转速单闭环直流调速系统课件

6转速单闭环直流调速系统1.6.1问题的提出

如前,采用P放大器控制的有静差的调速系统，Kp越大，系统精度越高；但Kp过大，将降低系统稳定性，使系统动态不稳定。进一步分析静差产生的原因，由于采用比例调节器，转速调节器的输出为Uc=KpUnUc0，电动机运行，即Un

0Uc=0，电动机停止

7/16/20232

因此,在采用比例调节器控制的自动系统中,输入偏差是维系系统运行的基础，必然要产生静差，因此是有静差系统。如果要消除系统误差,必须寻找其他控制方法,比如：采用积分（Integration）调节器或比例积分（PI）调节器来代替比例放大器。1.6.1问题的提出7/16/202331.6.2积分调节器和积分控制规律

1.积分调节器如图,由运算放大器可构成一个积分电路.根据电路分析,其电路方程为：++CUexRbalUinR0+Aa)积分调节器原理图7/16/20234当初始值为零时，在阶跃输入作用下，对上式进行积分运算，得积分调节器的输出：1.6.2积分调节器和积分控制规律7/16/202353.积分调节器的传递函数4.转速的积分控制规律如果采用积分调节器，则控制电压Uc是转速偏差电压Un的积分，则：如果是Un阶跃函数,则Uc按线性规律增长,每一时刻Uc的大小和Un横轴所包围的面积成正比。1.6.2积分调节器和积分控制规律7/16/20236a)阶跃输入b)一般输入图b绘出的是负载变化时的Un波形,按Uc与Un横轴所包围面积的正比关系,得Uc曲线,图中Un的最大值对应于Uc的拐点。1.6.2积分调节器和积分控制规律7/16/20237

由上图b可见,在动态过程中,当Un变化时,只要其极性不变,即只要仍是Un*Un,积分调节器的输出Uc便一直增长；只有达到Un*=Un,Un=0时,Uc才停止上升；不到Un变负,Uc不会下降。1.6.2积分调节器和积分控制规律+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un∆Un

U*nUcUPE+-MTG7/16/20238在这里,值得特别强调的是,当Un=0时,Uc并不是零,而是一个终值Ucf

;如果Un不再变化,此终值便保持恒定不变,这是积分控制的特点.7/16/20239

若初值不是零，应加上初始电压Uc0，则积分式变成：分析结果：采用积分调节器，转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行,实现无静差调速。1.6.2积分调节器和积分控制规律7/16/2023101.6.2积分调节器和积分控制规律5.比例与积分控制的比较当负载转矩由TL1突增到TL2时,有静差调速系统的转速n、偏差电压Un和控制电压Uc的变化过程示于右图.有静差调速系统:7/16/2023111.6.2积分调节器和积分控制规律虽然某时刻Un=0,只要历史上有过Un,其积分就有一定数值,足以产生稳态运行所需要的控制电压Uc

结论比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史无静差调速系统:7/16/2023121.6.3比例积分控制规律

从无静差的角度积分控制优于比例控制,但在快速性上,积分控制却又不如比例控制。

如下图,在同样的阶跃输入下,比例调节器的输出可以立即响应,而积分调节器的输出却只能逐渐改变.τUexUinUexmtUinUexOb)I调节器a)P调节器UexUintUinUexO7/16/2023131.PI调节器的传递函数Uex++C1RbalUinR0+AR1比例积分(PI)调节器

PI调节器的输出电压由比例和积分两部分相加而成1.6.3比例积分控制规律7/16/2023142.PI调节器输出时间特性UexUinUexmtUinUexOKpUinOtOt

UcUc∆Un121+2比例部分①和Un成正比,积分部分②是Un的积分曲线→PI调节器的输出电压Uc是①+②。Uc既具有快速响应性能，又足以消除调速系统的静差。1.6.3比例积分控制规律7/16/202315

比例积分(PI)控制综合了比例(P)控制和积分(I)控制两种规律的优点,又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。结论1.6.3比例积分控制规律7/16/2023161转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析转速、电流双闭环直流调速系统7/16/2023171转速、电流双闭环直流调速系统

