《运动控制系统》课程PPT教学课件（电力拖动自动控制系统）第3章 直流调速系统的数字控制

电力拖动自动控制系统第3章直流调速系统的数字控制

直流调速系统的数字控制 第 3 章

内容提要微型计算机数字控制的主要特点微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件数字测速与滤波数字PI调节器用离散控制系统设计数字控制器

内容提要 n 微型计算机数字控制的主要特点 n 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬 件和软件 n 数字测速与滤波 n 数字PI调节器 n 用离散控制系统设计数字控制器

3.0问题的提出前两章中论述了直流调速系统的基本规律和设计方法，所有的调节器均用运算放大器实现，属模拟控制系统模拟系统具有物理概念清晰、控制信号流向直观等优点，便于学习入门，但其控制规律体现在硬件电路和所用的器件上，因而线路复杂、通用性差，控制效果受到器件的性能、温度等因素的影响

3. 0 问题的提出 前两章中论述了直流调速系统的基本规 律和设计方法，所有的调节器均用运算放 大器实现，属模拟控制系统。 模拟系统具有物理概念清晰、控制信号 流向直观等优点，便于学习入门，但其控 制规律体现在硬件电路和所用的器件上， 因而线路复杂、通用性差，控制效果受到 器件的性能、温度等因素的影响

以微处理器为核心的数字控制系统（简称微机数字控制系统）硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响：其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律，而且更改起来灵活方便

以微处理器为核心的数字控制系统（简 称微机数字控制系统）硬件电路的标准化 程度高，制作成本低，且不受器件温度漂 移的影响；其控制软件能够进行逻辑判断 和复杂运算，可以实现不同于一般线性调 节的最优化、自适应、非线性、智能化等 控制规律，而且更改起来灵活方便

3.1微型计算机数字控制的主要特点总之，微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高，可以提高控制性能，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。由于计算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

3. 1 微型计算机数字控制的主要特点 总之，微机数字控制系统的稳定性好， 可靠性高，可以提高控制性能，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。 由于计算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

J(t)离散化为了把模拟的连续信号输入计算机，必须首先在具有一定周0原信号期的采样时刻对它们f(nT) 采样进行实时采样，形成一连串的脉冲信号即离散的模拟信号这就是离散化O1234n

n 离散化为了把模拟的连续 信号输入计算机，必 须首先在具有一定周 期的采样时刻对它们 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。 O t f(t) 原信号 O n f(nT) 1 2 3 4 . 采样

数字化采样后得到的离散I N(nT)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）来逼近离散模拟信号的幅M值，将它转换成数字数字化信号，这就是数字化

n 数字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 近离散模拟信号的幅 值，将它转换成数字 信号，这就是数字化。 数字化 O n N(nT)

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

n 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

经过计算机运（2）D/A转换的滞后效应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

（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

3.1.1数字量化量化的原则：在保证不溢出的前提下，精度越高越好。用存储系数K来显示量化精度K=计算机内部存储值/物理量的实际值

3.1.1数字量化 n 量化的原则：在保证不溢出的前提下，精 度越高越好。 n 用存储系数K来显示量化精度。 n K=计算机内部存储值/物理量的实际值