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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第8章 電機(jī)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù),本章重點(diǎn)：,1.計(jì)算機(jī)及其控制技術(shù)的基本知識和電機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成,2.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,81 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)主機(jī)、過程控制通道、被控對象和常用的外設(shè)。,2計(jì)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(jì)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,

2、）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(jì)算機(jī)控制方式,對不同的被控對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)場總線控制系統(tǒng)(FCS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等。,812常用的計(jì)算機(jī),數(shù)字信號處理器 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

3、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)字控制器的設(shè)計(jì),數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。,（1）數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì),（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，必須從被控對象的特性出發(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。,3.數(shù)字PID控制,PID是Proportional（比例）、Integral（積分）、Differ

4、ential（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(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，

5、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(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)一般由電機(jī)、變流裝置、傳感器和控制單元所構(gòu)成?？刂品绞接心M(量)控制和數(shù)字(量)控制兩種，控制硬件可以是DSP、單片機(jī)、PLC等不同方式。,圖81 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),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

6、高,5）控制的運(yùn)算速度可能比較慢,83步進(jìn)電機(jī)的計(jì)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

7、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

8、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)時突然停下來，出于慣性作用，步進(jìn)電動機(jī)會發(fā)生過沖現(xiàn)象，會造成位置精度降低。如果非常緩慢的升降速，步進(jìn)電動機(jī)雖然不會產(chǎn)生失步和過沖現(xiàn)象，但影響了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作效率。所以，對步進(jìn)電動機(jī)的加減速有嚴(yán)格的要求，那就是保證在不失步和過沖的前提下，用最快的速度移動到指定位置。,