及其静特性0问题的提出1转速、电流双闭环直流调速系统的组成2稳态结构框图和静特性3各变量的稳态工作点和稳态参数计算2.1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性7/16/202318采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差.但是,如果对系统的动态性能要求较高,例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。2.1.0问题的提出nKpKs

1/CeU*nUc∆UnIdEUd0Un++--RRs-UcomUi-7/16/202319b)理想的快速起动过程IdLntIdOIdma)带电流截止负反馈的单闭环调速系统2.理想的起动过程IdLntIdOIdmIdcr起动电流达到最大值Idm后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长起动电流呈方形波,转速按线性增长.这是在最大电流(转矩)受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程在电机最大允许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中保持电流(转矩)为允许的最大值，以最大的加速度起动，到达稳态时立即让电流降下来,使转矩马上与负载平衡，进入稳态运行2.1.0问题的提出7/16/202320图2-21时间最优的理想过渡过程1.单闭环系统就难以满足需要主要原因

在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值Idcr

以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。2.1.0问题的提出7/16/2023223.解决思路

为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变→采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。

理想的控制起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈

2.1.0问题的提出7/16/202323单闭环电流截至负反馈nKpKs

1/CeU*nUc∆UnIdEUd0Un++--RRs-UcomUi-7/16/2023242.1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接。7/16/202325TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+1.系统的组成内环外环把转速调节器的输出作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制UPE→电流环作内环,转速环作外环→转速、电流双闭环调速系统2.1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成7/16/202326

图中两个调节器的输出都是带限幅作用的转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm注意2.1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成7/16/2023272.1.2稳态结构图和静特性

1.系统稳态结构图双闭环直流调速系统的稳态结构图Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE注意：采用带限幅的输出特性表示PI调节器7/16/2023282.限幅作用饱和——输出达到限幅值当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。不饱和——输出未达到限幅值当调节器不饱和时，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零。2.1.2稳态结构图和静特性7/16/202329双闭环直流调速系统的静特性

n0IdIdmIdnOnABC3.系统静特性实际上,在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的→对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。

双闭环直流调速系统的静特性如图:2.1.2稳态结构图和静特性7/16/2023302.1.2稳态结构图和静特性转速调节器不饱和(稳态时进行讨论)、——转速、电流反馈系数静特性的CA段由于ASR不饱和，U*i<U*im→Id<Idm→静特性从理想空载状态的Id=0一直延续到Id=Idm而

Idm一般都是大于额定电流IdN→静特性的运行段即水平的特性。双闭环直流调速系统的稳态结构图Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPEn0IdIdmIdnOnABC7/16/202331转速调节器饱和ASR输出达到限幅值U*im，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时：最大电流Idm是由设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。静特性的AB段这样的特性称垂直的特性,只适合于n<n0的情况,因为n>n0,则Un>U*n,ASR将退出饱和状态

双闭环直流调速系统的稳态结构图Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE2.1.2稳态结构图和静特性n0IdIdmIdnOnABC7/16/2023324.两个调节器的作用双闭环调速系统的静特性在Id<Idm时为转速无静差→转速负反馈起主要调节作用。当Id≥Idm后,转速调节器饱和,电流调节器起主要调节作用,系统为电流无静差→过电流的自动保护.→采用了两个PI调节器分别形成内、外两个闭环的效果。其静特性比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。2.1.2稳态结构图和静特性7/16/2023332.1.3各变量的稳态工作点和稳态参数计算双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系：Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE在稳态工作点上,n由给定电压U*n决定；ASR的输出量U*i由负载电流IdL决定2.1.3各变量的稳态工作点和稳态参数计算7/16/202334控制电压Uc的大小则同时取决于n和Id，或者：同时取决于U*n和IdL。→PI调节器不同于P调节器的特点.比例环节的输出量总是正比于其输入量,而PI调节器输出量的稳态值对是历史的积分,是由它后面环节的需要决定的.后面需要PI调节器提供多么大的输出值,它就能提供多少,直到饱和为止。2.1.3各变量的稳态工作点和稳态参数计算7/16/202335双闭环调速系统的各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：2.1.3各变量的稳态工作点和稳态参数计算7/16/2023362双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析1双闭环直流调速系统的动态数学模型2起动过程分析3动态抗扰性能分析4转速和电流两个调节器的作用2.2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析7/16/2023372.2.1双闭环直流调速系统的动态数学模型1.系统动态结构在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构图：U*n

