直流调速系统的数字控制

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自动控制系统Automation Control System

河南理工大学电气学院 朱艺锋

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第五章 数字化直流调速系统

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前三章讲的是直流调速系统；

第四章讲的是调节器的工程设计方法；本章来讨论直流调速系统的工程设计问题。

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5.0 模拟控制系统和数字控制系统前面论述的直流调速系统，其调节器均用运 算放大器实现，属模拟控制系统。

模拟系统优点：物理概念清晰、控制信号流向直观，便于学习入门；

模拟系统缺点： 线路复杂、通用性差，控制效果受器件的性能、温度等因素的影响，控制精 度差。河南理工大学

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数字控制系统：以微处理器为核心，调节器、甚 至触发电路都可在微处理器中实现的控制系统。

数字控制系统优点：控制参数调节方便，不受器 件温度漂移的影响；其控制软件能够进行复杂运

算，可以实现像非线性、智能化等复杂控制。可实现监控、数据采集、数字显示等多种功能；稳

定性好，可靠性高；体积小，耗能少。此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制

系统无法实现的功能。缺点：难度大。河南理工大学

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第五章 数字化直流调速系统

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本章提要

5.1 微机数字控制的主要特点 5.2 微机数字控制直流调速系统的软硬件 5.3 数字测速 5.4 数字PI调节器 5.5 数字触发实现 5.6 数字直流调速系统举例分析河南理工大学

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5.1 微机数字控制的主要特点由于微机只能处理数字信号，因此， 与模拟控制系统相比，微机数字控制系统 的主要特点是离散化和数字化。

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离散化(采样)

为了把模拟的连续信号输入微机，必须对它们

进行实时采样，形成一连串的脉冲信号，即离散的 模拟信号，这就是离散化 香农定理：确保不失真。

O f(nT)

原信号采样

t

O

1 2 3 4 …

n

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数字化(量化):

采样后得到的离散 信号本质上还是模拟信 号，还须经过数字量化 ，即用一组数码(如二 进制码)来逼近离散模O

N(nT)

n

拟信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是

数字化

数字化。河南理工大学

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离散化和数字化的负面效应

离散化和数字化的结果导致了时间上 和量值上的不连续性，从而引起下述的负 面效应： (1)A/D转换的量化误差：模拟信号可 以有无穷多的数值，而数码总是有限的，

用数码来逼近模拟信号是近似的，会产生 量化误差，影响控制精度和平滑性。河南理工大学

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(2) D/A转换的滞后效应：经过计算机运算和处理后输出的数字信号必须由数模转换器D/A和保持器将它转换为连续的模拟量，再经放 大后驱动被控对象。但是，保持器会提高控制系 统传递函数分母的阶次，使系统的稳定裕量减小 ，甚至会破坏系统的稳定性。

上述两个问题的影响较小，通常可以忽略。但对高性能控制场合，需要在系统设计中予以解

决。河南理工大学

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5.2 微机数字控制双闭环直流调速系统5.2.1 系统组成AC

~

微机控制电路Ui * U*i - i

A/D

TA / 3

主电路

U* U*n +_

ASR

ACR

Ucc U

PLG D/P M

Un n

P/D

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5.2 微机数字控制双闭环直流调速系统

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5.2 微机数字控制双闭环直流调速系统在数字装置中，由计算机软硬件实现其功能 ，即为计算机控制系统。系统的特点： 双闭环系统结构，采用微机控制； 全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和检测电

流、电压和转速的计算； 采用数字PI算法，由软件实现转速、电流调节。

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5.2.1 微机数字控制直流调速系统的 硬件结构 微机数字控制直流调速系统硬件方 面一般由以下部分组成： 主电路 检测电路 控制电路 给定电路 显示电路河南理工大学

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微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图

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