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第一章緒論 一 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論二 工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)三 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概述 1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成圖示計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī) 通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 簡(jiǎn)稱工控機(jī) 來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng) 偏差控制量 一計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論 所謂自動(dòng)控制 就是在沒有人直接參與的情況下 通過(guò)控制器使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行 2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理 1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 對(duì)來(lái)自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入 2 實(shí)時(shí)控制決策 對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析和處理 并按已定的控制規(guī)律 決定將要采取的控制行為 3 實(shí)時(shí)控制輸出 根據(jù)控制決策 適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào) 完成控制任務(wù) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式 5種 1 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)該系統(tǒng)屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的控制算法 依賴測(cè)量元件測(cè)得的信號(hào)數(shù)據(jù) 計(jì)算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案 操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的信息去改變調(diào)節(jié)器的給定值或直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu) 2 直接數(shù)字控制 DirectDigitalControl 系統(tǒng)DDC系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)首先通過(guò)模擬量輸入通道 AI 和開關(guān)量輸入通道 DI 實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù) 然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算 最后發(fā)出控制信息 并通過(guò)模擬量輸出通道 AO 和開關(guān)量輸出通道 DO 直接控制生產(chǎn)過(guò)程 3 監(jiān)督控制 SupervisoryComputerControl 系統(tǒng)監(jiān)督控制中 計(jì)算機(jī)根據(jù)原始工藝信息和其他的參數(shù) 按照描述生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型或其他方法 自動(dòng)地改變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機(jī)中的給定值 從而使生產(chǎn)過(guò)程始終處于最優(yōu)工況 如保持高質(zhì)量 高效率 低消耗 低成本等等 從這個(gè)角度上說(shuō) 它的作用始改變?cè)O(shè)定值 又稱為設(shè)定值控制SPC SetPointControl 4 分散型控制系統(tǒng) DistributedControlSystem DCS DCS采用分散控制 集中操作 分級(jí)管理 分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則 把系統(tǒng)從上到下分為分散過(guò)程控制級(jí) 集中操作監(jiān)控級(jí) 綜合信息管理級(jí) 形成分級(jí)分布式控制 5 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FieldbusControlSystem FCS FCS是新一代分布式控制結(jié)構(gòu) 20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的DCS 其結(jié)構(gòu)模式為 操作站 控制站 現(xiàn)場(chǎng)儀表 三層結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)成本較高 而且各廠商的DCS又各自的標(biāo)準(zhǔn) 不能互連 FCS于DCS不同 它的結(jié)構(gòu)模式為 工作站 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表 二層結(jié)構(gòu) 完成了DCS三層結(jié)構(gòu)的功能 降低了成本 提高了可靠性 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后 可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1 工業(yè)控制機(jī)PC總線工控機(jī) X86CPU STD總線工控機(jī) X86CPU VME總線工控機(jī) MotorolaCPU 多總線 MULTIBUS 工控機(jī) X86CPU 二 工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 2 PC總線標(biāo)準(zhǔn)XT線 書上的PC總線 62線 16位 數(shù)據(jù)傳輸率2 38MbpsISA AT 總線 對(duì)XT總線的擴(kuò)充 98線 16位 尋址空間16MB 數(shù)據(jù)傳輸率16MbpsEISA總線 對(duì)ISA總線的擴(kuò)充 32位 98 98線 數(shù)據(jù)傳輸率32MbpsVESA總線 局部總線標(biāo)準(zhǔn) 是ISA總線的擴(kuò)展 適應(yīng)多媒體技術(shù) 數(shù)據(jù)交換由CPU總線直接進(jìn)行 運(yùn)行速度為66MHz或更高 最大數(shù)據(jù)傳輸率為132Mbps PCI總線 在CPU和外設(shè)間插入?yún)f(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓芾韺?提供一致的總線接口 形成了開放的局部總線標(biāo)準(zhǔn) 而不依賴于CPU芯片 工作頻率33MHz PCI總線的數(shù)據(jù)寬度為32位和64兩種 數(shù)據(jù)傳輸率分別為133Mbps和266Mbps PCIExpress數(shù)據(jù)傳輸率可以達(dá)到8Gbps 3 基于PC總線的工業(yè)控制機(jī)常見類型ISA總線工控機(jī)PCI總線工控機(jī)PC104總線工控機(jī) 總線與ISA兼容的基礎(chǔ)上縮小模板尺寸 降低功耗 滿足嵌入式系統(tǒng)的要求 有104條信號(hào)線 模板尺寸為3 6in 3 8in 90mm 96mm 可以層疊 CompactPCI工控機(jī) PCI總線 歐式插卡結(jié)構(gòu) 三計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概述 1推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù) 1 普及應(yīng)用可編程序控制器 PLC 2 廣泛使用調(diào)節(jié)器 3 采用新型的DCS和FCS2大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng) 1 分級(jí)遞階智能控制系統(tǒng) 2 模糊控制系統(tǒng) 3 專家系統(tǒng) 4 學(xué)習(xí)控制系統(tǒng) 5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 第2章輸入輸出接口與過(guò)程通道接口 計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁 包括輸入和輸出接口 接口技術(shù) 研究計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的技術(shù) 過(guò)程通道 計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道 AI AO DI DO 2 1數(shù)字量輸入輸出通道 DI DO 數(shù)字量 開關(guān)量 用 0 和 1 兩個(gè)量進(jìn)行描述 2 1 1數(shù)字量輸入輸出接口數(shù)字量輸入接口三態(tài)門緩沖器74LS244MOVDX portINAL DX 數(shù)字量輸出接口鎖存器74LS273利用IOW上升沿鎖存MOVAL DATAMOVDX portOUTDX DL 輸入調(diào)理電路 輸入緩沖器 地址譯碼器 生產(chǎn)過(guò)程 PC總線 2 1 2數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu) 輸入調(diào)理電路 把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換 保護(hù) 濾波 隔離轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào) 小功率輸入調(diào)理電路 開關(guān)去抖電路積分電路 