1、第五章第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制控制p問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出p微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的主要特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的主要特點(diǎn) p微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件硬件和軟件 p數(shù)字?jǐn)?shù)字PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器p舉例分析舉例分析問(wèn)題的問(wèn)題的提出提出 前前兩兩章中論述了直流調(diào)速系統(tǒng)的章中論述了直流調(diào)速系統(tǒng)的基本規(guī)律基本規(guī)律和和設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法，所有的調(diào)節(jié)器均用，所有的調(diào)節(jié)器均用運(yùn)算運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，放大器實(shí)現(xiàn)，屬模擬控制系統(tǒng)。屬模擬控制系統(tǒng)。 模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：具有物理：具有物理概念清晰概念清晰、控制信、控制信號(hào)流向號(hào)流向直觀直觀等優(yōu)點(diǎn)，便于學(xué)習(xí)

2、入門(mén)。等優(yōu)點(diǎn)，便于學(xué)習(xí)入門(mén)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：但其控制規(guī)律體現(xiàn)在：但其控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路硬件電路和所用和所用的的器件器件上，因而線路上，因而線路復(fù)雜復(fù)雜、通用性差通用性差，控制效果，控制效果受到器件的受到器件的性能性能、溫度溫度等因素的影響。等因素的影響。 第五章第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制控制微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本組成框圖微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本組成框圖第五章第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制控制 數(shù)字控制與模擬控制相比較，有以下特點(diǎn)：數(shù)字控制與模擬控制相比較，有以下特點(diǎn)： 印刷電路板印刷電路板面積小面積小，連線少連線少；產(chǎn)品的生產(chǎn)；產(chǎn)品的生產(chǎn)周期周期短短，調(diào)試，

3、調(diào)試時(shí)間短時(shí)間短，生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高效率高。 容易實(shí)現(xiàn)容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的復(fù)雜的控制思想，調(diào)速精度控制思想，調(diào)速精度高于高于模擬模擬調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。 可靠性可靠性（故障率低）及（故障率低）及可維護(hù)性可維護(hù)性（排除故障時(shí)（排除故障時(shí)間短）間短）高高于模擬調(diào)速系統(tǒng)。于模擬調(diào)速系統(tǒng)。第五章第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制控制微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的微型計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)p1 1）硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化）硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高程度高；p2 2）可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的）可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制控制控制軟件能夠進(jìn)行控制軟件能夠進(jìn)行邏邏輯判斷輯判斷和和復(fù)雜運(yùn)算復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)，可以

4、實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的的最優(yōu)化最優(yōu)化、自適應(yīng)自適應(yīng)、非線性非線性、智能化智能化等控制規(guī)律；等控制規(guī)律；p3 3）具有很大的）具有很大的靈活性靈活性和和適應(yīng)性適應(yīng)性；p4 4）無(wú)無(wú)零點(diǎn)漂移，零點(diǎn)漂移，控制控制精度高；精度高；p5 5）可以進(jìn)行）可以進(jìn)行信息存儲(chǔ)信息存儲(chǔ)，便于，便于故障診斷故障診斷和和系統(tǒng)維護(hù)系統(tǒng)維護(hù)；p6 6）可提供）可提供人機(jī)界面人機(jī)界面，多機(jī)聯(lián)網(wǎng)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作；工作；第五章第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制控制 由于計(jì)算機(jī)只能處理由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)，因此，與信號(hào)，因此，與模擬控制模擬控制系系統(tǒng)相比，微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)統(tǒng)相比，微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是

5、的主要特點(diǎn)是離散化離散化和和數(shù)字?jǐn)?shù)字化化。 離散化離散化 為了把為了把模擬的模擬的連續(xù)信連續(xù)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，必須首號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，必須首先在具有一定周期的采先在具有一定周期的采樣時(shí)刻對(duì)它們進(jìn)行樣時(shí)刻對(duì)它們進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)采樣采樣，形成一連串的，形成一連串的脈脈沖信號(hào)沖信號(hào)，即離散的，即離散的模擬模擬信號(hào)信號(hào)，這就是離散化。，這就是離散化。Otf(t)原信號(hào)Onf(nT)1 2 3 4采樣第五章第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制控制 數(shù)字化數(shù)字化 采樣后采樣后得到的得到的離散離散信號(hào)本質(zhì)上還是信號(hào)本質(zhì)上還是模擬信模擬信號(hào)號(hào)，還須經(jīng)過(guò)，還須經(jīng)過(guò)數(shù)字量化數(shù)字量化，即用一組數(shù)碼（如二進(jìn)即用一組