Uc-IdLnUd0Un+--

+-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+EKs

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE7/16/202338图2-11额定励磁下的直流电动机的动态结构框图2.数学模型图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器，则有：2.2.1双闭环直流调速系统的动态数学模型7/16/202340n

OIdLIdn*

t4t3t2t1tt2.2.2起动过程分析

设置双闭环控制的目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析动态性能时,首先分析起动过程。突加给定电压U*n由静止状态起动时：IdmIIIIIIASR经历饱和、退饱和、不饱和2.2.2起动过程分析7/16/202341第I阶段电流上升阶段(0~t1)

突加给定电压U*n后，Id上升，当Id<IdL时，电机不能转动。当Id≥IdL后,电机开始起动,由于机电惯性,转速不会很快增长,因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大,其输出电压保持限幅值U*im,强迫电流Id迅速上升.直到Id≈Idm,Ui≈U*im电流调节器很快就压制Id的增长,(ASR很快进入饱和,ACR一般不饱和)IdLIdn

n*

IdmOOIIIt1ttKs

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE7/16/202342Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE7/16/202343第II阶段恒流升速阶段(t1~t2)

ASR饱和,转速环开环,系统在U*im给定下的电流调节系统,基本上电流Id保持恒定,转速呈线性增长。电机的反电动势E按线性增长,对电流调节系统来说,E是一个线性渐增的扰动量,为了克服它的扰动,Ud0

和Uc

也必须基本上按线性增长,才能保持Id恒定.2.2.2起动过程分析Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE7/16/202344第II阶段恒流升速阶段(t1~t2)续当ACR采用PI调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值,也就是说,Id应略低于Idm。n

IdLIdn*

IdmOOIIIt2t1tt恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段.为了保证电流环的主要调节作用,在起动过程中ACR是不应饱和的,电力电子装置UPE的最大输出电压也须留有余地.2.2.2起动过程分析7/16/202345第Ⅲ阶段转速调节阶段(t2以后)

当转速上升到给定值时,转速调节器ASR的输入偏差减少到零,但输出由于积分作用还维持在限幅值U*im,所以电机仍在加速,使转速超调.转速超调后,ASR输入偏差电压变负,使它开始退出饱和状态,U*i和Id很快下降.但是,只要Id仍大于负载电流IdL,转速就继续上升.IdLIdmn

OIdn*

t3t2t1ttIIIId=IdL时,转矩Te=TL,则dn/dt=0,转速n到最大值2.2.2起动过程分析7/16/202346n

OIdLIdn*

t4t3t2t1ttIdmIIIIII第Ⅲ阶段续电动机开始在负载的阻力下减速,与此相应,在一小段时间内(t3~t4),

Id<IdL,直到稳定,如果调节器参数整定得不够好,也会有一些振荡过程。2.2.2起动过程分析7/16/202347第Ⅲ阶段续在这最后的转速调节阶段内,ASR和ACR都不饱和,ASR起主导的转速调节作用,而ACR则力图使Id尽快地跟随其给定值U*i,或者说,电流内环是一个电流随动子系统.n

OIdLIdn*

t4t3t2t1ttIdmIIIIII2.2.2起动过程分析7/16/202348Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE7/16/202349