A O A O O A1 RS觸發(fā)器去抖RS觸發(fā)器 1 負(fù)脈沖 0 高電平 大功率輸入調(diào)理電路 采用光電隔離 輸出驅(qū)動(dòng)器 輸出鎖存器 地址譯碼器 生產(chǎn)過(guò)程 PC總線 2 1 3數(shù)字量輸出通道1 數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu) 2 輸出驅(qū)動(dòng)電路小功率直流驅(qū)動(dòng)電路功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路續(xù)流二極管在功率晶體管關(guān)閉時(shí) 為繼電器線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)提供旁路通道 保護(hù)晶體管 達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路MC1416 7路驅(qū)動(dòng) 帶保護(hù)二極管 大功率交流驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器 零交叉電路在交流電過(guò)零時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào) 減少干擾 2 2A D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)常用A D轉(zhuǎn)換方式 1 逐次逼近型 轉(zhuǎn)換時(shí)間短 抗擾性差 電壓比較 ADC0809 8位 AD574 12位 2 雙斜積分型 轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng) 抗擾性好 積分 MC14433 11位 ICL7135 14位 3 全并行比較型 Flash型 采用多個(gè)比較器 速度極高 電路規(guī)模大 成本高 4 分級(jí)型 減少并行比較ADC的位數(shù) 分級(jí)多次轉(zhuǎn)換 減小電路規(guī)模 保持較高速度 5 型 過(guò)采樣轉(zhuǎn)換器 高速1bitDAC 數(shù)字濾波 轉(zhuǎn)換成低采樣率高位數(shù)字 分辨率高 A D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 轉(zhuǎn)換時(shí)間 積分型毫秒級(jí) 逐次比較微秒級(jí) 全并行納秒級(jí) 分辨率 數(shù)字量位數(shù)n LSB 最低有效位 滿量程的1 2n 線性誤差 量程范圍內(nèi) 偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差 通常為1 2LSB或1LSB 量程 能轉(zhuǎn)換的電壓范圍 對(duì)基準(zhǔn)電源的要求 電源精度 2 2 1A D轉(zhuǎn)換器8位A D轉(zhuǎn)換器ADC0809 帶8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近A D轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換時(shí)間100us 誤差 1 2LSB 8通道模擬開關(guān)及通道選擇 地址鎖存信號(hào)ALE轉(zhuǎn)換啟動(dòng) START收到正脈沖轉(zhuǎn)換結(jié)束 EOC從低電平變?yōu)楦唠娖交鶞?zhǔn)電壓 VREF 5 12V VREF 0V 轉(zhuǎn)換時(shí)序 12位A D轉(zhuǎn)換器AD547A單通道12位逐次逼近A D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間25us 誤差 1 2LSB 單極性或雙極性輸入 量程10V或20V 單 雙極性應(yīng)用 單極性 BIPOFF接0V 雙極性 BIPOFF接10V 轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出 引腳12 8 1 D11 D0并行輸出 引腳12 8 0 D11 D8和D7 D0分時(shí)輸出 控制邏輯 轉(zhuǎn)換進(jìn)行 STS為高電平轉(zhuǎn)換結(jié)束 STS從高電平轉(zhuǎn)為低電平轉(zhuǎn)換時(shí)序 啟動(dòng) 轉(zhuǎn)換時(shí)序 讀 2 2 2A D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)ADC0809與8255A接口 8255A的A口工作方式0 A口為數(shù)據(jù)輸入端 C口上半部分為輸入 下半部分為輸出 PC0 PC2 通道地址ABCPC3 ALE和START 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換PC7 OE和EOC 檢測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)束 8255A系統(tǒng)地址2C0H 2C3H ADC0809PROCNEARMOVCX 8 循環(huán)次數(shù)CLD DI自動(dòng)增量MOVBL 00H 模擬通道地址LEADI DATABUF 字串存儲(chǔ)地址NEXTA MOVDX 02C2HMOVAL BLOUTDX ALINCDXMOVAL 00000111B 輸出啟動(dòng)信號(hào) 上升沿鎖存地址NOPNOPNOPMOVAL 00000110B 下降沿 形成ALE START脈沖 OUTDX ALDECDXNOSC INAL DX 檢測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)TESTAL 80HJNZNOSC EOC 1 則等待 檢測(cè)EOC下降沿NOEOC INAL DX TESTAL 80HJZNOSC EOC 0 則等待 檢測(cè)EOC上升沿 轉(zhuǎn)換結(jié)束MOVDX 02C0H 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果INAL DXSTOSDATABUF 保存結(jié)果INCBL 修改模擬通道地址LOOPNEXTA CX 1 RETADC0809ENDP AD574與8255A接口AD574的12 8接 5V A0接地 工作于12位轉(zhuǎn)換和讀出方式 8255A的A口 B口工作方式0 數(shù)據(jù)輸入端C口上半部分為輸入 下半部分為輸出 PC0 PC2 R C CS CEPC7 STS 檢測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)束8255A系統(tǒng)地址2C0H 2C3H MOVDX 02C2H 令CS R C為低電平MOVAL 00HOUTDX ALNOPNOPMOVAL 04H 令CE 1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換OUTDX ALNOPNOPMOVAL 03H 令CE 0 CS R C 1 啟動(dòng)完畢OUTDX ALPOLLING INAL DX 查詢STS狀態(tài)TESTAL 80HJNZPOLLING STS 1則等待 檢測(cè)下降沿 轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOVAL 01H 令CS 0 R C 1 準(zhǔn)備讀 OUTDX ALNOPMOVAL 05H 令CE 1 允許讀出OUTDX ALMOVDX 02C0HINAL DX 讀高4位DB11 DB8 ANDAL 0FHMOVBH AL 存高4位INCDXINAL DX 讀低8位DB7 DB0MOVBL ALINCDXMOVAL 03HOUTDX AL 結(jié)束讀出操作 第二章輸入輸出接口與過(guò)程通道 2 2 3模擬量輸入通道模擬量輸入通道 把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào) 送入計(jì)算機(jī)中 模擬信號(hào)傳輸 0 10mA或4 20mA電流傳輸 2 3 1模擬量輸入通道結(jié)構(gòu) 2 3 2I V變換電流輸出儀表DDZ 0 10mA儀表DDZ DDZ S 4 20mA無(wú)源I V變換 利用無(wú)源器件完成 0 10mA R1100 R2500 0 5V輸出4 20mA R1100 R2250 1 5V輸出 有源I V變換 利用有源器件完成 0 10mA R1200 R3100k R4150k 0 5V輸出4 20mA R1200 R3100k 同相放大器倍數(shù)A 1 R4 R3R425k 1 5V輸出 2 3 3多路轉(zhuǎn)換器多路開關(guān) 理想工作狀態(tài) 開路電阻無(wú)窮大 導(dǎo)通電阻為0 要求切換速度快 舉例 CD4051 8通道開關(guān)INH禁止輸入 2 3 4采樣 量化及常用的采樣保持器信號(hào)的采樣 采樣過(guò)程 以周期時(shí)間間隔T 把時(shí)間與幅值連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B串脈沖輸出信號(hào) 為采樣寬度 即K閉合的時(shí)間 香農(nóng)采樣定量 若信號(hào)的最高頻率為fmax 只要采樣頻率f 2fmax 采樣信號(hào)就能唯一復(fù)現(xiàn)原信號(hào) 量化量化 用一組數(shù)碼逼近離散模擬信號(hào)的幅值 量化過(guò)程 模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 量化單位 A D轉(zhuǎn)換器的最低有效位LSB對(duì)應(yīng)的模擬量 q ymax ymin 2n 1 量化誤差 1 2q 采樣保持器 孔徑時(shí)間tA D 完成一次A D轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間 孔徑誤差 采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差 孔徑誤差的消除 采用采樣保持器 孔徑時(shí)間內(nèi) 信號(hào)的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)換誤差 A D轉(zhuǎn)換器需要采樣保持器來(lái)提高輸入信號(hào)的頻率范圍 采樣保持器 把t KT時(shí)刻的采樣值保持到A D轉(zhuǎn)換結(jié)束 采樣 K閉合 CH快速充電 VOUT跟隨VIN保持 K斷開 VOUT保持VC 緩慢變化的信號(hào)無(wú)需采樣保持器 LF398采樣保持控制引腳8 