6、數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來(lái)逼近離散模擬制碼）來(lái)逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將它信號(hào)的幅值，將它轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)成數(shù)字信號(hào)，這就是數(shù)，這就是數(shù)字化。字化。 數(shù)字化數(shù)字化OnN(nT)第五章第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制控制 離散化和數(shù)字化的離散化和數(shù)字化的結(jié)果結(jié)果導(dǎo)致了導(dǎo)致了時(shí)間時(shí)間上和上和量值量值上的上的不連續(xù)性不連續(xù)性，從而引起下述的，從而引起下述的負(fù)面效應(yīng)負(fù)面效應(yīng)： （1）A/D轉(zhuǎn)換的量化轉(zhuǎn)換的量化誤差誤差 模擬信號(hào)可以有模擬信號(hào)可以有無(wú)窮無(wú)窮多多的數(shù)值，而數(shù)碼總是的數(shù)值，而數(shù)碼總是有限的有限的，用數(shù)碼來(lái)逼近模，用數(shù)碼來(lái)逼近模擬信號(hào)是近似的，會(huì)產(chǎn)生量化誤差，影響控制精擬信號(hào)是近似

7、的，會(huì)產(chǎn)生量化誤差，影響控制精度和平滑性。度和平滑性。（2） D/A轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的滯后滯后效應(yīng)效應(yīng) 經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理后輸出的數(shù)字信號(hào)必須由數(shù)模轉(zhuǎn)換器理后輸出的數(shù)字信號(hào)必須由數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A和和保保持器持器將它轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬量，再經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)將它轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬量，再經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象。但是，被控對(duì)象。但是，保持器保持器會(huì)提高控制系統(tǒng)傳遞函會(huì)提高控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母的數(shù)分母的階次階次，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量減小減小，甚至?xí)?，甚至?xí)茐钠茐南到y(tǒng)的系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性。第五章第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制控制隨著隨著微電子微電子技術(shù)的進(jìn)步，微處理技

8、術(shù)的進(jìn)步，微處理器的器的運(yùn)算速度運(yùn)算速度不斷提高，其不斷提高，其位數(shù)位數(shù)也不斷增加，也不斷增加，上述兩個(gè)問(wèn)題的影上述兩個(gè)問(wèn)題的影響已經(jīng)越來(lái)越小響已經(jīng)越來(lái)越小。 但微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的但微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的主主要特點(diǎn)要特點(diǎn)及其及其負(fù)面效應(yīng)負(fù)面效應(yīng)需要在系統(tǒng)需要在系統(tǒng)分析中引起分析中引起重視重視，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中予以解決。中予以解決。第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的硬件和軟件 數(shù)字控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成方式大致數(shù)字控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成方式大致可分為可分為三三種：種： 1. 1. 數(shù)?；旌蠑?shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng) 2. 2. 數(shù)字電路

9、數(shù)字電路控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速采用采用模擬模擬調(diào)節(jié)器，也可調(diào)節(jié)器，也可采用采用數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)器；電流電流調(diào)節(jié)器采用調(diào)節(jié)器采用數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)器；脈沖觸發(fā)脈沖觸發(fā)裝置則采用裝置則采用模擬模擬電電路。路。除除主電路主電路和和功放電路功放電路外，外，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、電流電流調(diào)節(jié)器，以及脈沖觸發(fā)裝調(diào)節(jié)器，以及脈沖觸發(fā)裝置等全部由置等全部由數(shù)字?jǐn)?shù)字電路組成。電路組成。數(shù)字直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖數(shù)字直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字電路控制系統(tǒng)數(shù)字電路控制系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的硬件和軟件 數(shù)字控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成方式大致可數(shù)字控制

