电力拖动自动控制系统(陈伯时)第3章直流调速系统的数字控制PPT格式课件下载.ppt
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重点:
数字控制双闭环直流调速系统的硬件电路和数字控制双闭环直流调速系统的硬件电路和软件的结构。
软件的结构。
3电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统4模拟系统的优、缺点模拟系统的优、缺点优点优点:
物理概念清晰物理概念清晰;
控制信号流向直观控制信号流向直观。
缺点缺点:
控制规律体现在硬件电路上,线控制规律体现在硬件电路上,线路复杂、通用性路复杂、通用性差差;
控制效果受到器件的性能、温度控制效果受到器件的性能、温度等因素的影响。
等因素的影响。
4电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统53.13.1微型计算机数字控制的主要特点微型计算机数字控制的主要特点q硬件电路标准化程度硬件电路标准化程度高高,不受器件温度漂不受器件温度漂移的影响;
移的影响;
q进行逻辑判断和复杂运算,实现不同于一进行逻辑判断和复杂运算,实现不同于一般线性调节的控制规律,般线性调节的控制规律,q控制软件更改灵活方便。
控制软件更改灵活方便。
q具有信息存储、数据通信和故障诊断等功具有信息存储、数据通信和故障诊断等功能。
能。
5电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统6微机数字控制系统的主要特点微机数字控制系统的主要特点是是离散化离散化和和数字化数字化。
离散化和数字化离散化和数字化6电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统7Otf(t)原信号Onf(nT)1234采样离散化离散化对模拟的连续对模拟的连续信号采样形成一连信号采样形成一连串的脉冲信号,即串的脉冲信号,即离散的模拟信号,离散的模拟信号,这就是离散化。
这就是离散化。
7电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统8数字化数字化离散信号经保持离散信号经保持器保持后,还须经过器保持后,还须经过数字量化,即用一组数字量化,即用一组数码(如二进制码)数码(如二进制码)来逼近离散的模拟信来逼近离散的模拟信号号。
保持保持OnN(nT)Na(nT)(电电压压)Nd(nT)(数码数码)8电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统9离散化和数字化的负面效应离散化和数字化的负面效应q离散化离散化:
时间上的不连续性;
q数字化数字化:
量值上的不连续性。
负面效应:
qA/D转换的转换的量化误差量化误差,影响控制精度和平滑性。
,影响控制精度和平滑性。
qD/A转换的转换的滞后效应滞后效应,提高控制系统传递函数分母,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,甚至会破坏系统的阶次,使系统的稳定裕量减小,甚至会破坏系统的稳定性。
的稳定性。
9电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统103.1.13.1.1数字量化数字量化量量化化的的原原则则是是:
在在保保证证不不溢溢出出的的前前提提下,精度越高越好。
下,精度越高越好。
存储系数显示量化的精度,其定义为存储系数显示量化的精度,其定义为微微机机数数字字控控制制系系统统中中的的存存储储系系数数相相当当于于模模拟拟控制系统中的反馈系数。
控制系统中的反馈系数。
10电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统11微机数字控制微机数字控制数字化数字化示例示例:
在微机数字控制系统中,将模拟量数字量化的原则是:
在保证在微机数字控制系统中,将模拟量数字量化的原则是:
在保证不溢出的前提下,精度越高越好。
不溢出的前提下,精度越高越好。
定义存储系数定义存储系数K来显示量化精度,其定义为:
来显示量化精度,其定义为:
K=计算机内部存储值计算机内部存储值物理量的实际值物理量的实际值存储系数存储系数K与物理量的变化范围和计算机内部定点数的长度有关。
与物理量的变化范围和计算机内部定点数的长度有关。
例:
某直流电动机的额定电枢电流为例:
某直流电动机的额定电枢电流为136A,允许过载倍数,允许过载倍数1.5,额定速度,额定速度1460r/min,计算机内部定点数占一个字的位置(,计算机内部定点数占一个字的位置(16位),试确定电枢电流和转速存位),试确定电枢电流和转速存储系数。
储系数。
解:
定点数长度为一个字(解:
定点数长度为一个字(16位),但最高位用于符号位,只有位),但最高位用于符号位,只有15位可表示量化数值,位可表示量化数值,故最大存储值故最大存储值Dmax=215-1=32767。
K=215-11.8*136A=133.86A-1电枢电流允许过载倍数电枢电流允许过载倍数1.5,考虑到调节过程中瞬时值可能超过该值,故实际取值为,考虑到调节过程中瞬时值可能超过该值,故实际取值为1.8倍的额定电枢电流倍的额定电枢电流,因此,电枢电流的存储系数:
因此,电枢电流的存储系数:
额定转速为额定转速为1460r/min,取,取nmax=1.3倍的额定转速,则转速的存储系数为:
倍的额定转速,则转速的存储系数为:
K=215-11.3*1460r/min=17.26min/r11电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统123.1.23.1.2采样频率的选择采样频率的选择ShannonShannon采样定理采样定理:
ffsamsam应不小于信号最高频率应不小于信号最高频率ffmaxmax的的22倍倍,即即ffsamsam22ffmaxmax这样,经采样及保持后,原信号的频谱不发这样,经采样及保持后,原信号的频谱不发生明显的畸变,系统保持原有的性能生明显的畸变,系统保持原有的性能。