双闭环直流调速系统起动过程的特点：饱和非线性控制：根据ASR的饱和与不饱和,整个系统处于完全不同的两种状态：当ASR饱和时,转速环开环,系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；当ASR不饱和时,转速环闭环,整个系统是一个无静差调速系统,而电流内环表现为电流随动系统.转速超调：由于ASR采用了饱和非线性控制,起动过程结束进入转速调节阶段后,必须使转速超调,ASR的输入偏差电压△Un为负值,才能使ASR退出饱和.→采用PI调节器的双闭环调速系统的转速响应必然有超调。2.2.2起动过程分析7/16/202350准时间最优控制起动过程中的主要阶段是第II阶段的恒流升速,它的特征是电流保持恒定.一般选择为电动机允许的最大电流,以便充分发挥电动机的过载能力,使起动过程尽可能最快.这阶段属于有限制条件的最短时间控制→整个起动过程可看作为是一个准时间最优控制。2.2.2起动过程分析7/16/202351U*n

UcnUd0Un+--

+-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E2.2.3动态抗扰性能分析

对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能:抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能1.抗负载扰动±△IdL负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用7/16/2023522.抗电网电压扰动a)单闭环系统U*n-IdLUn+-ASR

1/CenUd01/RTls+1RTmsIdKsTss+1-E±∆Ud-IdL±∆Udb)双闭环系统

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E就静特性而言,∆Ud和IdL都作用在被转速负反馈环包围的前向通道上,两系统对他们的抗扰效果一样.2.2.3动态抗扰性能分析7/16/2023533.动态效果的对比分析在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。a)单闭环系统U*n-IdLUn+-ASR

1/CenUd01/RTls+1RTmsIdKsTss+1-E±∆Ud-IdL±∆Udb)双闭环系统

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E2.2.3动态抗扰性能分析7/16/202354在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。结论2.2.3动态抗扰性能分析7/16/2023552.2.4转速和电流两个调节器的作用

1.转速调节器的作用转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。对负载变化起抗扰作用。其输出限幅值决定电机允许的最大电流。7/16/2023562.电流调节器的作用作为内环,在转速的调节过程中,使电流紧紧跟随其给定电压(即外环调节器的输出量)变化。对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速起动过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快起动过程。当电机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。2.2.4转速和电流两个调节器的作用

7/16/202357直流调速系统的数字实现

1.微型计算机数字控制的主要特点2.

微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件3.数字测速与滤波4.数字PI调节器7/16/202358问题的提出直流调速控制系统分为模拟控制系统、数字控制系统。模拟系统控制规律体现在硬件电路和所用的器件上因而线路复杂、通用性差控制效果受到器件的性能、温度等因素的影响。以微处理器为核心的数字控制系统（简称微机数字控制系统）硬件电路的标准化程度高，制作成本低且不受器件温度漂移的影响其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律，而且更改起来灵活方便。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微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高可以提高控制性能此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。

图5-1微型计算机控制系统基本组成框图由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化：主要特点62离散化：为了把模拟的连续信号输入计算机，首先必须在具有一定周期的采样时刻对它们进行实时采样，形成一连串的脉冲信号，即离散的模拟信号，这就是离散化。Otf(t)原信号Onf(nT)1234…采样图5-2（a）63采样周期的选取：为了使连续信号采样后输入计算机而不失真，应根据香农采样定理选取采样周期T使max12Tf<其中－－被采样信号的最高频率maxf在一般情况下可令采样周期：T＝minT4～10－－控制对象的最小时间minT64数字化：采样后得到的离散信号本质上还是模拟信号，还须经过数字量化，即用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是数字化。数字化OnN(nT)图5-2（b）65离散化和数字化的负面效应（1）A/D转换的量化误差：模拟信号可以有无穷多的数值，而数码总是有限的，用数码来逼近模拟信号是近似的，会产生量化误差，影响控制精度和平滑性。（2）D/A转换的滞后效应：经过计算机运算和处理后输出的数字信号必须由数模转换器D/A和保持器将它转换为连续的模拟量，再经放大后驱动被控对象。但是，保持器会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，甚至会破坏系统的稳定性。随着微电子技术的进步，微处理器的运算速度不断提高，其位数也不断增加，上述两个问题的影响已经越来越小。但微机数字控制系统的主要特点及其负面效应需要在系统分析中引起重视，并在系统设计中予以解决。