10、直流調(diào)速系統(tǒng)的組成方式大致可分為分為三三種：種： 1. 數(shù)模混合數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng) 2. 數(shù)字電路數(shù)字電路控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 3. 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速采用采用模擬模擬調(diào)節(jié)器，也可調(diào)節(jié)器，也可采用采用數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)器；電流電流調(diào)節(jié)器采用調(diào)節(jié)器采用數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)器；脈沖觸發(fā)脈沖觸發(fā)裝置則采用裝置則采用模擬模擬電電路。路。除除主電路主電路和和功放電路功放電路外，外，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、電流電流調(diào)節(jié)器，以及脈沖觸發(fā)裝調(diào)節(jié)器，以及脈沖觸發(fā)裝置等全部由置等全部由數(shù)字?jǐn)?shù)字電路組成。電路組成。雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用微機(jī)微機(jī)控控制。制。全數(shù)字電路全數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)脈沖觸，

11、實(shí)現(xiàn)脈沖觸發(fā)、轉(zhuǎn)速給定和檢測(cè)。采用發(fā)、轉(zhuǎn)速給定和檢測(cè)。采用數(shù)數(shù)字字PIPI算法算法，由，由軟件軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)。電流調(diào)節(jié)。 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示，系統(tǒng)由件結(jié)構(gòu)如圖所示，系統(tǒng)由以下以下部分組成部分組成主電路主電路檢測(cè)電路檢測(cè)電路控制電路控制電路給定電路給定電路顯示電路顯示電路第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的硬件和軟件 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 主回路主回路微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路中的UPE有兩種

12、方式：直流PWM功率變換器晶閘管可控整流器檢測(cè)回路檢測(cè)回路檢測(cè)回路包括檢測(cè)回路包括電壓電壓、電流電流、溫度溫度和和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速檢測(cè)，其中：檢測(cè)，其中：電壓電壓、電流電流和和溫度溫度檢測(cè)由檢測(cè)由 A/D 轉(zhuǎn)換通轉(zhuǎn)換通道變?yōu)閿?shù)字量送入道變?yōu)閿?shù)字量送入微機(jī)；轉(zhuǎn)速微機(jī)；轉(zhuǎn)速檢測(cè)用檢測(cè)用數(shù)字?jǐn)?shù)字測(cè)速測(cè)速1. 1. 轉(zhuǎn)速檢測(cè)轉(zhuǎn)速檢測(cè) 轉(zhuǎn)速檢測(cè)有轉(zhuǎn)速檢測(cè)有模擬模擬和和數(shù)字?jǐn)?shù)字兩種檢測(cè)方法：兩種檢測(cè)方法：第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件速系統(tǒng)的硬件和軟件 1 1）模擬測(cè)速一般采用）模擬測(cè)速一般采用測(cè)速測(cè)速發(fā)電機(jī)，必須經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)，必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)倪m當(dāng)?shù)淖儞Q變換，將，將雙

13、極性雙極性的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極單極性性電壓信號(hào)，經(jīng)電壓信號(hào)，經(jīng)A/DA/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量送入轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量送入微機(jī)微機(jī)。2）對(duì)于要求精度）對(duì)于要求精度高高、調(diào)速范圍、調(diào)速范圍大大的系統(tǒng)，往往需要采用的系統(tǒng)，往往需要采用旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)編編碼器測(cè)速，即碼器測(cè)速，即數(shù)字測(cè)速數(shù)字測(cè)速。第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件速系統(tǒng)的硬件和軟件 測(cè)速基本方式測(cè)速基本方式2. 電流和電壓檢測(cè)電流和電壓檢測(cè) 電流和電壓檢測(cè)除了用來(lái)構(gòu)成相應(yīng)的電流和電壓檢測(cè)除了用來(lái)構(gòu)成相應(yīng)的反饋反饋控控制外，還是各種制外，還是各種保護(hù)保護(hù)和和故障故障診斷信息的來(lái)源。診

14、斷信息的來(lái)源。第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件速系統(tǒng)的硬件和軟件 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 故障綜合故障綜合利用微機(jī)擁有強(qiáng)大的利用微機(jī)擁有強(qiáng)大的邏輯判斷邏輯判斷功能，對(duì)電壓、電流、溫度等信號(hào)進(jìn)行功能，對(duì)電壓、電流、溫度等信號(hào)進(jìn)行分析分析比較，若發(fā)生故障立即進(jìn)行比較，若發(fā)生故障立即進(jìn)行故障故障診斷，以便診斷，以便及時(shí)及時(shí)處理，避免故障處理，避免故障進(jìn)一步進(jìn)一步擴(kuò)大。這也是采擴(kuò)大。這也是采用用微機(jī)控制微機(jī)控制的的優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)所在。所在。數(shù)字控制器數(shù)字控制器數(shù)字控制器是數(shù)字控制器是系統(tǒng)的核心，可