12电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统13采样频率采样频率实际系统中信号的最高频率很难确定,实际系统中信号的最高频率很难确定,尤其对非周期性信号(系统的过渡过程)尤其对非周期性信号(系统的过渡过程),其,其频谱为频谱为00至至的连续函数,最高频的连续函数,最高频率理论上为无穷大。
率理论上为无穷大。
因此,难以直接用采样定理来确定系统因此,难以直接用采样定理来确定系统的采样频率。
的采样频率。
13电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统14系统采样频率的确定系统采样频率的确定在一般情况下,可以令采样周期在一般情况下,可以令采样周期TTminmin为控制对象的最小时间常数。
为控制对象的最小时间常数。
或用采样角频率或用采样角频率samsamcc为控制系统的截止频率为控制系统的截止频率。
14电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统153.1.33.1.3微机数字控制系统的输入与输出微机数字控制系统的输入与输出变量变量可以是模拟量,也可以是数字量可以是模拟量,也可以是数字量:
模模拟拟输输入入量量必必须须经经过过A/DA/D转转换换为为数数字字量量,而而模模拟拟输输出出量量必必须须经经过过D/AD/A转转换换才才能得到。
能得到。
数数字字量量是是量量化化了了的的模模拟拟量量,可可以以直直接参加运算。
接参加运算。
15电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统16
(1).
(1).系统给定系统给定a)模拟给定模拟给定b)数字给定数字给定16电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统17
(2).
(2).状态检测状态检测状态量检测的作用:
构成反馈控制,保护和故障诊断信息的来源。
11)转速检测:
)转速检测:
模拟和数字检测方法。
22)电电流流和和电电压压检检测测:
一般需要A/D转换。
17电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统18转速检测转速检测转速检测有模拟和数字两种检测方法:
转速检测有模拟和数字两种检测方法:
(11)模拟测速一般采用测速发电机,其输出电)模拟测速一般采用测速发电机,其输出电压不仅表示了转速的大小,还包含了转速的方向,压不仅表示了转速的大小,还包含了转速的方向,在调速系统中(尤其在可逆系统中),转速的方在调速系统中(尤其在可逆系统中),转速的方向也是不可缺少的。
向也是不可缺少的。
因此必须经过适当的变换,因此必须经过适当的变换,将双极性的电压信号转换为单极性电压信号,经将双极性的电压信号转换为单极性电压信号,经A/DA/D转换后得到的数字量送入微机。
转换后得到的数字量送入微机。
(22)对于要求精度高、调速范围大的系统,往)对于要求精度高、调速范围大的系统,往往需要采用旋转编码器测速,即数字测速。
往需要采用旋转编码器测速,即数字测速。
18电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统19测速基本方式测速基本方式19电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统20极性转换极性转换多多数数状状态态量量为为双双极极性性(大大小小和和方方向向),A/DA/D转换电路一般是单极性的,必须进行极性转换。
转换电路一般是单极性的,必须进行极性转换。
经经A/DA/D转转换换后后得得到到以以偏偏移移码码表表示示的的数数字字量量,再用软件将偏移码变换为再用软件将偏移码变换为原码原码或或补码补码。
20电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统21原码、补码和偏移码原码、补码和偏移码实际值原码补码偏移码1277FH7FHFFH000H00H80H-127FFH81H01H-12880H00H21电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统22(3).(3).输出变量输出变量可可以以用用开开关关量量直直接接控控制制功功率率器器件件的的通通断断,也也可可以以用用经经D/AD/A转转换换得得到到的的模拟量去控制功率变换器。
模拟量去控制功率变换器。
22电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统233.23.2微机数字控制双闭环直流调速系统微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件的硬件和软件3.2.0系统组成方式系统组成方式数字控制直流调速系统的组成方式大数字控制直流调速系统的组成方式大致可分为三种:
致可分为三种:
1.1.数模混合控制系统数模混合控制系统2.2.数字电路控制系统数字电路控制系统3.3.微型计算机控制系统微型计算机控制系统23电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统241).数模混合控制系统数模混合控制系统U*nUnU*iUcUi-数字电路-功率放大电路24电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统运动控制系统运动控制系统25数模混合控制系统特点:
数模混合控制系统特点:
转速采用模拟调节器,也可采用转速采用模拟调节器,也可采用数字调节器;
数字调节器;
电流调节器采用数字调节器;
脉冲触发装置则采用模拟电路。
25电力拖动自动
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