高電平 采樣低電平 保持CH外接高品質(zhì)電容 其減小可以提高采樣頻率 獲取時(shí)間 CH為0 01uF時(shí) 時(shí)間為25us 2 3 5模擬量輸入通道設(shè)計(jì)器件 AD547A LF398 CD4051 8255A指標(biāo) 8通道模擬量輸入 12位A D轉(zhuǎn)換 25us 量程0 10V 查詢應(yīng)答方式電路邏輯 通道選擇 PC0 PC2 通道禁止 PC3 LF398采樣和保持 ADC547的STS 反相器 AD547A的R C CS CE PC4 PC6 轉(zhuǎn)換狀態(tài)檢測(cè)STS PA7 數(shù)據(jù)輸入 高4位 PA0 PA3 低8位 B口 AD574APROCNEARCLDLEADI BUFMOVBL 00000000B 令CE CS R C INH 0 初始化MOVCX 8ADC MOVDX 2C2H C口地址MOVAL BLOUTDX AL 選擇多路開關(guān) STS 0 LF398采樣NOPNOPORAL 01000000B 令CE 1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換A DOUTDX AL ANDAL 10111111B 令CE 0 形成啟動(dòng)脈沖OUTDX AL MOVDX 2C0H A口地址 PULLINGINAL DX 測(cè)試STS 看轉(zhuǎn)換是否結(jié)束TESTAL 80HJNZPULLING 轉(zhuǎn)換期間STS 1 LF398保持MOVAL BL ORAL 00010000B 轉(zhuǎn)換結(jié)束 令R C 1 準(zhǔn)備讀MOVDX 2C2H OUTDX ALORAL 01000000B 令CE R C 1 開始讀MOVDX 2C0H 讀A口高4位INAL DXANDAL 0FHMOVAH AL 高4位存在AHINCDX 讀B口低8位INAL DX 低8位存在ALSTOSW 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) INCBL 更換通道LOOPADCMOVAL 00111000B CE 0 CS R C INH 1 芯片復(fù)位MOVDX 2C2HOUTDX ALRETAD574AENDP 2 4D A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)D A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 分辨率 D A轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù) 建立時(shí)間 輸入數(shù)字信號(hào)的變化是滿量程時(shí) 輸出信號(hào)達(dá)到離終值 1 2LSB的所需時(shí)間 線性誤差 偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差 常見D A轉(zhuǎn)換器類型 電流輸出型 通常要轉(zhuǎn)為電壓 速度因外接放大器有滯后 電壓輸出形 速度快 僅用于高阻抗負(fù)載 乘算型 在基準(zhǔn)電壓輸入上加交變信號(hào) 能輸出數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電壓輸入相乘的結(jié)果 完成乘法運(yùn)算 1bitD A轉(zhuǎn)換器 將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制或頻率調(diào)制的輸出 然后用數(shù)字濾波器作平均化而得到電壓輸出 又稱位流方式 2 4 1D A轉(zhuǎn)換器8位D A轉(zhuǎn)換器ADC0832 8位電流輸出型D A轉(zhuǎn)換器 內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器 輸入鎖存器和DAC鎖存器 分別由LE1 LE2控制 高電平 寄存器直通低電平 寄存器鎖存 引腳說(shuō)明 DI0 DI7 數(shù)字輸入IOUT1 IOUT2 電流輸出 IOUT1 IOUT2 C ILE 輸入寄存器鎖存允許WR1 控制輸入寄存器WR2 控制DAC寄存器XFER 控制DAC寄存器 XFER WR2地用于多個(gè)D A轉(zhuǎn)換器的同步 通常接地 這時(shí)DAC寄存器直通 Rfb反饋電阻端 VREF參考電壓 DAC0832單緩沖形式 XFER WR2接地 ILE接高電平 WR1接I O控制 CS接譯碼 2個(gè)寄存器中只有輸入寄存器有效 12位D A轉(zhuǎn)換器DAC1210 12位電流輸出型D A轉(zhuǎn)換器 內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器 輸入鎖存器和DAC鎖存器 分別由LE控制 BYTE1 BYTE2輸入控制端高電平 DI0 DI11同時(shí)鎖存到輸入寄存器低電平 DI0 DI3鎖存到4位輸入寄存器 DAC寄存器的鎖存控制端LE高電平 Q D 輸入寄存器與DAC寄存器直通低電平 DAC寄存器鎖存 WR1 WR2 CS XFER Rfb VREF與DAC0832相同 2 4 2D A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)DAC0832與XT總線接口 DAC0832工作方式為單緩沖寄存器 用反相放大器把輸出電流轉(zhuǎn)換為負(fù)極性電壓 工作過(guò)程 1 端口地址 IOW有效 CS有效 LE1高電平 輸入寄存器直通 輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行D A轉(zhuǎn)換 2 IOW變高 CS變高 LE1低電平 輸入寄存器鎖存 D A轉(zhuǎn)換輸出保持 程序 端口地址300H MOVDX 300HMOVAL 7FHOUTDX ALHLT 電流輸出端IOUT1 IOUT2的電位應(yīng)接近0 以保證運(yùn)放輸出的線性 DAC1210與XT總線接口 譯碼器對(duì)端口300H 301H 302H分別產(chǎn)生Y0 Y1 Y2用于DAC的控制 CS接地8位輸入寄存器 XT總線D0 D74位輸入寄存器 XT總線D4 D7 輸出端用反相放大器把差動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為電壓 經(jīng)倒相后變?yōu)檎龢O性電壓輸出 工作過(guò)程 1 鎖存高8位數(shù)據(jù) Y0有效 BYTE1 BYTE2高電平 當(dāng)IOW有效 D0 D7鎖入8位輸入寄存器 D4 D7鎖入4位輸入寄存器 2 鎖存低4位數(shù)據(jù) Y1有效 BYTE1 BYTE2低電平 當(dāng)IOW有效 D4 D7鎖入4位輸入寄存器 3 輸入寄存器數(shù)據(jù)送到DAC寄存器 Y2有效 XFER低電平 當(dāng)IOW有效 輸入寄存器數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器 并開始D A轉(zhuǎn)換 4 DAC寄存器鎖存 D A輸出保持 Y2 IOW變高電平 DAC寄存器鎖存數(shù)據(jù) 保持D A轉(zhuǎn)換輸出 程序MOVDX 300H Y0有效MOVAL 83H 高8位數(shù)據(jù)OUTDX ALMOVDX 301H Y1有效MOVAL 0F0H 低4位數(shù)據(jù)OUTDX ALMOVDX 302H Y2有效OUTDX AL 進(jìn)行D A轉(zhuǎn)換HLT 微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第五講 第3章數(shù)字程序控制技術(shù)所謂數(shù)字程序控制 就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù) 控制生產(chǎn)機(jī)械 如各種加工機(jī)床 按規(guī)定的工作順序 運(yùn)動(dòng)軌跡 運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制 數(shù)控系統(tǒng) 輸入裝置 輸出裝置 控制器和插補(bǔ)器 計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC ComputerNumericalControl 步驟 1 曲線分段 圖中曲線分為三段 分別為ab bc cd a b c d四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī) 分割原則 應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi) 2 插補(bǔ)計(jì)算 插補(bǔ)計(jì)算 給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo) 求得曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法 插補(bǔ)計(jì)算原則 通過(guò)給定的基點(diǎn)坐標(biāo) 以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn) 這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段 插補(bǔ) 直線插補(bǔ) 在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來(lái)逼近 二次曲線插補(bǔ) 圓弧 拋物線 雙曲線 在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來(lái)逼近 3 折線逼近 根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算出的中間點(diǎn) 產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)x y方向上的步進(jìn)電機(jī) 帶動(dòng)繪圖筆 刀具等 從而繪出圖形或加工所要求的輪廓 步長(zhǎng) 刀具對(duì)應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置 可以用 x y表示 一般 x yx方向步數(shù) Nx xe x0 xy方向步數(shù) Ny ye y0 y 3 1 2數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制的3種方式 點(diǎn)位控制 直線切削控制 輪廓切削控制 點(diǎn)位控制只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值 