摘 要： 以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)（簡稱微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)）。其硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，不受器件溫度漂移的影響，其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且更改起來靈活方便。
　　關(guān)鍵詞： 微機(jī)數(shù)字控制 直流調(diào)速 PWM調(diào)速系統(tǒng)
　　
　　1.引言
　　微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，可靠性高，可以提高控制性能。此外，還擁有信息存儲、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等模擬控制系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的功能。由于計算機(jī)只能處理數(shù)字信號，因此，與模擬控制系統(tǒng)相比，微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是離散化和數(shù)字化。離散化和數(shù)字化的結(jié)果導(dǎo)致了時間上和量值上的不連續(xù)性，從而引起下述的負(fù)面效應(yīng)：（1）A/D轉(zhuǎn)換的量化誤差：模擬信號可以有無窮多的數(shù)值，而數(shù)碼總是有限的，用數(shù)碼來逼近模擬信號是近似的，會產(chǎn)生量化誤差，影響控制精度和平滑性。（2）D/A轉(zhuǎn)換的滯后效應(yīng)：經(jīng)過計算機(jī)運(yùn)算和處理后輸出的數(shù)字信號必須由數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A和保持器將它轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬量，再經(jīng)放大后驅(qū)動被控對象。
　　隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，微處理器的運(yùn)算速度不斷提高，其位數(shù)也不斷增加，上述兩個問題的影響已經(jīng)越來越小。但微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及其負(fù)面效應(yīng)需要在系統(tǒng)分析中引起重視，并在系統(tǒng)設(shè)計中予以解決。
　　2.微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)硬件組成
　　2.1數(shù)字控制直流調(diào)速系統(tǒng)的組成方式大致可分為三種。
　　2.1.1數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速采用模擬調(diào)節(jié)器，也可采用數(shù)字調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器采用數(shù)字調(diào)節(jié)器；脈沖觸發(fā)裝置則采用模擬電路。
　　2.1.2數(shù)字電路控制系統(tǒng)特點(diǎn)：除主電路和功放電路外，轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器，以及脈沖觸發(fā)裝置等全部由數(shù)字電路組成。
　　2.1.3計算機(jī)控制系統(tǒng)在數(shù)字裝置中，由計算機(jī)軟硬件實(shí)現(xiàn)其功能，即為計算機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的特點(diǎn)：雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用微機(jī)控制；全數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)脈沖觸發(fā)、轉(zhuǎn)速給定和檢測；采用數(shù)字PI算法，由軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)。
　　2.2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)。
　　系統(tǒng)由以下部分組成：主電路、檢測電路、控制電路、給定電路、顯示電路。
　　2.2.1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有兩種方式：直流PWM功率變換器；晶閘管可控整流器。
　　2.2.2檢測回路——檢測回路包括電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速檢測，其中：電壓、電流和溫度檢測由A/D轉(zhuǎn)換通道變?yōu)閿?shù)字量送入微機(jī)；轉(zhuǎn)速檢測用數(shù)字測速。
　　2.2.2.1電流和電壓檢測——電流和電壓檢測除了用來構(gòu)成相應(yīng)的反饋控制外，還是各種保護(hù)和故障診斷信息的來源。電流、電壓信號也存在幅值和極性的問題，需經(jīng)過一定的處理后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入微機(jī)，其處理方法與轉(zhuǎn)速相同。
　　2.2.2.2轉(zhuǎn)速檢測有模擬和數(shù)字兩種檢測方法。