15、選用系統(tǒng)的核心，可選用單片單片微機(jī)微機(jī)或或數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)處理器（信號(hào)處理器（DSP）a) 模擬給定模擬給定 b) 數(shù)字給定數(shù)字給定 第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的硬件和軟件 （1 1）模擬給定模擬給定 模擬給定是模擬給定是以模擬量表示的給定值，例以模擬量表示的給定值，例如給定電位器的輸出電壓。如給定電位器的輸出電壓。模擬給定須經(jīng)模擬給定須經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再參與運(yùn)算；量，再參與運(yùn)算；（2 2）數(shù)字給定數(shù)字給定 數(shù)字給定是數(shù)字給定是用用數(shù)字量數(shù)字量表示的表示的給定值給定值，可，可以是以是撥盤(pán)撥盤(pán)設(shè)定、設(shè)定、鍵盤(pán)鍵盤(pán)設(shè)定或

16、設(shè)定或采用通信方式由采用通信方式由上位機(jī)上位機(jī)直接直接發(fā)送。發(fā)送。輸出變量輸出變量微機(jī)數(shù)字控制器的微機(jī)數(shù)字控制器的控制對(duì)象是控制對(duì)象是功率變換器功率變換器，可以用，可以用開(kāi)關(guān)量開(kāi)關(guān)量直接控制功率器件的通斷，直接控制功率器件的通斷，也也可以用經(jīng)可以用經(jīng) D/A D/A 轉(zhuǎn)換得到的模擬轉(zhuǎn)換得到的模擬量去控制功率變換器。量去控制功率變換器。 微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件軟件來(lái)實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所有的現(xiàn)的，所有的硬件硬件也必須由也必須由軟件軟件實(shí)施管理。微機(jī)實(shí)施管理。微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件軟件有：有： 主程序主程序 初始化子程序初

17、始化子程序 中斷服務(wù)子程序等中斷服務(wù)子程序等第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的硬件和軟件 2. 2. 初始化子程序初始化子程序完成硬件器件工作方式的設(shè)完成硬件器件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的初始化等。定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的初始化等。第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)的硬件和軟件 主程序框圖主程序框圖 初始化子程序框圖初始化子程序框圖 1. 主程序主程序完成實(shí)時(shí)性要完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能，求不高的功能，完成系統(tǒng)完成系統(tǒng)初始初始化化后，實(shí)現(xiàn)后，實(shí)現(xiàn)鍵鍵盤(pán)處理盤(pán)處理、刷新刷新顯示顯示

18、、與、與上位上位計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)和和其他其他外設(shè)外設(shè)通信等功通信等功能。能。2. 2. 初始化初始化子程序子程序完成硬件器完成硬件器件工作方式件工作方式的的設(shè)定設(shè)定、系系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)行運(yùn)行參數(shù)參數(shù)和和變量變量的的初初始化始化等。等。3 3中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序 中斷服務(wù)子程序完成中斷服務(wù)子程序完成實(shí)時(shí)性強(qiáng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)的功能，如的功能，如故障保護(hù)故障保護(hù)、狀態(tài)檢測(cè)狀態(tài)檢測(cè)和和數(shù)字?jǐn)?shù)字PIPI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)等等, ,中斷服務(wù)中斷服務(wù)子程序由相應(yīng)的中斷源提出申請(qǐng)，子程序由相應(yīng)的中斷源提出申請(qǐng)，CPUCPU實(shí)時(shí)響應(yīng)。實(shí)時(shí)響應(yīng)。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序 電流電流調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程