即工件加工點(diǎn)準(zhǔn)確定位 對(duì)刀具的移動(dòng)路徑 移動(dòng)速度 移動(dòng)方向不作規(guī)定 且在移動(dòng)過(guò)程中不做任何加工 只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開始加工 定位 直線切削控制控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值 還要求刀具相對(duì)于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng) 且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行切削加工 單軸切削 輪廓的切削控制控制刀具沿工件輪廓曲線運(yùn)動(dòng) 并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將工件加工成某一形狀 這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行 多軸切削 三種方式比較點(diǎn)位控制 驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 無(wú)需插補(bǔ)直線切削控制 驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜 無(wú)需插補(bǔ)輪廓切削控制 驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜 需插補(bǔ) 3 1 3開環(huán)數(shù)字程序控制閉環(huán)方式執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件反饋測(cè)量元件采用光電編碼器 光柵 感應(yīng)同步器等開環(huán)方式 3 2逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法插補(bǔ) 就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較一次 決定下一步的進(jìn)給方向 用階梯折線逼近曲線 走一步 比較一次 決定下一步的走向 逐點(diǎn)比較法的最大誤差 一個(gè)脈沖當(dāng)量 步長(zhǎng) 3 2 1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)插補(bǔ)步驟 偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算 終點(diǎn)判斷走一步 比較一次 決定下一步的走向插補(bǔ)結(jié)束判斷 第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)偏差計(jì)算式 若點(diǎn)m在OA直線段上 則有xm ym xe ye即ymxe xmye 0于是取偏差計(jì)算式為Fm ymxe xmye 偏差判別 偏差判別式 若Fm 0 則點(diǎn)m在OA直線段上 若Fm 0 則點(diǎn)m在OA直線段的上方 若Fm 0時(shí) 沿 x軸方向走一步 當(dāng)Fm 0時(shí) 沿 y方向走一步 當(dāng)目前坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)相等 停止插補(bǔ) 偏差計(jì)算的簡(jiǎn)化 1 設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn) 若Fm 0 這時(shí)沿 x軸方向走一步至m 1點(diǎn) xm 1 ym 1 xm 1 ym Fm 1 ym 1xe xm 1ye ymxe xm 1 ye ymxe xmye ye Fm ye 2 設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn) 若Fm 0 這時(shí)沿 y軸方向走一步至m 1點(diǎn) 推理有Fm 1 Fm xe 偏差計(jì)算簡(jiǎn)化為 若m為起點(diǎn)0 則Fm F0 0 否則 若Fm 0 Fm 1 Fm ye若Fm 0 Fm 1 Fm xe終點(diǎn)判斷 方法1 設(shè)置x y軸兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器Nx和Ny 加工前分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)xe和ye x y 軸每進(jìn)給一步則Nx 1 Ny 1 當(dāng)Nx和Ny均為0 則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn) 方法2 設(shè)置一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Nxy x或y軸每進(jìn)給一步則Nxy 1 當(dāng)Nxy為0 則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn) 4象限內(nèi)的直線插補(bǔ)記憶 2象限 1象限以y軸鏡象4象限 1象限以x軸鏡象3象限 1象限旋轉(zhuǎn)180度 3 直線插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存單元數(shù)據(jù)XE 終點(diǎn)X坐標(biāo)YE 終點(diǎn)Y坐標(biāo)NXY 總步數(shù) Nxy Nx NyFM 加工點(diǎn)偏差 初值F0 0XOY 象限值 1 2 3 4分別代表1 2 3 4象限ZF 進(jìn)給方向 1 2 3 4代表在 x x y y方向進(jìn)給 流程圖 例3 1 加工第1象限直線OA 起點(diǎn)為O 0 0 終點(diǎn)為A 6 4 試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖 解 進(jìn)給總步數(shù)Nxy 6 0 4 0 10 xe 6 ye 4 F0 0 xoy 1 微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第六講 3 2 2逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)第一象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ)偏差定義M點(diǎn)偏差Fm Rm2 R2 xm2 ym2 R2 偏差判斷Fm 0 M點(diǎn)在圓弧上Fm 0 M點(diǎn)在圓弧外Fm 0 M點(diǎn)在圓弧內(nèi) 第一象限逆圓弧逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的原理 從起點(diǎn)出發(fā) 當(dāng)Fm 0 向 x方向進(jìn)給一步 并計(jì)算新的偏差 當(dāng)Fm 0 下一步向 y方向進(jìn)給 并計(jì)算新的偏差 按上述步驟循環(huán)到達(dá)終點(diǎn)后結(jié)束 偏差的簡(jiǎn)化計(jì)算 以第一象限逆圓弧為例 當(dāng)Fm 0 向 x方向進(jìn)給一步 xm 1 ym 1 xm 1 ym Fm 1 xm 12 ym 12 R2 Fm 2xm 1當(dāng)Fm 0 向 y方向進(jìn)給一步 xm 1 ym 1 xm ym 1 Fm 1 xm 12 ym 12 R2 Fm 2ym 1起點(diǎn)偏差Fm 0 終點(diǎn)判斷采用總步數(shù)Nxy設(shè)計(jì)數(shù)方法 Nxy初始設(shè)值為x和y軸進(jìn)給總步數(shù)之和 x或y軸每進(jìn)給一步則Nxy 1 當(dāng)Nxy為0 則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn) 插補(bǔ)計(jì)算步驟偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算 坐標(biāo)計(jì)算 終點(diǎn)判斷直線插補(bǔ) 偏差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo)xe ye圓弧插補(bǔ) 偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo)xm ym 四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)第一象限順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算當(dāng)Fm 0 向 y方向進(jìn)給一步 Fm 1 Fm 2ym 1當(dāng)Fm 0 向 x方向進(jìn)給一步 Fm 1 Fm 2xm 1 四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)記憶 2象限 1象限以y軸鏡象4象限 1象限以x軸鏡象3象限 1象限旋轉(zhuǎn)180度 圓弧插補(bǔ)計(jì)算工時(shí)和進(jìn)給方向注意 表中坐標(biāo)值為不帶符號(hào)的數(shù) 如第四象限中的點(diǎn) 4 3 應(yīng)用xm 4 ym 3查表計(jì)算 圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存單元數(shù)據(jù)X0 起點(diǎn)X坐標(biāo)Y0 起點(diǎn)Y坐標(biāo)NXY 總步數(shù) Nxy Nx NyFM 加工點(diǎn)偏差 XM xmYM ymRNS 圓弧種類 1 2 3 4和5 6 7 8分別代表SR1 SR2 SR3 SR4和NR1 NR2 NR3 NR4 ZF 進(jìn)給方向 1 2 3 4代表在 x x y y方向進(jìn)給 流程圖 例3 2 加工第1象限逆圓弧AB 起點(diǎn)為A 4 0 終點(diǎn)為B 0 4 試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖 解 進(jìn)給總步數(shù)Nxy 4 0 4 0 8 3 3步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī) 是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)摸 D A 轉(zhuǎn)換器 輸入 脈沖輸出 位移脈沖數(shù) 決定位移量脈沖頻率 決定位移的速度 3 3 