郝用興主編 機(jī)電傳動(dòng)控制第三版課件第8章

1、普通高等院校普通高等院校“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材81 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ) 811計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn) 1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括：計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括：計(jì)算機(jī)主機(jī)、過(guò)程控制通道、被控對(duì)象和常用的主機(jī)、過(guò)程控制通道、被控對(duì)象和常用的外設(shè)。外設(shè)。 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程 （1）信息的獲取 （2）信息的處理 （3）信息的輸出 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）靈活

2、性好 （2）實(shí)時(shí)性好 （3）存儲(chǔ)能力強(qiáng) （4）邏輯運(yùn)算能力強(qiáng) （5）精度高（6）穩(wěn)定性好 （7）可靠性高（8）具有自診斷能力 （9）抗干擾能力強(qiáng) （10）多功能 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材4. 常用計(jì)算機(jī)控制方式 對(duì)不同的被控對(duì)象和不同的控制要求，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所采用的控制方式有不同的控制方案。根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將機(jī)械系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分為操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)、監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC)、分布控制系統(tǒng)(DCS)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等。 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教

3、材規(guī)劃教材812常用的計(jì)算機(jī) 數(shù)字信號(hào)處理器 DSP(Digital Signal Processor) 單片微型計(jì)算機(jī)(單片機(jī)) 可編程序控制器(Programmable Logical Controller)簡(jiǎn)稱PLC 普通高等院校普通高等院校“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材1基本概念 （1）采樣 （2）零階保持器 （3）z變換 （4）離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述 813 數(shù)字控制器 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材2數(shù)字控制器的設(shè)計(jì) 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)是通過(guò)近似將連續(xù)控制器離散化為數(shù)字控制器，并由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （1）數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)普通高等院校普通高等院?！笆?/p>

4、五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材（2）數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)方法 由于控制任務(wù)需要，當(dāng)所選擇的采樣周期比較大或?qū)刂瀑|(zhì)量要求比較高時(shí)，必須從被控對(duì)象的特性出發(fā)，直接根據(jù)計(jì)算機(jī)控制理論(采樣控制理論)來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，這類方法稱為離散化設(shè)計(jì)方法。 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材3. 數(shù)字PID控制 PID是Proportional（比例）、Integral（積分）、Differential（微分）三者的縮寫。在過(guò)程控制中，按誤差信號(hào)的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)稱PID調(diào)節(jié)器 普通高等院校普通高等院校“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材1）控制算法 控制算法建立在控制對(duì)象

5、的數(shù)學(xué)模型上，即描述各輸入量與各輸出量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。控制算法直接影響控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，是決定整個(gè)系統(tǒng)性能指標(biāo)優(yōu)劣的關(guān)鍵。 普通高等院校普通高等院校“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材2）數(shù)字PID控制算法 由于PID控制具有參數(shù)整定方便、結(jié)構(gòu)改變靈活(如PI、PD、PID結(jié)構(gòu))、控制效果較佳的優(yōu)點(diǎn)，而獲得廣泛的應(yīng)用。特別是當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，采用PID控制則可以獲得良好的控制效果。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)字PID控制器是用計(jì)算機(jī)軟件按PID控制規(guī)律編制的應(yīng)用程序，因此數(shù)字PID控制器也稱為數(shù)字PID控制算法。 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)

6、劃教材規(guī)劃教材82電機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)電機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn) 8.2.1電機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本組成電機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本組成 電機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般電機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般由電機(jī)、變流裝置、傳感由電機(jī)、變流裝置、傳感器和控制單元所構(gòu)成?？仄骱涂刂茊卧鶚?gòu)成?？刂品绞接心M制方式有模擬(量量)控制和數(shù)控制和數(shù)字字(量量)控制兩種，控制硬件控制兩種，控制硬件可以是可以是DSP、單片機(jī)、單片機(jī)、PLC等。等。 普通高等院校普通高等院校“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材圖圖8 81 1 微機(jī)控制電機(jī)系統(tǒng)框圖微機(jī)控制電機(jī)系統(tǒng)框圖 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材8.

7、2.2電機(jī)微機(jī)控制的功能和特點(diǎn)電機(jī)微機(jī)控制的功能和特點(diǎn) 1電機(jī)控制系統(tǒng)中微機(jī)實(shí)現(xiàn)的主要功能 (1)邏輯控制功能 (2)運(yùn)算、調(diào)節(jié)和控制功能 (3)自動(dòng)保護(hù)功能 (4)故障監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)診斷功能 普通高等院校普通高等院校“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材2電機(jī)采用微機(jī)控制的特點(diǎn) 1)具有高精度的穩(wěn)態(tài)調(diào)整性能 2)較高的控制質(zhì)量 3)方便靈活地實(shí)現(xiàn)多種控制 4)系統(tǒng)可靠性高 5）控制的運(yùn)算速度可能比較慢 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材83步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算機(jī)控制 831步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式 開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教

8、材規(guī)劃教材1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制有串行和并行兩種方式。1）串行控制普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材圖82串行控制功能框圖 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材2）并行控制 圖83 并行控制功能框圖 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制 圖84步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制功能框圖 普通高等院校普通高等院校“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材832步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的DSP控制 DSP可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加、減速控制。對(duì)步進(jìn)電機(jī)的加、減速控制常用的是查表法。就是將相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔放入一張表中，每發(fā)一個(gè)脈沖就依次

9、從表中取出相應(yīng)的延時(shí)數(shù)據(jù)，從而使步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)變速。查表法控制簡(jiǎn)單，但在速度精度要求很高的情況，延時(shí)表很大，并且控制不夠靈活，在最大速度或者加速度改變以后都要修改延時(shí)數(shù)據(jù)表，運(yùn)算量很大。 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材833步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本控制作用如下： (1)控制換相順序 (2)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向 (3)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材1.脈沖分配 實(shí)現(xiàn)脈沖分配(也就是通電換相控制)的方法有兩種：軟件法和硬件法 軟件法是

10、完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通過(guò)單片機(jī)的I/O向驅(qū)功電路發(fā)出控制脈沖 所謂硬件法實(shí)際上是使用脈沖分配器芯片，來(lái)進(jìn)行通電換相控制。 普通高等院校普通高等院校“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材 2速度控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制通過(guò)控制單片機(jī)發(fā)出的步進(jìn)脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于軟件脈沖分配方式通常采用調(diào)整兩個(gè)控制字之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 第一種是通過(guò)軟件延時(shí)的方法 第二種是通過(guò)定時(shí)器中斷的方法 普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材3運(yùn)行控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制包括位置控制和加、減速控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的位置控制，是指控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)從一個(gè)位置精確地運(yùn)行到另一個(gè)位置。(1)位置控制普通高等院校普通高等院?！笆迨濉币?guī)劃教材規(guī)劃教材 對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位置控制的一般作法是：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步，步數(shù)減1，如果沒(méi)有失步存在，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，步數(shù)正好減到0。因此，用步數(shù)等于0來(lái)判斷是否移動(dòng)到目標(biāo)位，作為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行的信號(hào)。 普通高等院校普通高等院校“十二五十二五”規(guī)劃教材規(guī)劃教材(2)加、減速控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，要經(jīng)歷升速、恒速和減速過(guò)程。 如果啟動(dòng)時(shí)一次將速度升到給定速度，由于啟動(dòng)頻率超