19、序 故障故障保護(hù)中斷服務(wù)子程序保護(hù)中斷服務(wù)子程序 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)和電流電流調(diào)節(jié)均采調(diào)節(jié)均采用用定時(shí)定時(shí)中斷中斷當(dāng)故障保護(hù)引腳的當(dāng)故障保護(hù)引腳的電平電平發(fā)生跳發(fā)生跳變時(shí)申請(qǐng)變時(shí)申請(qǐng)故障保護(hù)故障保護(hù)中斷中斷三種三種中斷中斷服務(wù)中，服務(wù)中，故障保故障保護(hù)護(hù)中斷優(yōu)先級(jí)別中斷優(yōu)先級(jí)別最高最高，電電流流調(diào)節(jié)中斷調(diào)節(jié)中斷次之次之，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速調(diào)調(diào)節(jié)中斷級(jí)別節(jié)中斷級(jí)別最低最低。 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字?jǐn)?shù)字PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器p模擬模擬PIPI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化調(diào)節(jié)器的數(shù)字化p改進(jìn)的數(shù)字改進(jìn)的數(shù)字PIPI算法算法p智能型智能型PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 1) 1) 模擬模擬PIPI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化調(diào)節(jié)器的數(shù)字化 PI PI調(diào)節(jié)器是

20、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用調(diào)節(jié)器是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用的一種控制器，在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，當(dāng)采樣的一種控制器，在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，當(dāng)采樣頻率頻率足夠高足夠高時(shí)，可以先時(shí)，可以先按模擬系統(tǒng)按模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器，然后再計(jì)調(diào)節(jié)器，然后再離散化離散化，就可以得到，就可以得到數(shù)字控制數(shù)字控制器的算法，這就是模擬調(diào)節(jié)器的數(shù)字化。器的算法，這就是模擬調(diào)節(jié)器的數(shù)字化。 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字?jǐn)?shù)字PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) PI調(diào)節(jié)器時(shí)域表達(dá)式調(diào)節(jié)器時(shí)域表達(dá)式ppii( )( )1( )KU ssssWsEpiPI( )( )( )d( )1( )dKK

21、u te te te tettKt第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字?jǐn)?shù)字PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器其中其中 KP= Kpi 為比例系數(shù)為比例系數(shù) KI =1/ 為積分系數(shù)為積分系數(shù) PI調(diào)節(jié)器的差分方程調(diào)節(jié)器的差分方程將上式離散化成差分方程，其第將上式離散化成差分方程，其第 k 拍輸出為拍輸出為其中，其中，Tsam為采樣周期為采樣周期 samPIPPII1s mIa( )( )( )( )( )( )( )(1)kiu ke ke ke ku ke kKKe kKKKu kTT第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字?jǐn)?shù)字PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器2) 改進(jìn)的改進(jìn)的數(shù)字?jǐn)?shù)字PI算法算法 PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)直接影響著系統(tǒng)的性能調(diào)節(jié)器的參數(shù)直接影響著系統(tǒng)的性

22、能指標(biāo)。在高性能的調(diào)速系統(tǒng)中，有時(shí)僅僅指標(biāo)。在高性能的調(diào)速系統(tǒng)中，有時(shí)僅僅靠調(diào)整靠調(diào)整PI參數(shù)難以同時(shí)滿足各項(xiàng)參數(shù)難以同時(shí)滿足各項(xiàng)靜靜、動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)性能指標(biāo)。采用模擬性能指標(biāo)。采用模擬PI調(diào)節(jié)器時(shí)，由于受調(diào)節(jié)器時(shí)，由于受到到物理?xiàng)l件物理?xiàng)l件的的限制限制，只好在不同指標(biāo)中求，只好在不同指標(biāo)中求其其折衷折衷。 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字?jǐn)?shù)字PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 而微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的邏輯判而微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的邏輯判斷和數(shù)值運(yùn)算能力，充分應(yīng)用這些能力，斷和數(shù)值運(yùn)算能力，充分應(yīng)用這些能力，可以衍生出多種改進(jìn)的可以衍生出多種改進(jìn)的PI算法算法，提高系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的控制性能。的控制性能。 積分積分分離算法分

