优化微机数字控制系统实现精密控制

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：微机控制的调速系统是一个数字采样系统，它的原理如图2-25所示。信号的离散化是微机数字控制系统的第一个特点。微机输出的信号需经过数模转换器或保持器转换为模拟信号，而保持器的存在会提高控制系统传递函数分母的阶次，减小系统的稳定裕度。可见随着控制对象的不同，系统所要求的最低的采样频率也不同。

微机控制的调速系统是一个数字采样系统，它的原理如图2-25所示。其中S1是给定值的采样开关，S2是反馈值的采样开关，S3是输出值的采样开关。若所有的采样开关是等周期地一起开和闭，则称为同步采样。微型计算机无法连续输入给定信号和反馈信号，也无法连续改变输出值，只有在采样开关闭合时才能输入和输出信号。当控制系统的控制量和反馈量是模拟的连续信号时，为了把它们输入计算机，只能在采样时刻对模拟的连续信号进行采样，把连续信号变成脉冲信号，即离散的模拟信号，这就是信号的离散化。信号的离散化是微机数字控制系统的第一个特点。

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图2-25　微型计算机采样控制系统框图

采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，不能直接送入计算机，还须经过数字量化，即用一组数码（如二进制数）来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是信号的数字化。信号的数字化是微机数字控制系统的第二个特点。

信号的离散化和数字化导致了信号在时间上和量值上的不连续性，因为数码总是有限的，用数码来逼近模拟信号是近似的，会产生量化误差。微机输出的信号需经过数模转换器或保持器转换为模拟信号，而保持器的存在会提高控制系统传递函数分母的阶次，减小系统的稳定裕度。

为了使离散的数字信号能够不失真地复现连续的模拟信号，对系统的采样频率有一定的要求。根据香农（Shannon）采样定理：如果模拟信号的最高频率为fmax，只要按照采样频率f≥2fmax进行采样，那么取出的样品序列就可以代表（或恢复）模拟信号。可见随着控制对象的不同，系统所要求的最低的采样频率也不同。

在工业过程控制中，控制对象是流量、压力、液位和温度等，这些物理量的变化速度较为缓慢，采样频率可以较低。而在电动机调速系统中，控制对象是电动机的转速和电流，它们都是快速变化的物理量，必须具有较高的采样频率。所以微型计算机控制的直流调速系统是一种快速数字采样系统，它要求微型计算机在较短的采样周期之内，完成信号的转换、采集，完成按某种控制规律实施的控制运算，完成控制信号的输出，对微型计算机的运算速度和精度都有较高的要求。

优化微机数字控制系统实现精密控制

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