雙閉環(huán)系統(tǒng)數(shù)字控制課件

3.1~的組成及其靜特性3.2~的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)過程分析3.3~的設(shè)計(jì)3.4~的仿真與數(shù)字控制轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)3.1~的組成及其靜特性轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)1微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件數(shù)字控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)、保護(hù)與自診斷*微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件2微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件

Q0系統(tǒng)組成方式數(shù)字控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成方式大致可分為三種：1.數(shù)模混合控制系統(tǒng)2.數(shù)字電路控制系統(tǒng)3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件Q0系統(tǒng)組31.數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)1.數(shù)模混合控制系統(tǒng)42.數(shù)字電路控制系統(tǒng)MPLGD/PACRASRU*nP/D/3ACTAUiUnUcU*i_A/D數(shù)字電路主電路-~U*nUnU*iUiUc--××2.數(shù)字電路控制系統(tǒng)MPLGD/PACRASRU*nP/D53.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)6微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)下標(biāo)“dig”表示數(shù)字量

圖3-3 微機(jī)數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)給定信號(hào)、反饋信號(hào)改為數(shù)字量；反饋系數(shù)改為存儲(chǔ)系數(shù)。微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)下標(biāo)“dig”表示數(shù)字量圖37Q1硬件結(jié)構(gòu)

微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，系統(tǒng)由以下部分組成主回路檢測(cè)電路故障綜合數(shù)字控制器鍵盤與顯示電路Q1硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)8圖3-4微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖主回路檢測(cè)電路故障綜合數(shù)字控制器鍵盤與顯示電路主回路微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路中的UPE有兩種方式：直流PWM功率變換器（here）晶閘管可控整流器故障綜合利用微機(jī)擁有強(qiáng)大的邏輯判斷功能，對(duì)電壓、電流、溫度等信號(hào)進(jìn)行分析比較，若發(fā)生故障立即進(jìn)行故障診斷，以便及時(shí)處理，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。這也是采用微機(jī)控制的優(yōu)勢(shì)所在。圖中兩處電流檢測(cè)從故障診斷角度有意義。數(shù)字控制器專為電機(jī)控制設(shè)計(jì)的微處理器：除了帶有A/D轉(zhuǎn)換器、通用I/O和通信接口，還帶有故障保護(hù)、數(shù)字測(cè)速和PWM生成功能，如：Intel8X196MC系列或TMS320X240系列等。檢測(cè)回路檢測(cè)回路包括電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速檢測(cè)，其中：電壓、電流和溫度檢測(cè)由A/D轉(zhuǎn)換通道變?yōu)閿?shù)字量送入微機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)用數(shù)字測(cè)速圖3-4微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖91.轉(zhuǎn)速檢測(cè)

轉(zhuǎn)速檢測(cè)有模擬和數(shù)字兩種檢測(cè)方法：1）模擬測(cè)速一般采用測(cè)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，在調(diào)速系統(tǒng)中（尤其在可逆系統(tǒng)中），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(hào)轉(zhuǎn)換為單極性電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量送入微機(jī)。但偏移碼不能直接參與運(yùn)算，必須用軟件將偏移碼變換為原碼或補(bǔ)碼，然后進(jìn)行閉環(huán)控制。2）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(cè)速，即數(shù)字測(cè)速。檢測(cè)回路1.轉(zhuǎn)速檢測(cè)轉(zhuǎn)速檢測(cè)有模擬和數(shù)字兩種檢測(cè)方法：檢10測(cè)速基本方式測(cè)速基本方式112.電流和電壓檢測(cè)

