郝用興主編華中科技大學(xué)出版社第二版機(jī)電傳動控制課件第8章

1、81 計算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)計算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ) 811計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及特點(diǎn) 1計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括：計算機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括：計算機(jī)主機(jī)、過程控制通道、被控對象和常用的主機(jī)、過程控制通道、被控對象和常用的外設(shè)。外設(shè)。 2計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程 （1）信息的獲取 （2）信息的處理 （3）信息的輸出 3計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）靈活性好 （2）實(shí)時性好 （3）存儲能力強(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 4. 常用計算機(jī)控制方式 對不同的被控對象和不同的控制要求，計

2、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)場總線控制系統(tǒng)(FCS)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等。 812常用的計算機(jī) 數(shù)字信號處理器 DSP(Digital Signal Processor) 單片微型計算機(jī)(單片機(jī)) 可編程序控制器(Programmable Logical Controller)簡稱PLC 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 2數(shù)字控制

3、器的設(shè)計 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計是通過近似將連續(xù)控制器離散化為數(shù)字控制器，并由計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。 （1）數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計（2）數(shù)字控制器的離散化設(shè)計方法 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，必須從被控對象的特性出發(fā)，直接根據(jù)計算機(jī)控制理論(采樣控制理論)來設(shè)計數(shù)字控制器，這類方法稱為離散化設(shè)計方法。 3. 數(shù)字PID控制 PID是Proportional（比例）、Integral（積分）、Differential（微分）三者的縮寫。在過程控制中，按誤差信號的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，簡稱PID調(diào)節(jié)器 1）控制算法 控制算法建立在控制對象的數(shù)學(xué)模型上，即

4、描述各輸入量與各輸出量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系?？刂扑惴ㄖ苯佑绊懣刂葡到y(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，是決定整個系統(tǒng)性能指標(biāo)優(yōu)劣的關(guān)鍵。 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，采用PID控制則可以獲得良好的控制效果。 在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)字PID控制器是用計算機(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。 82電機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)電機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn) 8.2.1電機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)基本組成電機(jī)計算機(jī)控

5、制系統(tǒng)基本組成 電機(jī)計算機(jī)控制系統(tǒng)一般電機(jī)計算機(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等不同方式。等不同方式。 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 8.2.2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)自動保護(hù)功能 (4)故障監(jiān)測和實(shí)時診斷功能 2電機(jī)采用微機(jī)控制的特點(diǎn) 1)具有

6、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 83步進(jìn)電機(jī)的計算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的計算機(jī)控制 831步進(jìn)電動機(jī)的控制方式 開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 1步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)控制 步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)控制有串行和并行兩種方式。1）串行控制圖82串行控制功能框圖 2）并行控制 圖83 并行控制功能框圖 2步進(jìn)電動機(jī)的閉環(huán)控制 圖84步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制功能框圖 832步進(jìn)電動機(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間間隔放入一張表中，每發(fā)一個脈沖就依次從表中取出相應(yīng)的

7、延時數(shù)據(jù)，從而使步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)變速。查表法控制簡單，但在速度精度要求很高的情況，延時表很大，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數(shù)據(jù)表，運(yùn)算量很大。 833步進(jìn)電動機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作。在步進(jìn)電動機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號由單片機(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)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向 (3)控制步進(jìn)電動機(jī)的速度 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 軟件法是完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通過單片機(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，來進(jìn)行

8、通電換相控制。 2速度控制 步進(jìn)電動機(jī)的速度控制通過控制單片機(jī)發(fā)出的步進(jìn)脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)。對于軟件脈沖分配方式通常采用調(diào)整兩個控制字之間的時間間隔來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 第一種是通過軟件延時的方法 第二種是通過定時器中斷的方法 3運(yùn)行控制 步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行控制包括位置控制和加、減速控制。步進(jìn)電動機(jī)的位置控制，是指控制步進(jìn)電動機(jī)帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)從一個位置精確地運(yùn)行到另一個位置。(1)位置控制 對步進(jìn)電動機(jī)位置控制的一般作法是：步進(jìn)電動機(jī)每走一步，步數(shù)減1，如果沒有失步存在，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)目標(biāo)位置時，步數(shù)正好減到0。因此，用步數(shù)等于0來判斷是否移動到目標(biāo)位，作為步進(jìn)電動機(jī)停止運(yùn)行的信號。 (2)加、減速控制 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)從A點(diǎn)到B點(diǎn)移動時，要經(jīng)歷升速、恒速和減速過程。 如果啟動時一次將速度升到給定速度，由于啟動頻率超過極限啟動頻率，步進(jìn)電動機(jī)要發(fā)生失步現(xiàn)象，因此會造成不能正常啟動。如果到終點(diǎn)時