23、離算法 離散離散增量式算法增量式算法第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字?jǐn)?shù)字PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器積分分離算法積分分離算法 基本思想基本思想 在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，把在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，把 P P 和和 I I 分開(kāi)。分開(kāi)。當(dāng)當(dāng)偏差大偏差大時(shí)，只讓時(shí)，只讓比例比例部分起作用，以快速減少部分起作用，以快速減少偏差；當(dāng)偏差；當(dāng)偏差偏差降低到一定程度后，再將降低到一定程度后，再將積分積分作用作用投入，既可最終消除投入，既可最終消除穩(wěn)態(tài)偏差穩(wěn)態(tài)偏差，又能避免較大的，又能避免較大的退飽和超調(diào)。退飽和超調(diào)。1PIIsam( )( )( )kiKC Ku ke kiTeI1,0,( )( )e iiCe為一常值。為一常值。 積分

24、分離法能有效積分分離法能有效抑制抑制振蕩振蕩，或，或減小減小超調(diào)，常超調(diào)，常用于用于轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。 離散離散增量式算法增量式算法 PIDPID控制的控制規(guī)律為控制的控制規(guī)律為001pDItdeeedtdtuTTuK在數(shù)字控制中，根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差量計(jì)算控在數(shù)字控制中，根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差量計(jì)算控制量，需要對(duì)上式進(jìn)行離散化處理，因此可得離散制量，需要對(duì)上式進(jìn)行離散化處理，因此可得離散的增量式的增量式PIDPID控制算法為：控制算法為：22DkkkkkppIDIkkeeeTTKKKKTueeeT3) 3) 智能型智能型PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 由上述對(duì)數(shù)字由上述對(duì)數(shù)字PIPI算法的改進(jìn)可以使我

25、們得到算法的改進(jìn)可以使我們得到啟發(fā)，利用計(jì)算機(jī)豐富的啟發(fā)，利用計(jì)算機(jī)豐富的邏輯判斷邏輯判斷和和數(shù)值運(yùn)算數(shù)值運(yùn)算功功能，能，數(shù)字控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制器的數(shù)字控制器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制器的數(shù)字?jǐn)?shù)字化化，而且可以，而且可以突破突破模擬控制器只能完成線性控制模擬控制器只能完成線性控制規(guī)律的局限，完成各類規(guī)律的局限，完成各類非線性控制非線性控制、自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制乃至乃至智能控制智能控制等等，大大拓寬了控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)等等，大大拓寬了控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)范疇。范疇。 第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)字?jǐn)?shù)字PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 主要的智能控制方法主要的智能控制方法 專家系統(tǒng) 模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 智能控制特點(diǎn)智能控制特點(diǎn)

26、控制算法不依賴或不完全依賴于對(duì)象?？刂扑惴ú灰蕾嚮虿煌耆蕾囉趯?duì)象模型，因而系統(tǒng)具有較強(qiáng)的型，因而系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性魯棒性和和對(duì)環(huán)境對(duì)環(huán)境的的適應(yīng)性適應(yīng)性。 基于基于ATmega48單片機(jī)的電動(dòng)自行車控單片機(jī)的電動(dòng)自行車控制器的設(shè)計(jì)（制器的設(shè)計(jì)（以畢業(yè)論文為例以畢業(yè)論文為例）文摘文摘 第第1章緒論章緒論 第第2章電動(dòng)自行車控制器的系統(tǒng)章電動(dòng)自行車控制器的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)分析與設(shè)計(jì) 第第3章電動(dòng)自行車控制器的章電動(dòng)自行車控制器的控制策略控制策略 第第4章電動(dòng)自行車控制器章電動(dòng)自行車控制器硬件硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 第第5章電動(dòng)自行車控制器章電動(dòng)自行車控制器軟件軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 第第6章實(shí)驗(yàn)章實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)果與與分

27、析分析 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)附錄附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄 致謝致謝 C1 緒論緒論 1.1課題的研究課題的研究意義意義 1.2電動(dòng)自行車的電動(dòng)自行車的現(xiàn)狀現(xiàn)狀 1.2.1電動(dòng)自行車的電動(dòng)自行車的構(gòu)成構(gòu)成 1.2.2無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.3當(dāng)前國(guó)內(nèi)外無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前國(guó)內(nèi)外無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的研究動(dòng)態(tài)研究動(dòng)態(tài)。 1.3電動(dòng)自行車控制器的電動(dòng)自行車控制器的研究現(xiàn)狀及難點(diǎn)研究現(xiàn)狀及難點(diǎn) 1.4論文的主要內(nèi)容論文的主要內(nèi)容開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)6060年代，蓬勃發(fā)展于年代，蓬勃發(fā)展于上個(gè)世紀(jì)上個(gè)世紀(jì)9090年代年代目前