1步進(jìn)電機(jī)的工作原理三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)定子 三對(duì)磁極 六個(gè)齒轉(zhuǎn)子 四個(gè)齒 分別為0 1 2 3齒 工作過(guò)程 A相通電 A相磁極與0 2號(hào)齒對(duì)齊 B相通電 由于磁力線作用 B相磁極與1 3號(hào)齒對(duì)齊 C相通電 由于磁力線作用 C相磁極與0 2號(hào)齒對(duì)齊 A相通電 由于磁力線作用 A相磁極與1 3號(hào)齒對(duì)齊 結(jié)論 定子按A B C A相輪流通電 則磁場(chǎng)沿A B C方向轉(zhuǎn)動(dòng)360度角 轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置 齒數(shù)為4 齒距角為90度 即1個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了90度 步進(jìn)電機(jī)的 相 和 拍 相 繞組的個(gè)數(shù) 拍 繞組的通電狀態(tài) 如 三拍表示一個(gè)周期共有3種通電狀態(tài) 六拍表示一個(gè)周期有6種通電狀態(tài) 每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距 步進(jìn)電機(jī)的步距角的計(jì)算 N 步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)Z 轉(zhuǎn)子的齒數(shù) 齒距角 z 360 Z步距角 360 NZ 步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度 3 3 2步進(jìn)電機(jī)的工作方式 步進(jìn)電機(jī)的通電方式單相通電方式 雙相通電方式 單相雙相交叉通電方式 三相步進(jìn)電機(jī)可工作于三相三拍 單三拍 雙相三拍 雙三拍 三相六拍工作方式 單三拍工作方式A B C A 雙三拍工作方式AB BC CA AB 三相六拍工作方式A AB B BC C CA A 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng) 切換時(shí) 繞組電流并非全部切除或通入 只改變額定值的一部分 如1 4 轉(zhuǎn)子也只轉(zhuǎn)動(dòng)步距角的一部分 如1 4 優(yōu)點(diǎn) 達(dá)到更高分辨率 減小振動(dòng)和噪聲 微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第七講 3 3 3步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表步進(jìn)電機(jī)常規(guī)控制電路 脈沖分配器 把脈沖串按一定規(guī)律分配給脈沖放大器的各相輸入端 又稱環(huán)形分配器 輸入 步進(jìn)脈沖 1個(gè)脈沖為1拍 走一步 方向選擇 正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn) 輸出 各相繞組的驅(qū)動(dòng)脈沖 功率放大器 脈沖分配器的輸出電路不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 進(jìn)行功率放大 步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制方式一微機(jī) 環(huán)形分配器 功放運(yùn)動(dòng)控制及脈沖產(chǎn)生脈沖脈沖分配 步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制方式2微機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)動(dòng)控制和脈沖分配功率放大步進(jìn)電機(jī)控制接口 例如 采用8255芯片控制x y軸步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表 8255的PA PB口分別控制x y軸步進(jìn)電機(jī) 輸出數(shù)據(jù) 1 表示通電 0 表示斷電 輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存 正轉(zhuǎn)訪問順序 ADX1 ADX2 ADX6ADY1 ADY2 ADY6反轉(zhuǎn)訪問順序 ADX6 ADX5 ADX1ADY6 ADY5 ADY1微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能 改變輸出脈沖數(shù) 控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù) 改變各相繞組的通電順序 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 改變輸出脈沖的頻率 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存 正轉(zhuǎn)輸出順序 ADX1 ADX2 ADX6ADY1 ADY2 ADY6反轉(zhuǎn)輸出順序 ADX6 ADX5 ADX1ADY6 ADY5 ADY1微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能 改變輸出脈沖數(shù) 控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù) 改變各相繞組的通電順序 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 改變輸出脈沖的頻率 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 3 3 4步進(jìn)電機(jī)控制程序步進(jìn)電機(jī)走步控制程序流程圖 步進(jìn)電機(jī)速度控制程序 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速 改變輸出脈沖的頻率 可采用延時(shí)或定時(shí)器方法 延時(shí)或定時(shí)時(shí)間的計(jì)算 Ti為相鄰兩次走步的時(shí)間間隔 Vi為進(jìn)給一步后速度 a為加速度 有 步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn) 四相八拍工作方式 8086 采用延時(shí)方式進(jìn)行速度控制 8031 采用定時(shí)器方式進(jìn)行速度控制 PWM直流電機(jī)調(diào)速 PWM 脈沖寬度調(diào)制技術(shù) 輸出脈沖頻率不變 脈沖寬度受輸入信號(hào)調(diào)制 在電機(jī)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛 PWM直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn) 1 功耗小 效率高 2 以高頻脈沖電流給繞組供電 由于繞組為感性負(fù)載 脈沖電流得以濾平 所以波系數(shù)小 電機(jī)發(fā)熱量小 3 系統(tǒng)的響應(yīng)頻帶寬 起制動(dòng)非?？?4 系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的性能好 5 高頻輸出避開了電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)械的共振點(diǎn) 所以運(yùn)行平穩(wěn) 噪聲低 微機(jī)產(chǎn)生PWM波形的方法程序延時(shí) 高電平延時(shí) 低電平延時(shí) PWM周期時(shí)間定時(shí)器中斷 PWM周期T定時(shí)中斷 高電平t定時(shí)中斷 直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn) 采用PWM調(diào)速方式 8031產(chǎn)生PWM波 驅(qū)動(dòng)電路功率放大 PWM波形的產(chǎn)生 采用延時(shí)方式產(chǎn)生PWM波形 脈寬固定 電機(jī)恒速 T X T0 T1 Y T0 T2 Z T0 X為T周期參數(shù) 放在20H單元 Y為T1延時(shí)參數(shù) Z為T2延時(shí)參數(shù) 放在21H單元 X Y Z T0為延時(shí)的時(shí)間基數(shù) 由定時(shí)器確定 參數(shù)置22H 23H單元中 ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPTT0 跳轉(zhuǎn)到定時(shí)器0中斷程序ORG1000HMAIN SETBP1 0 脈沖的高電平MOVR0 21H 21H 初始值為Y 存入R0中 延時(shí)T1MOVTMOD 01HMOVTL0 22H 時(shí)間基數(shù)T0的定時(shí)參數(shù)MOVTH0 23HSETBTR0 定時(shí)中斷設(shè)置SETBET0 SETBEAL1 CJNER0 00H L2 CPLP1 0 延時(shí)R0 T0時(shí)間后 輸出取反R0在運(yùn)行前為MOVA 20H 取X T周期時(shí)間 Y 則運(yùn)行后為SUBBA 21H A X 21H 若 21H Y A Z X 運(yùn)行前為X若 21H Z A Y 則運(yùn)行后為Y MOV21H A A存到 21H R0交替置入高M(jìn)OVR0 A 低電平延時(shí)時(shí)間 L2 AJMPL1TT0 MOVTL0 22H T0定時(shí)中斷MOVTH0 23HDECR0 R0 1RETI 實(shí)驗(yàn)編程 用8086和8255 P1 0改為PA0口 編程控制直流電機(jī) 在第1個(gè)10秒慢速轉(zhuǎn)動(dòng) 第2個(gè)10秒快速轉(zhuǎn)動(dòng) 并不斷循環(huán) 微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第八講 第四章常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法 連續(xù)化設(shè)計(jì) 采樣周期短 控制算法簡(jiǎn)單的系統(tǒng) 忽略零階保持器和采樣器 求出系統(tǒng)的連續(xù)控制器 以近似方式離散化為數(shù)字控制器 離散化設(shè)計(jì) 采樣周期長(zhǎng)的或控制復(fù)雜的系統(tǒng) 直接使用采樣控制理論設(shè)計(jì)數(shù)字控制器 4 