輸出值輸出值(第第n拍的值拍的值)：算法特點：算法特點： 計算計算PIPI當(dāng)前拍的當(dāng)前拍的輸出值輸出值u(n) ，需要當(dāng)前采樣時刻偏差值需要當(dāng)前采樣時刻偏差值e( (n) )與歷史偏差與歷史偏差的積累值的積累值。其中。其中e( (n) )是當(dāng)前采樣計算結(jié)果，而歷史偏差積累值是當(dāng)前采樣計算結(jié)果，而歷史偏差積累值來自存來自存儲器。儲器。 起快速響應(yīng)作用的比例部分只與當(dāng)前的偏差起快速響應(yīng)作用的比例部分只與當(dāng)前的偏差e(n)有關(guān)。用以最終消除偏有關(guān)。用以最終消除偏差的積分部分則是系統(tǒng)過去所有偏差的累積。差的積

26、分部分則是系統(tǒng)過去所有偏差的累積。 位置式算法的位置式算法的PIPI調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)清晰，調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)清晰，P P和和I I兩部分作用分明，參數(shù)調(diào)整簡兩部分作用分明，參數(shù)調(diào)整簡單明了。單明了。1samssampamsamp( )( )( )( )( )ni=1ni=1TTTu nK e ne ie nTK e ne i 為采樣周期182.3.3 2.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 P68P68增量式算法增量式算法: 算法特點：算法特點： 計算計算PIPI當(dāng)前拍的當(dāng)前拍的輸出值輸出值u(n) ，需要當(dāng)前采樣時刻和上一個采樣時刻的需要當(dāng)前采樣時刻和上一個采樣時刻的兩個偏差值兩個偏差值e( (n)

27、 )、e( (n-1)-1)和上一個采樣時刻的輸出值和上一個采樣時刻的輸出值u(n-1-1) 。 其中其中e( (n) )是當(dāng)前采樣計算結(jié)果，而數(shù)據(jù)是當(dāng)前采樣計算結(jié)果，而數(shù)據(jù)e( (n-1)-1)和和u(n-1-1) 來自存儲器。來自存儲器。兩個算法比較：兩個算法比較： 增量式算法需用一個增量式算法需用一個u(n-1-1) 數(shù)據(jù)存儲器和一個數(shù)據(jù)存儲器和一個偏差值偏差值e( (n-1)-1)存儲器存儲器，而位置式算法需用一個累加器計算誤差累計值而位置式算法需用一個累加器計算誤差累計值以及誤差累計值以及誤差累計值的存儲的存儲器器 。samPsamP ( )( )(1)( )(1)( )PI ( )

28、( )( )(1)( )(+1)1)(Tu nu nu nKe ne ne nTnu nu nu nKe ne ne nu n調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器的的輸輸出出值值( (第第 拍拍的的輸輸出出值值) )可可由由下下式式求求得得：192.3.3 2.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 P68P68數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)器算法調(diào)節(jié)器算法( (續(xù)續(xù)) )限幅值的設(shè)置限幅值的設(shè)置 與模擬調(diào)節(jié)器相似，在數(shù)字控制算法中，需要對輸出控制與模擬調(diào)節(jié)器相似，在數(shù)字控制算法中，需要對輸出控制量量 u(n)限幅。這里只須在程序內(nèi)設(shè)置限幅值限幅。這里只須在程序內(nèi)設(shè)置限幅值um，當(dāng)，當(dāng)u(n) um 時，便以限幅值時，便以限幅值um作為輸出。作為輸出。 不考慮限幅時，位置式和增量式兩種算法完全等同，考不考慮限幅時，位置式和增量式兩種算法完全等同，考慮限幅則兩者略有差異。增量式慮限幅則兩者略有差異。增量式PI調(diào)節(jié)器算法只需輸出限幅，調(diào)節(jié)器算法只需輸出限幅，而位置式算法必須同時設(shè)積分限幅和輸出限幅，缺一不可