28、我國(guó)市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)電動(dòng)自行車的品目前我國(guó)市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)電動(dòng)自行車的品種規(guī)格較多，驅(qū)動(dòng)多數(shù)用種規(guī)格較多，驅(qū)動(dòng)多數(shù)用有刷有刷或或無(wú)刷無(wú)刷的輪式直流電機(jī)，工作電壓為的輪式直流電機(jī)，工作電壓為24V24V、36V36V和和48V48V，功率在，功率在150W150W400W400W之間；之間；蓄電池一般用的是免維護(hù)蓄電池一般用的是免維護(hù)鉛酸電池鉛酸電池，容量為容量為12AH12AH，充電時(shí)間在，充電時(shí)間在3 38 8小時(shí)之小時(shí)之間，充電一次行駛里程約間，充電一次行駛里程約50km50km，車速，車速低于低于20km20kmh h，爬坡能力在，爬坡能力在4 4度以下度以下；車型有簡(jiǎn)易型和豪華型，車重約車型有簡(jiǎn)易

29、型和豪華型，車重約35kg35kg，載重量約載重量約70kg70kg，百公里耗電量，百公里耗電量1KW1KW左左右。右。中國(guó)十大電動(dòng)自行車品牌中國(guó)十大電動(dòng)自行車品牌p1 捷安特捷安特電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車 p2 邦德邦德.富士達(dá)富士達(dá) p3 綠源綠源電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車 p4 英克萊英克萊電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車 p5 飛鴿飛鴿電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車p6 永久永久電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車 p7 新日新日電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車 p8 鳳凰鳳凰電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車 p 9 大陸鴿大陸鴿電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車 p10 阿米尼阿米尼電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車C2 電動(dòng)自行車控制器的系統(tǒng)分析與電動(dòng)自行車控制器的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

30、設(shè)計(jì) 本章簡(jiǎn)述了本章簡(jiǎn)述了無(wú)刷無(wú)刷直流電機(jī)的基本直流電機(jī)的基本構(gòu)成構(gòu)成和和工作原理工作原理，建立其建立其數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型。重點(diǎn)重點(diǎn)論述了無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩論述了無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的脈動(dòng)的產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因及及換相換相與與轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的關(guān)系，介紹的關(guān)系，介紹了一種抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法一了一種抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法一重疊重疊換相法。同時(shí)換相法。同時(shí)闡述了能量回饋制動(dòng)的闡述了能量回饋制動(dòng)的原理原理及其及其控制規(guī)律控制規(guī)律，最后，最后介紹了介紹了控制器控制器的功能組成。的功能組成。本文設(shè)計(jì)的控制器蓄電池電壓為本文設(shè)計(jì)的控制器蓄電池電壓為48V48V，手，手把輸出電壓為把輸出電壓為OVOV4V4V，正常運(yùn)行

31、時(shí)的最大，正常運(yùn)行時(shí)的最大電流值為電流值為15A15A；當(dāng)出現(xiàn)異常情況，導(dǎo)致電；當(dāng)出現(xiàn)異常情況，導(dǎo)致電流急劇上升，電流值超過(guò)流急劇上升，電流值超過(guò)25A25A時(shí)，進(jìn)入時(shí)，進(jìn)入過(guò)過(guò)流保護(hù)流保護(hù)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)。功能包括關(guān)閉驅(qū)動(dòng)。功能包括調(diào)速調(diào)速、巡航巡航、柔性電子柔性電子剎車剎車(EABS)(EABS)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)堵轉(zhuǎn)保護(hù)、限流限流、過(guò)流保護(hù)過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)欠壓保護(hù)、防飛車防飛車、軟啟動(dòng)軟啟動(dòng)等。等。C3 電動(dòng)自行車控制器的控制策略電動(dòng)自行車控制器的控制策略 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖PIPI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)控制算法為：控制算法為：11perrkerrkeerkkkIiiKK TiDDkDerrk