1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì) 1 忽略控制回路中的零階保持器和采樣器 在S域中設(shè)計(jì)連續(xù)控制器 條件是采樣周期足夠短 2 通過(guò)近似方法 把連續(xù)控制器離散化為數(shù)字控制器 用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 實(shí)質(zhì) 在采用周期足夠短的情況下 把數(shù)字控制器 A D 采樣 計(jì)算機(jī) D A 零階保持 看作一個(gè)整體 其輸入和輸出為模擬量 將其等效為連續(xù)傳遞函數(shù) 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù) 是立足于連續(xù)控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì) 然后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)的 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)在被控對(duì)象的特性不太清楚的情況下 利用技術(shù)成熟的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù) 并把它移植到計(jì)算機(jī)上予以實(shí)現(xiàn) 以達(dá)到滿意的控制效果 但是連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)要求相當(dāng)短的采樣周期 因此只能實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單的控制算法 由于控制任務(wù)的需要 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(shí) 必須從被控對(duì)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(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字控制器 這類方法稱為離散化設(shè)計(jì)技術(shù) 離散化設(shè)計(jì)技術(shù)比連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)更具有一般意義 它完全是根據(jù)采樣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析和綜合 并導(dǎo)出相應(yīng)的控制規(guī)律和算法 數(shù)字控制理論基礎(chǔ)1 計(jì)算機(jī)只能接受和處理二進(jìn)制代碼0和1及其組合 這些二進(jìn)制數(shù)可以表示某一物理量的大小 稱之為離散量或數(shù)字量 但實(shí)際系統(tǒng)中的被控量是在時(shí)間上連續(xù)的信號(hào) 一般稱之為連續(xù)量或模擬量 模擬量進(jìn)行離散化并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后 才能由計(jì)算機(jī)處理 因此 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也可以稱為數(shù)字控制系統(tǒng) 離散控制系統(tǒng)或采樣控制系統(tǒng) 模擬控制系統(tǒng)也稱為連續(xù)控制系統(tǒng) 離散 數(shù)字 控制系統(tǒng)與連續(xù) 模擬 控制系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于 模擬系統(tǒng)中的給定量 反饋量和被控量都是連續(xù)型的時(shí)間函數(shù) 而在離散系統(tǒng)中 通過(guò)計(jì)算機(jī)處理得給定量 反饋量和被控量是在時(shí)間上離散的數(shù)字信號(hào) 把計(jì)算機(jī)引入連續(xù)控制系統(tǒng)中作為控制器使用 便構(gòu)成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng) 在本質(zhì)上是一個(gè)離散系統(tǒng) 脈沖傳遞函數(shù)的定義1 在連續(xù)系統(tǒng)中傳遞函數(shù)的定義是 在初始靜止 t 0時(shí) 輸入量和輸出量以及他們的各階導(dǎo)數(shù)均為零 的條件下 一個(gè)環(huán)節(jié) 系統(tǒng) 的輸出量拉氏變換和輸入量的拉氏變換之比定義為該環(huán)節(jié) 系統(tǒng) 的傳遞函數(shù) 2 依此類似 在數(shù)字控制系統(tǒng)中 也是在初始靜止的條件下 一個(gè)環(huán)節(jié) 系統(tǒng) 的輸出脈沖序列的Z變換與輸入脈沖序列的Z變換之比 被定義為該環(huán)節(jié) 系統(tǒng) 的脈沖傳遞函數(shù) 4 1 1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟5步 設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器D s 選擇采樣周期T 將D s 離散化為D z 設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法 校驗(yàn)第一步 設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器D s 解決方案 自控原理中的連續(xù)系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)法 根軌跡法等 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖G s 被控對(duì)象的傳遞函數(shù)D z 數(shù)字控制器 H S 零階保持器 U K U t 控制量 假想的連續(xù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖D S 連續(xù)控制器 第二步 選擇采樣周期T 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)恢復(fù)功能由零階保持器H s 完成 頻率特性推導(dǎo) 使用歐拉公式 零階保持器的傳遞函數(shù)為 上式表明 零階保持器存在滯后 對(duì)于小的采用周期 用冪級(jí)數(shù)展開 H s 可用T 2的時(shí)間滯后環(huán)節(jié)近似 采樣周期的經(jīng)驗(yàn)公式 設(shè)相位裕量減少5 15度 c系統(tǒng)剪切頻率結(jié)論 采用數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)方法 采樣周期應(yīng)該相當(dāng)短 第三步 將D s 離散化為D z 將連續(xù)控制器D s 離散化為數(shù)字控制器D z 的方法有很多 如雙線性變換法 后向差分法 前向差分法 沖擊響應(yīng)不變法 零極點(diǎn)匹配法 零階保持法等 通過(guò)近似方法 把連續(xù)控制器離散化為數(shù)字控制器 方法1 雙線性變換法 Tustin塔斯廷近似 推導(dǎo)1 級(jí)數(shù)展開z esT T很小 得到 推導(dǎo)2 梯形法數(shù)值積分積分控制器用梯形法求積分運(yùn)算兩邊求Z變換 映射關(guān)系 雙線性變換法置換公式把S j 代入有 取模的平方則 0 s平面虛軸 z 1 z平面單位園上 0 s右半平面 z 1 z平面單位園外 結(jié)論 1個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)經(jīng)過(guò)雙線性變換仍然是穩(wěn)定的 方法2 前向差分法推導(dǎo)1 級(jí)數(shù)展開z esT T很小 得到 推導(dǎo)2 用一階前向差分近似代替微分 微分控制器用前向差分近似代替令n k 1 并對(duì)兩邊作Z變換有 得出 映射關(guān)系 前向差分法置換公式把S j 代入 取模的平方有 令 z 1 則對(duì)應(yīng)到s平面上是一個(gè)圓 有 即當(dāng)D s 的極點(diǎn)位于左半平面以 1 T 0 為圓心 1 T為半徑的圓內(nèi) D z 才在單位圓內(nèi) 才穩(wěn)定 結(jié)論 穩(wěn)定的系統(tǒng)經(jīng)前向差分法轉(zhuǎn)換后可能不穩(wěn)定 方法3 后向差分法推導(dǎo)1 級(jí)數(shù)展開z esT T很小 得到推導(dǎo)2 用一階向后差分近似代替微分 用向后差分近似代替對(duì)兩邊作Z變換有 映射關(guān)系 根據(jù)向后差分法置換公式有把S j 代入 取模的平方有 則 0 s平面虛軸 0 s右半平面 后向差分法將s的左半平面映射到z平面內(nèi)半徑為1 2的圓 因此如果D s 穩(wěn)定 則D z 穩(wěn)定 映射比較 雙線性變換 保持穩(wěn)定前向差分 不能保持穩(wěn)定向后差分 保持穩(wěn)定 第四步 設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法D z 的一般形式 m個(gè)零點(diǎn)和n個(gè)極點(diǎn) 寫為化為時(shí)域表示 上式稱為數(shù)字控制器D z 的控制算法 第五步 校驗(yàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算實(shí)現(xiàn) 4 1 2數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)PID 比例P 積分I 微分D數(shù)字PID控制器 用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制 即把模擬PID控制規(guī)律數(shù)字化 1 模擬PID調(diào)節(jié)器控制規(guī)律 拉氏變換求傳遞函數(shù)其中 Kp為比例系數(shù) Ti為積分時(shí)間常數(shù) Td為微分時(shí)間常數(shù) 比例作用 迅速反應(yīng)誤差 但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差 過(guò)大容易引起不穩(wěn)定 積分作用 消除靜差 但容易引起超調(diào) 甚至出現(xiàn)振蕩 微分作用 減小超調(diào) 克服振蕩 提高穩(wěn)定性 改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 2 