微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图给定模块系统给定——系统给定有两种方式：（1）模拟给定：模拟给定是以模拟量表示的给定值，例如给定电位器的输出电压。模拟给定须经A/D转换为数字量，再参与运算；（2）数字给定：数字给定是用数字量表示的给定值，可以是拨盘设定、键盘设定或采用通信方式由上位机直接发送见下图。69a)模拟给定b)数字给定70控制模块－－数字控制器数字控制器是系统的核心，可选用：

（1）单片机；（2）数字信号处理器（DSP）；（3）工控机；（4）PLC等；比如：TI的MSP430系列等专为电机控制设计的微处理器，本身都带有A/D转换器、通用I/O和通信接口，还带有一般微机并不具备的脉冲捕获和PWM生成模块，可大大简化数字控制系统的硬件电路设计。71主电路模块微机数字控制双闭环直流调速系统主电路中的UPE有两种方式：直流PWM功率变换器晶闸管可控整流器72检测回路——检测回路包括电压、电流、温度和转速检测，其中：电压、电流和温度检测由A/D转换通道变为数字量送入微机检测电路模块电流和电压检测除了用来构成相应的反馈控制外，还是各种保护和故障诊断信息的来源。电流、电压信号也存在幅值和极性的问题，需经过一定的处理后，经A/D转换送入微机，其处理方法与转速相同。电流检测方法：标准电阻取样，利用霍尔效应等温度检测方法：热敏电阻、专用温度传感器等731.转速检测模拟测速－－一般采用测速发电机数字测速－－光电码盘等74转速检测有模拟和数字两种检测方法：1）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，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。2）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。75测速基本方式76数字测速指标数字测速方法数字滤波数字测速与滤波77数字测速指标（1）分辨率分辨率是用来衡量一种测速方法对被测转速变化的分辨能力，在数字测速方法中，用改变一个计数字所对应的转速变化量来表示分辨率，用Q表示；设被测转速由n1变为n2时，引起测量计数值改变了一个字，则该测速方法的分辩率为：Q=n1-n2

－－Q越小，测速装置的分辨能力越强；－－Q越小，系统控制精度越高。78（2）测速精度测速精度是指测速装置对实际转速测量的精确程度，常用测量值与实际值的相对误差来表示，即－－测量误差越小，测速精度越高，系统控制精度越高。－－的大小取决于测速元件的制造精度和测速方法。79（3）检测时间Tc检测时间是指两次转速采样之间的时间间隔。检测时间对系统的控制性能有很大影响。

检测时间越短，系统响应越快，对改善系统性能越有利。802.测速原理由光电式旋转编码器产生与被测转速成正比的脉冲，测速装置将输入脉冲转换为以数字形式表示的转速值。脉冲数字（P/D）转换方法：（1）M法—脉冲直接计数方法；（2）T法—脉冲时间计数方法；（3）M/T法—脉冲时间混合计数方法。光电式旋转编码器3.M法测速工作原理：由计数器记录PLG发出的脉冲信号；定时器每隔时间Tc向CPU发出中断请求INTt；CPU响应中断后，读出计数值M1，并将计数器清零重新计数；根据计数值M计算出对应的转速值n。测速原理与波形图4.T法测速工作原理：计数器记录来自CPU的高频脉冲f0；PLG每输出一个脉冲，中断电路向CPU发出一次中断请求；CPU响应INTn中断，从计数器中读出计数值M2，并立即清零，重新计数。电路与波形M法测速在高速段分辨率强；T法测速在低速段分辨率强；