32、i分別為第分別為第k k個(gè)采樣時(shí)個(gè)采樣時(shí)刻的占空比、電流刻的占空比、電流誤差誤差模糊模糊-PI復(fù)合控制復(fù)合控制為了提高系統(tǒng)的為了提高系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)動(dòng)、靜態(tài)性能，尤其在性能，尤其在啟動(dòng)啟動(dòng)或者或者負(fù)載負(fù)載發(fā)生發(fā)生突然突然變化時(shí)，偏差在大范圍內(nèi)變化時(shí)，偏差在大范圍內(nèi)時(shí)采用時(shí)采用模糊模糊控制，響應(yīng)控制，響應(yīng)快快和和調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)平穩(wěn)的特性，平穩(wěn)的特性，使使速度速度跟蹤加快；當(dāng)電機(jī)進(jìn)入跟蹤加快；當(dāng)電機(jī)進(jìn)入平穩(wěn)平穩(wěn)狀態(tài)，偏狀態(tài)，偏差在差在小范圍小范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換到內(nèi)轉(zhuǎn)換到PIPI控制，控制，PIPI控制積分環(huán)控制積分環(huán)節(jié)能節(jié)能提高提高系統(tǒng)的系統(tǒng)的靜態(tài)精確度靜態(tài)精確度，以克服，以克服模糊模糊控控制容易產(chǎn)生靜態(tài)誤差的缺

33、陷。制容易產(chǎn)生靜態(tài)誤差的缺陷。C4 電動(dòng)自行車控制器硬件設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車控制器硬件設(shè)計(jì)控制器系統(tǒng)框圖控制器系統(tǒng)框圖一、一、AVR系列系列ATmega48單片機(jī)簡(jiǎn)單片機(jī)簡(jiǎn)介介 ATMEL公司于公司于2002年推出了一款新型年推出了一款新型AVR高檔高檔單片機(jī)，在單片機(jī)，在AVR家族中，家族中， ATmega48是一個(gè)非常是一個(gè)非常特殊的單片機(jī)，它的芯片內(nèi)部集成了較大容量的特殊的單片機(jī)，它的芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路，具有存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路，具有AVR高高檔單片機(jī)檔單片機(jī)MEGA系列的全部性能和特點(diǎn)，但由于系列的全部性能和特點(diǎn)，但由于采用了小引腳封裝采用了小引

34、腳封裝(為為DIP28和和TQEPMLF32)，所以其所以其價(jià)格價(jià)格僅與僅與低檔單片機(jī)低檔單片機(jī)相當(dāng)，成為具有極高相當(dāng)，成為具有極高性價(jià)比性價(jià)比、深受廣大用戶喜愛(ài)的單片機(jī)，被廣泛應(yīng)、深受廣大用戶喜愛(ài)的單片機(jī)，被廣泛應(yīng)用于用于電器電器、儀表儀表、電源電源等行業(yè)。等行業(yè)。ATmega48的引腳分配的引腳分配一、一、 AVR系列系列ATmega48單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)簡(jiǎn)介一、一、 電源電路電源電路48V48V電壓經(jīng)串聯(lián)電阻后輸入到電壓經(jīng)串聯(lián)電阻后輸入到LM317LM317中，輸出端電壓即中，輸出端電壓即+l 5V+l 5V。LM317LM317為可調(diào)節(jié)為可調(diào)節(jié)3 3一端正電壓穩(wěn)壓器，輸出電一端正電壓穩(wěn)壓器，輸出電壓范圍為壓范圍為1.2V1.2V到到37V37V，在輸出范圍內(nèi)能提供超過(guò)，在輸出范圍內(nèi)能提供超過(guò)1.5A1.5A的電流，外部只需要兩個(gè)電阻設(shè)置輸出電壓，內(nèi)部有的電流，外部只需要兩個(gè)電阻設(shè)置輸出電壓，內(nèi)部有限流、熱關(guān)斷和安全工作區(qū)補(bǔ)償功能。限流、熱關(guān)斷和安全工作區(qū)補(bǔ)償功能。RA1、RA4的作用為限流、的作用為限流、降壓，使降壓，使LM317的輸入輸出的輸入輸出之間的電壓差不致太高，減之間的電壓差不致太高，減小器件本身的功耗。小器件本身的功耗。CA1為為濾波電容