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器 用數(shù)值逼近的方法實(shí)現(xiàn)PID控制規(guī)律 數(shù)值逼近的方法 用求和代替積分 用后向差分代替微分 使模擬PID離散化為差分方程 1 數(shù)字PID位置型控制算法可得 位置型控制算法提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置u k 比如閥門的開度 需要累計(jì)e i 2 數(shù)字PID增量型控制算法根據(jù)位置型控制算法寫出u k 1 u k u k 1 可得 為編程方便 可以整理得到 其中增量型控制算法提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的增量 u k 比如步進(jìn)電機(jī)的步數(shù) 增量型算法與位置型算法比較 1 增量型算法不需做累加 計(jì)算誤差后產(chǎn)生的計(jì)算精度問題 對(duì)控制量的計(jì)算影響較小 位置型算法用到過(guò)去的誤差的累加 容易產(chǎn)生較大的累加誤差 2 增量型算法得出的是控制的增量 誤動(dòng)作影響小 必要時(shí)通過(guò)邏輯判斷限制或禁止本次輸出 不會(huì)影響系統(tǒng)的工作 位置型算法的輸出是控制量的全部輸出 誤動(dòng)作影響大 4 數(shù)字PID控制算法流程式 4 1 35 書上的圖4 6 脈沖傳遞函數(shù)的定義1 在連續(xù)系統(tǒng)中傳統(tǒng)函數(shù)的定義是 在初始靜止 t 0時(shí) 輸入量和輸出量以及他們的各階導(dǎo)數(shù)均為零 的條件下 一個(gè)環(huán)節(jié) 系統(tǒng) 的輸出量拉氏變換和輸入量的拉氏變換之比定義為該環(huán)節(jié) 系統(tǒng) 的傳遞函數(shù) 2 依此類似 在數(shù)字控制系統(tǒng)中 也是在初始靜止的條件下 一個(gè)環(huán)節(jié) 系統(tǒng) 的輸出脈沖序列的Z變換與輸入脈沖序列的Z變換之比 被定義為該環(huán)節(jié) 系統(tǒng) 的脈沖傳遞函數(shù) 微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第九講 4 1 3數(shù)字PID控制器的改進(jìn)積分項(xiàng)的改進(jìn) 1 積分分離 改進(jìn)原因 當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變給定值時(shí) 存在較大的偏差 以及系統(tǒng)有慣性和滯后 在積分項(xiàng)的作用下 會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)和長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng) 改進(jìn)思路 當(dāng)被控量和給定值偏差大時(shí) 取消積分控制 以免超調(diào)量過(guò)大 當(dāng)被控量和給定值接近時(shí) 積分控制投入 消除靜差 改進(jìn)方法 當(dāng) e k 時(shí) 采用PD控制 當(dāng) e k 時(shí) 采用PID控制 積分分離閾值 的確定 過(guò)大 達(dá)不到積分分離的目的 過(guò)小 則一旦控制量y t 無(wú)法跳出各積分分離區(qū) 只進(jìn)行PD控制 將會(huì)出現(xiàn)殘差 2 抗積分飽和 積分飽和 如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)已到極限位置 仍然不能消除偏差 由于積分的作用 盡管計(jì)算PID差分方程式所得的運(yùn)算結(jié)果繼續(xù)增大或減小 但執(zhí)行結(jié)構(gòu)已無(wú)相應(yīng)的動(dòng)作 控制信號(hào)則進(jìn)入深度飽和區(qū) 影響 如果系統(tǒng)程序反向偏差 則u k 首先需要從飽和區(qū)退出 進(jìn)入的飽和區(qū)越深 退出時(shí)間越長(zhǎng) 導(dǎo)致超調(diào)量增加 改進(jìn)方法 對(duì)控制量u k 限幅 以8位D A為例 u k FFH時(shí) 取u k FFH 3 梯形積分 改進(jìn)原因 減小殘差 提高積分項(xiàng)的運(yùn)算精度 改進(jìn)方法 矩形積分改為梯形積分 4 消除積分不靈敏區(qū) 改進(jìn)原因 由于計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的限制 當(dāng)運(yùn)算結(jié)果小于字長(zhǎng)所能表示的數(shù)的精度 計(jì)算機(jī)就作為 零 處理 此時(shí)積分作用消失 這就稱為積分不靈敏區(qū) 改進(jìn)措施 增加A D轉(zhuǎn)換位數(shù) 加長(zhǎng)運(yùn)算字長(zhǎng) 提高運(yùn)算精度 當(dāng)積分項(xiàng)連續(xù)n次小于輸出精度 的情況下 不要把它們作為 零 處理 而是把它們累加起來(lái) 直到累加值大于 時(shí)才輸出 同時(shí)把累加單元清零 微分項(xiàng)的改進(jìn) 1 不完全微分PID控制 改進(jìn)原因 微分具有放大干擾信號(hào)的特點(diǎn) 在PID控制中 對(duì)具有高頻擾動(dòng)的生產(chǎn)過(guò)程 微分作用響應(yīng)過(guò)于靈敏 容易引起控制過(guò)程振蕩 改進(jìn)方法 串聯(lián)一階慣性環(huán)節(jié) 作為低通濾波器抑制高頻噪聲 組成不完全微分PID控制器 兩種方式 直接串在微分項(xiàng) 串在PID調(diào)節(jié)器之后 如下圖 一階慣性環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)其拉氏反變換有 因?yàn)镻ID調(diào)節(jié)器 則有 離散化有 式中由上式可以求得不完全微分PID控制的增量型控制算法 不完全微分PID控制的效果 抑制高頻噪聲 克服純微分的不均勻性 下圖 在t 0時(shí)刻出現(xiàn)階躍信號(hào) 純微分 a 在第一個(gè)周期出現(xiàn)大躍變信號(hào) 容易振蕩 b 中的控制信號(hào)則較均勻 平緩 2 微分先行PID控制算式 改進(jìn)原因 為避免給定值的升降給系統(tǒng)帶來(lái)沖擊 如超調(diào)過(guò)大 調(diào)節(jié)閥動(dòng)作劇烈 微分先行 把微分運(yùn)算放在前面 后面跟比例和積分運(yùn)算 改進(jìn)方法 把微分提前 只對(duì)被控量y t 微分 不對(duì)偏差e t 微分 時(shí)間最優(yōu)PID控制 最優(yōu)控制的含義 某個(gè)指標(biāo)最優(yōu) Bang Bang控制 開關(guān)控制 對(duì) u t 1 采用一定的方法在 1 1間切換 使時(shí)間最短 時(shí)間最優(yōu)PID控制 Bang Bang控制和PID控制相結(jié)合 帶死區(qū)的PID控制算法 改進(jìn)原因 避免控制動(dòng)作過(guò)于頻繁死區(qū)閾值 4 1 4數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定采樣周期的選擇 1 采樣周期上下限的確定采樣周期上限Tmax的確定 采樣 香農(nóng) 定理Tmax max 其中 max為被采樣信號(hào)的上限角頻率 采樣周期下限Tmin的確定 Tmin為計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序和輸入輸出所耗費(fèi)的時(shí)間 2 采樣周期的考慮因素 給定值的頻率變化 給定值變化頻率越高 采樣頻率映越高 被控對(duì)象的特性 被控對(duì)象是慢速對(duì)象 采樣周期取得大 被控對(duì)象是快速系統(tǒng) 采樣周期應(yīng)取得較小 控制算法的類型 受計(jì)算精度和計(jì)算時(shí)間的影響 控制回路數(shù) 采樣周期T應(yīng)大于等于所有回路控制程序執(zhí)行時(shí)間和輸入輸出時(shí)間的總和 按簡(jiǎn)易工程法整定PID參數(shù) 簡(jiǎn)易工程法的優(yōu)點(diǎn) 不依賴被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 1 擴(kuò)充臨界比例度法擴(kuò)充臨界比例度法 對(duì)模擬調(diào)節(jié)器中使用的臨界比例度法的擴(kuò)充和推廣 整定數(shù)字控制器參數(shù)的步驟 選擇短的采樣頻率 一般選擇被控對(duì)象純滯后時(shí)間的十分之一 去掉積分與微分作用 逐漸較小比例度 1 kp 直到系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)等幅振蕩 紀(jì)錄發(fā)生振蕩的臨界比例度和周期 k及Tk 選擇控制度控制度的定義 以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn) 將DDC的控制效果過(guò)于模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較 采用誤差平方積分表示 控制度的指標(biāo)含意 控制度 1 05 DDC與模擬控制效果相當(dāng) 控制度 2 0 DDC比模擬調(diào)節(jié)器的效果差 根據(jù)選定的控制度 查表求得T kp TI TD的值 2 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法擴(kuò)充臨界比例度法 對(duì)模擬調(diào)節(jié)器中使用的響應(yīng)曲線法的擴(kuò)充和推廣 整定數(shù)字控制器參數(shù)的步驟 數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng) 系統(tǒng)開環(huán) 并處于手動(dòng)狀態(tài) 再手動(dòng)給對(duì)象輸入階躍信號(hào) 紀(jì)錄被控量的過(guò)渡過(guò)程曲線 根據(jù)曲線求得滯后時(shí)間 被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)Tm 它們的比值Tm 以及選擇的控制度 查表4 2 求得數(shù)字控制器的T kp TI TD的值 在過(guò)渡過(guò)程曲線上求滯后時(shí)間 被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)Tm 在曲線拐點(diǎn)處 斜率最大 處作一切線 3 歸一參數(shù)整定法 