電流和電壓檢測(cè)除了用來(lái)構(gòu)成相應(yīng)的反饋控制外，還是各種保護(hù)和故障診斷信息的來(lái)源。電流、電壓信號(hào)也存在幅值和極性的問題，需經(jīng)過一定的處理后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入微機(jī)，其處理方法與轉(zhuǎn)速相同。2.電流和電壓檢測(cè)電流和電壓檢測(cè)除了用來(lái)構(gòu)12電流檢測(cè)方法(pass)（1）電流互感器（2）霍爾效應(yīng)電流變換器信號(hào)隔離與轉(zhuǎn)換(pass)電流檢測(cè)方法(pass)（1）電流互感器信號(hào)隔離與轉(zhuǎn)換(13鍵盤與顯示電路（圖3-4）鍵盤與顯示電路（圖3-4）14Q2軟件框圖微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所有的硬件也必須由軟件實(shí)施管理。微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件有：主程序初始化子程序中斷服務(wù)子程序等Q2軟件框圖微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來(lái)15主程序完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能。系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示、數(shù)據(jù)通信等功能。主程序完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能。系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、16初始化子程序完成硬件器件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的初始化等。初始化子程序完成硬件器件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的17中斷服務(wù)子程序

完成實(shí)時(shí)性強(qiáng)的功能，如故障保護(hù)、PWM生成、狀態(tài)檢測(cè)和數(shù)字PI調(diào)節(jié)等。由相應(yīng)的中斷源提出申請(qǐng)，CPU實(shí)時(shí)響應(yīng)。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序（中斷級(jí)別最低）電流調(diào)節(jié)中斷子程序（中斷級(jí)別居中）故障保護(hù)中斷子程序（優(yōu)先級(jí)別最高）中斷服務(wù)子程序完成實(shí)時(shí)性強(qiáng)的功能，如故障保護(hù)、PWM生成、18轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序轉(zhuǎn)速反饋轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)啟動(dòng)測(cè)速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序轉(zhuǎn)速反饋19電流調(diào)節(jié)中斷子程序電流反饋電流調(diào)節(jié)PWM生成電流調(diào)節(jié)中斷子程序電流反饋20故障保護(hù)中斷子程序封鎖PWM輸出分析故障原因顯示故障并報(bào)警故障保護(hù)中斷子程序封鎖PWM輸出21當(dāng)故障保護(hù)引腳的電平發(fā)生跳變時(shí)申請(qǐng)故障保護(hù)中斷，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)均采用定時(shí)中斷。三種中斷服務(wù)中，故障保護(hù)中斷優(yōu)先級(jí)別最高，電流調(diào)節(jié)中斷次之，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷級(jí)別最低。

返回目錄當(dāng)故障保護(hù)引腳的電平發(fā)生跳變時(shí)申請(qǐng)故障保護(hù)中斷，而223.1~的組成及其靜特性3.2~的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)過程分析3.3~的設(shè)計(jì)3.4~的仿真與數(shù)字控制轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)3.1~的組成及其靜特性轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)23微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件數(shù)字控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)、保護(hù)與自診斷*微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件24微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件

Q0系統(tǒng)組成方式數(shù)字控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成方式大致可分為三種：1.數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)2.數(shù)字電路控制系統(tǒng)3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件Q0系統(tǒng)組251.數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)1.數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)262.數(shù)字電路控制系統(tǒng)MPLGD/PACRASRU*nP/D/3ACTAUiUnUcU*i_A/D數(shù)字電路主電路-~U*nUnU*iUiUc--××2.數(shù)字電路控制系統(tǒng)MPLGD/PACRASRU*nP/D273.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)3.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)28微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)下標(biāo)“dig”表示數(shù)字量

圖3-3 微機(jī)數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)給定信號(hào)、反饋信號(hào)改為數(shù)字量；反饋系數(shù)改為存儲(chǔ)系數(shù)。微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)下標(biāo)“dig”表示數(shù)字量圖329Q1硬件結(jié)構(gòu)