因此，可以将两种测速方法相结合，取长补短。既检测Tc

时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。

两种测速方法的比较7/16/2023895.3.3数字滤波在实际的闭环调速系统运行当中，电动机输出的测量值中常混有干扰噪声，它们来自于被测信号形成过程和传送过程。用混有干扰的测量值作为控制信号，将引起系统误动作，在有微分控制环节的系统中还会引起系统振荡，因此危害极大。一、问题的提出90二、噪声分类干扰噪声可分为周期性和随机性两类；对周期性的工频或高频干扰－－可以通过在电路中加入RC低通滤波器硬件来加以抑制；对于低频周期性干扰和随机性干扰－－硬件电路无能为力，但用数字滤波可以解决上述问题。91三、数字滤波定义所谓数字滤波，就是通过一定的软件计算或判断来减少干扰在有用信号中的比重，达到减弱或消除干扰的目的。简单地说－－数字滤波就是用程序实现的滤波。92四、数字滤波的优点数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬件投入，因而成本低，可靠性高，稳定性好，也不存在各电气回路之间的阻抗匹配问题；可以对频率很低的信号实现滤波；在设计和调试数字滤波器的过程中，可以根据不同的干扰情况，随时修改滤波程序和滤波方法，具有很强的灵活性。93五、常用的数字滤波方法1）算术平均值滤波原理：对于连续采样的n个数据总能找到这样一个数y，使y与各个采样值之差的平方和最小，即对上式求最小值可得

94算术平均值法的特点算术平均值法特别适用于被测信号在某一数值范围附近作上下波动的场合。采样数据个数决定了这种方法的抗干扰程度，n越大，抗干扰效果越好；但n太大时，会使系统的灵敏度降低，调节过程变慢。实践证明：算术平均值法对周期性干扰有较好的抑制作用，但对脉冲性干扰作用不大。952）防脉冲干扰中值滤波法在电动机控制应用中，现场的强电设备较多，不可避免地会产生尖脉冲干扰（例如某强电设备的启动和停车）。这种干扰是随机性地，一般持续时间短，峰值较大，因此在这时采样得到的受干扰的数据会与其它数据有明显区别。

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防脉冲干扰中值滤波法的算法是：对最近连续采样的3个数据进行排序，取这三个采样值的中值为有效信号，舍去其余两个信号。该方法能有效地滤除偶然型干扰脉冲（作用时间短、幅值大），但若干扰信号作用的时间相对较长（大于采样周期），则无能为力。973）中值平均滤波法对最近连续采样的n个数据进行排序，去掉其中的最大和最小的两个数据（被认为是受干扰的数据），将剩余数据求平均值。即987/16/2023997/16/20231007/16/20231015.4数字PID调节器模拟PID调节器的数字化改进的数字PID算法智能型PID调节器1025.4.1模拟PID调节器的数字化

PID调节器是电力拖动自动控制系统中最常用的一种控制器，在微机数字控制系统中，当采样频率足够高时，可以先按模拟系统的设计方法设计调节器，然后再离散化，就可以得到数字控制器的算法，这就是模拟调节器的数字化。103模拟PID控制系统原理框图104比例环节－－对偏差瞬间作出快速反应。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。积分环节－－把偏差的积累作为输出，以达到消除静差的目的。微分环节－－根据偏差的变化趋势进行控制，偏差变化得越快，微分控制器得输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入将有助于减小超调量，克服振荡。105其中KP－－

比例系数

TI

－－

积分常数

TD

－－

微分常数模拟PID调节器的控制规律：（5-14）106PID调节器的差分方程将5-14离散化成差分方程，其第k

拍输出为其中，Tsam为采样周期（5-15）107数字PID调节器算法有位置式和增量式两种算法：位置式算法——即为式(5-15)表述的差分方程，它是直接按(5-14)所给出的PID控制规律定义进行计算的，所以它给出了全部控制量的大小，因此被称为全量式或位置式PID控制算法。108

算法优点：结构清晰，P、I和D三部分作用分明，参数调整简单明了。

算法缺点：因为计算机输出的uk对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，输出的uk将大幅度变化，从而引起执行结构的大幅度变化，有可能因此造成严重的生产事故。109PID调节器的输出可由下式求得（5-17）（5-18）增量式PID调节器算法：1105.4.2改进的数字PID算法PID调节器的参数直接影响着系统的性能指标。在高性能的调速系统中，有时仅仅靠调整PID参数难以同时满足各项静、动态性能指标。采用模拟PID调节器时，由于受到物理条件的限制，只好在不同指标中求其折衷。