簡(jiǎn)化擴(kuò)充臨界比例度法 只需整定一個(gè)參數(shù) 稱為歸一參數(shù)整定法 Tk為純比例作用下的臨界振蕩周期 則令T 0 1Tk TI 0 5Tk TD 0 125Tk有 只需整定kp 觀察效果 直到滿意為止 優(yōu)點(diǎn) 只需整定一個(gè)參數(shù) 缺點(diǎn) 各參數(shù)比例需要確定 需要工程經(jīng)驗(yàn) 優(yōu)選法 其他參數(shù)固定 對(duì)其中一參數(shù)用0 618黃金分割優(yōu)選法進(jìn)行尋優(yōu) 根據(jù)T kp TI TD的尋優(yōu)結(jié)果選擇一組最佳值 湊試法 只整定比例部分 系數(shù)由小變大 得到反應(yīng)快 超調(diào)小的響應(yīng)曲線 如果系統(tǒng)已無(wú)靜差 則直接使用比例即可 取積分時(shí)間為教大值 減小 得到的比例參數(shù) 逐步減小積分時(shí)間 直到系統(tǒng)無(wú)靜差 加入微分環(huán)節(jié) 改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能 先取微分時(shí)間為零 逐步增大微分時(shí)間 同時(shí)改變比例參數(shù)和積分時(shí)間 直到系統(tǒng)得到好的動(dòng)態(tài)性能和效果 微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第十講 4 2數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì) 技術(shù)采樣周期長(zhǎng)的或控制復(fù)雜的系統(tǒng) 直接使用采樣控制理論設(shè)計(jì)數(shù)字控制器 其控制規(guī)律和算法更具有一般意義 4 2 1數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟Gc s 被控對(duì)象的傳遞函數(shù) D z 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù) H s 零階保持器的傳遞函數(shù) 定義廣義對(duì)象 零階保持器與被控過(guò)程 的脈沖傳遞函數(shù)為 則上圖的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 于是有 由此推得數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟 1 根據(jù)控制系統(tǒng)的性能要求和其它約束條件 確定所需要的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) z 2 求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)G z 3 確定數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D z 4 根據(jù)D z 求取控制算法的遞推計(jì)算公式 注意 z 可根據(jù)所需要的輸入及響應(yīng)性能確定 D z 的一般形式 數(shù)字控制的輸出U z 進(jìn)行z反變換后 可得到計(jì)算機(jī)控制算法 4 2 2最少拍控制器的設(shè)計(jì) 最少拍控制 就是要求閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于某種特定的輸入在最少個(gè)采樣周期內(nèi)達(dá)到無(wú)靜差的穩(wěn)態(tài) 且其閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)是中N是可能情況下的最小正整數(shù) 閉環(huán)脈沖 z 在N個(gè)周期后變?yōu)?1 確定閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) z 1 定義誤差脈沖傳遞函數(shù) 根據(jù)上圖有 則有 典型輸入 的z變換為 B z 為不含1 z 1因子的z 1多項(xiàng)式 q 1 輸入為單位階躍輸入函數(shù) q 2 輸入為單位速度輸入函數(shù) q 3 輸入為單位加速度輸入函數(shù) 2 根據(jù)Z變換的終值定理 求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差 并使其為零 無(wú)靜差 即準(zhǔn)確性約束條件 則有 要使e 0 則必須 則有 3 根據(jù)最少拍控制 確定最少拍控值的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) z 快速性約束條件 根據(jù)式 4 2 14 4 2 15 可知 z 中z 1的最高次冪為N p q 故系統(tǒng)在N拍可以達(dá)到穩(wěn)態(tài) 當(dāng)p 0時(shí) 系統(tǒng)可以在最少q拍達(dá)到穩(wěn)態(tài) 上述兩點(diǎn)可得 最少拍控制器選 z 為 4 最少拍控制器D z 為 2 典型輸入下的最少拍控制系統(tǒng)分析 1 單位階躍輸入 q 1 這時(shí)則有 上式說(shuō)明只在1拍內(nèi)有誤差用長(zhǎng)除法 因此系統(tǒng)只需1拍就可以達(dá)到穩(wěn)態(tài) 2 單位速度輸入 q 2 這時(shí)則有 上式說(shuō)明只在2拍內(nèi)有誤差用長(zhǎng)除法有 因此系統(tǒng)只需2拍就可以達(dá)到穩(wěn)態(tài) 3 單位加速度輸入 q 3 這時(shí)則有 上式說(shuō)明只在3拍內(nèi)有誤差因此系統(tǒng)只需3拍就可以達(dá)到穩(wěn)態(tài) 3 最少拍控制器的局限性 1 最少拍控制器對(duì)典型輸入的適應(yīng)性差最少拍控制器中的最少拍是針對(duì)某一典型輸入設(shè)計(jì)的 對(duì)于其它典型輸入則不一定為最少拍 甚至引起大的超調(diào)和靜差 例 按等速輸入來(lái)設(shè)計(jì) z 比較三種不同輸入的響應(yīng) 階躍輸入其輸出輸出結(jié)果 系統(tǒng)在1拍后出現(xiàn)100 超調(diào) 2拍后穩(wěn)定 并達(dá)到設(shè)定值 等速輸入 其輸出輸出結(jié)果 系統(tǒng)在2拍后穩(wěn)定 并達(dá)到設(shè)定值 與分析結(jié)果一致 等加速輸入 其輸出輸出結(jié)果 2拍后系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定的靜差 最少拍控制器的適應(yīng)性特點(diǎn) 針對(duì)某典型輸入R z 設(shè)計(jì)得到的最少拍 z 用于次數(shù)較低的R z 系統(tǒng)將出現(xiàn)大超調(diào) 但能穩(wěn)定無(wú)差 用于次數(shù)較高的R z 系統(tǒng)將穩(wěn)定的靜差 結(jié)論 一種典型的最少拍 z 只適用于該類型輸入 2 最少拍控制器的可實(shí)現(xiàn)問題 閉環(huán)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性 閉環(huán)系統(tǒng)采用反饋進(jìn)行控制 即用過(guò)去時(shí)刻的量去控制下一個(gè)時(shí)刻的量 它是滯后的 滯后 脈沖傳遞函數(shù)不出現(xiàn)z n正冪次項(xiàng) 因此可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)不會(huì)出現(xiàn)z n正冪次項(xiàng) 如果廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為則由于廣義對(duì)象中包含零階保持器 它是滯后的 因此有 degA z degB z 表示A z 和B z 的階數(shù) 設(shè)數(shù)字控制器D z 為則要求 含義 要產(chǎn)生k時(shí)刻的控制量u k 最多只能利用直到k時(shí)刻的誤差e k e k 1 以及過(guò)去的控制量u k 1 u k 2 閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)因?yàn)橛?degP z degQ z 0 則 上式確定了D z 可實(shí)現(xiàn)時(shí) z 應(yīng)滿足的條件 若G z 的分母比分子高N階 則確定 z 時(shí)必須至少分母比分子高N階 例 對(duì)象有d個(gè)采樣周期純滯后 則其脈沖傳函為 則 z 中也應(yīng)該有純滯后 滯后時(shí)間大于等于d個(gè)采樣周期 否則根據(jù) D z 將出現(xiàn)z n正冪次項(xiàng) 響應(yīng)超前輸入 不能實(shí)現(xiàn) 3 最少拍控制的穩(wěn)定性問題 最少拍 z 成立的條件 G z 是穩(wěn)定的 否則系統(tǒng)發(fā)散 z 不可能實(shí)現(xiàn) G z 是不含有純滯后環(huán)節(jié) 否則根據(jù)最少拍控制器的可實(shí)現(xiàn)條件 D z 不能實(shí)現(xiàn) 改進(jìn)辦法 對(duì) 在 z 中增加滯后時(shí)間大于等于G z 純滯后時(shí)間的純滯后 對(duì) 則可以在選擇 z 時(shí) 增加穩(wěn)定性約束條件 保證系統(tǒng)穩(wěn)定 應(yīng)注意 不能采取D z 和G z 零極點(diǎn)對(duì)消方式 而從理論上得到穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng) 原因 當(dāng)參數(shù)漂移時(shí) 零極點(diǎn)對(duì)消不能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)將出現(xiàn)不穩(wěn)定極點(diǎn) 微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第十一講 4 2 3最少拍有紋波控制器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)考慮最少拍控制器的可實(shí)現(xiàn)和穩(wěn)定性條件 一般化的廣義被控對(duì)象 控制對(duì)象傳函如下 是滯后時(shí)間 采樣周期為T 則令 微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第十二講 4 3純滯后控制技術(shù)純滯后控制對(duì)象 存在于石化等行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)中