微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，系統(tǒng)由以下部分組成主回路檢測(cè)電路故障綜合數(shù)字控制器鍵盤與顯示電路Q1硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)30圖3-4微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖主回路檢測(cè)電路故障綜合數(shù)字控制器鍵盤與顯示電路主回路微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路中的UPE有兩種方式：直流PWM功率變換器（here）晶閘管可控整流器故障綜合利用微機(jī)擁有強(qiáng)大的邏輯判斷功能，對(duì)電壓、電流、溫度等信號(hào)進(jìn)行分析比較，若發(fā)生故障立即進(jìn)行故障診斷，以便及時(shí)處理，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。這也是采用微機(jī)控制的優(yōu)勢(shì)所在。圖中兩處電流檢測(cè)從故障診斷角度有意義。數(shù)字控制器專為電機(jī)控制設(shè)計(jì)的微處理器：除了帶有A/D轉(zhuǎn)換器、通用I/O和通信接口，還帶有故障保護(hù)、數(shù)字測(cè)速和PWM生成功能，如：Intel8X196MC系列或TMS320X240系列等。檢測(cè)回路檢測(cè)回路包括電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速檢測(cè)，其中：電壓、電流和溫度檢測(cè)由A/D轉(zhuǎn)換通道變?yōu)閿?shù)字量送入微機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)用數(shù)字測(cè)速圖3-4微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖311.轉(zhuǎn)速檢測(cè)

轉(zhuǎn)速檢測(cè)有模擬和數(shù)字兩種檢測(cè)方法：1）模擬測(cè)速一般采用測(cè)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，在調(diào)速系統(tǒng)中（尤其在可逆系統(tǒng)中），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(hào)轉(zhuǎn)換為單極性電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量送入微機(jī)。但偏移碼不能直接參與運(yùn)算，必須用軟件將偏移碼變換為原碼或補(bǔ)碼，然后進(jìn)行閉環(huán)控制。2）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(cè)速，即數(shù)字測(cè)速。檢測(cè)回路1.轉(zhuǎn)速檢測(cè)轉(zhuǎn)速檢測(cè)有模擬和數(shù)字兩種檢測(cè)方法：檢32測(cè)速基本方式測(cè)速基本方式332.電流和電壓檢測(cè)

電流和電壓檢測(cè)除了用來(lái)構(gòu)成相應(yīng)的反饋控制外，還是各種保護(hù)和故障診斷信息的來(lái)源。電流、電壓信號(hào)也存在幅值和極性的問題，需經(jīng)過一定的處理后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入微機(jī)，其處理方法與轉(zhuǎn)速相同。2.電流和電壓檢測(cè)電流和電壓檢測(cè)除了用來(lái)構(gòu)34電流檢測(cè)方法(pass)（1）電流互感器（2）霍爾效應(yīng)電流變換器信號(hào)隔離與轉(zhuǎn)換(pass)電流檢測(cè)方法(pass)（1）電流互感器信號(hào)隔離與轉(zhuǎn)換(35鍵盤與顯示電路（圖3-4）鍵盤與顯示電路（圖3-4）36Q2軟件框圖微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所有的硬件也必須由軟件實(shí)施管理。微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件有：主程序初始化子程序中斷服務(wù)子程序等Q2軟件框圖微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來(lái)37主程序完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能。系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示、數(shù)據(jù)通信等功能。主程序完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能。系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、38初始化子程序完成硬件器件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的初始化等。初始化子程序完成硬件器件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的39中斷服務(wù)子程序

完成實(shí)時(shí)性強(qiáng)的功能，如故障保護(hù)、PWM生成、狀態(tài)檢測(cè)和數(shù)字PI調(diào)節(jié)等。由相應(yīng)的中斷源提出申請(qǐng)，CPU實(shí)時(shí)響應(yīng)。

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序（中斷級(jí)別最低）電流調(diào)節(jié)中斷子程序（中斷級(jí)別居中）故障保護(hù)中斷子程序（優(yōu)先級(jí)別最高）中斷服務(wù)子程序完成實(shí)時(shí)性強(qiáng)的功能，如故障保護(hù)、PWM生成、40轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序轉(zhuǎn)速反饋轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)啟動(dòng)測(cè)速轉(zhuǎn)速