　　（1）模擬測速一般采用測速發(fā)電機(jī)，其輸出電壓不僅表示了轉(zhuǎn)速的大小，并且包含了轉(zhuǎn)速的方向，在調(diào)速系統(tǒng)中（尤其在可逆系統(tǒng)中），轉(zhuǎn)速的方向也是不可缺少的。因此必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q，將雙極性的電壓信號轉(zhuǎn)換為單極性電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量送入微機(jī)。但偏移碼不能直接參與運(yùn)算，必須用軟件將偏移碼變換為原碼或補(bǔ)碼，然后進(jìn)行閉環(huán)控制。
　?。?）對于要求精度高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)，往往需要采用旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。
　　利用微機(jī)擁有強(qiáng)大的邏輯判斷功能，對電壓、電流、溫度等信號進(jìn)行分析比較，若發(fā)生故障立即進(jìn)行故障診斷，以便及時處理，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。這也是采用微機(jī)控制的優(yōu)勢所在。
　　2.2.3控制電路——數(shù)字控制器，數(shù)字控制器是系統(tǒng)的核心，可選用單片微機(jī)或數(shù)字信號處理器（DSP）比如：Intel 8X196MC系列或TMS320X240系列等專為電機(jī)控制設(shè)計的微處理器，本身都帶有A/D轉(zhuǎn)換器、通用I/O和通信接口，還帶有一般微機(jī)并不具備的故障保護(hù)、數(shù)字測速和PWM生成功能，可大大簡化數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件電路。
　　2.2.4系統(tǒng)給定——系統(tǒng)給定有兩種方式。
　　2.2.4.1模擬給定：模擬給定是以模擬量表示的給定值，例如給定電位器的輸出電壓。模擬給定須經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再參與運(yùn)算。
　　2.2.4.2數(shù)字給定：數(shù)字給定是用數(shù)字量表示的給定值，可以是撥盤設(shè)定、鍵盤設(shè)定或采用通信方式由上位機(jī)直接發(fā)送。
　　2.2.5鍵盤與顯示電路。
　　微機(jī)數(shù)字控制器的控制對象是功率變換器，可以用開關(guān)量直接控制功率器件的通斷，也可以用經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到的模擬量去控制功率變換器。隨著電機(jī)控制專用單片微機(jī)的產(chǎn)生，前者逐漸成為主流，例如Intel公司8X196MC系列和TI公司TMS320X240系列單片微機(jī)可直接生成PWM驅(qū)動信號，經(jīng)過放大環(huán)節(jié)控制功率器件，從而控制功率變換器的輸出電壓。
　　3.微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)軟件組成
　　微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來實(shí)現(xiàn)的，所有的硬件也必須由軟件實(shí)施管理。微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件有：主程序、初始化子程序、中斷服務(wù)子程序等。
　　3.1主程序——完成實(shí)時性要求不高的功能，完成系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示、與上位計算機(jī)和其他外設(shè)通信等功能。
　　3.2初始化子程序——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。
　　3.3中斷服務(wù)子程序完成實(shí)時性強(qiáng)的功能，如故障保護(hù)、PWM生成、狀態(tài)檢測和數(shù)字PI調(diào)節(jié)等，中斷服務(wù)子程序由相應(yīng)的中斷源提出申請，CPU實(shí)時響應(yīng)。故障保護(hù)引腳的電平發(fā)生跳變時申請故障保護(hù)中斷。
　　直流調(diào)速系統(tǒng)的基本規(guī)律和設(shè)計方法，所有的調(diào)節(jié)器均用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，屬模擬控制系統(tǒng)。模擬系統(tǒng)具有物理概念清晰、控制信號流向直觀等優(yōu)點(diǎn)，便于學(xué)習(xí)，但大量計算太過繁瑣。微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用相應(yīng)軟件來實(shí)現(xiàn)算法非常方便。
　　4.結(jié)語
　　傳統(tǒng)直流調(diào)速控制方法主要體現(xiàn)在硬件電路和所用的器件上，因線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件的性能、溫度等因素的影響。微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動態(tài)性能好、智能化和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以在電氣傳動中獲得了廣泛應(yīng)用。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］宋家成.直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用與維修.中國電力出版社，2008.
　?。?］夏德黔.自動控制理論.北京機(jī)械工業(yè)出版社，1990.
　?。?］章兼源.微機(jī)控制技術(shù).北京電子工業(yè)出版社，2003.
　?。?］陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).北京機(jī)械工業(yè)出版社，1992.