【正文】 般取擾動(dòng)信號頻率的 5～ 10倍；或取單位階躍上升時(shí)間的 1/10： tr/10。 s? max2?max2?sT?2≥ sT max??≤ ? 對給定信號的跟蹤是控制系統(tǒng)的重要功能。 8 信號的采樣周期 數(shù)字系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)完成一次輸入、運(yùn)算和輸出的時(shí)間周期稱為采樣周期，用 Ts表示，采樣頻率 。 ? 數(shù)字式傳感器信號采集：近年來智能化儀表不斷出現(xiàn)，將數(shù)字電路甚至CPU集成到傳感器內(nèi)部，直接輸出數(shù)字信號，并通過并行或串行接口輸入計(jì)算機(jī)。常用的方法有以下幾種： 反饋信號的采樣方式 ? A/D轉(zhuǎn)換器信號采集： A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入計(jì)算機(jī)。要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，需要將這些模擬量輸入計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)只接收數(shù)字量。該方法只用于特大功率的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。該方法主要用于中、小型功率的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。該方法主要用于微型、小型電動(dòng)機(jī)的控制。 采 樣 輸 入 運(yùn) 算 控 制 輸 出采 樣 輸 入 運(yùn) 算 控 制 輸 出第 k 次 運(yùn) 行第 k + 1 次 運(yùn) 行… … … …核心任務(wù) 采樣輸入 運(yùn)算（算法） 控制輸出 6 二、 數(shù)字電力傳動(dòng)系統(tǒng)的輸出：控制方式 與模擬控制系統(tǒng)相比，數(shù)字控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了變化，這些變化帶來了許多需要解決的新問題，例如數(shù)值轉(zhuǎn)換問題等。 因此，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也稱為離散時(shí)間控制系統(tǒng)?？刂七^程包括：數(shù)據(jù)采集、控制律的運(yùn)算、控制信號的輸出等操作。 3 數(shù)字系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)圖： 模擬接口電路的任務(wù) 模擬電路的任務(wù) 00101101 10101100 工 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程 或 控 制 對 象 傳感器 放大 濾波 多路轉(zhuǎn)換 采樣保持 A/D 轉(zhuǎn)換 放大 驅(qū)動(dòng) D/A 轉(zhuǎn)換 輸出 接口 微 型 計(jì) 算 機(jī) 執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 輸入 接口 物理量 變換 信號 處理 信號 變換 I/O 接口 輸入通道 輸出通道 4 數(shù)字電力傳動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 可以看出，數(shù)字式電力傳動(dòng)系統(tǒng)由微處理器、 D/A轉(zhuǎn)換、功率驅(qū)動(dòng)、A/D轉(zhuǎn)換、電動(dòng)機(jī)組成；控制律由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。 數(shù)字系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通常包含控制對象、輸入通道、輸出通道和控制用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。數(shù)字控制的電力傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)越性在于： ? 電力電子功率變換裝置可使電動(dòng)機(jī)獲得接近理想的供電電源； ? 以微處理器為核心的控制裝置可完成復(fù)雜計(jì)算和邏輯判斷，運(yùn)算、變換和控制精度高，易于實(shí)現(xiàn)新的控制策略和控制方法； ? 數(shù)字控制電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高、成本低、免受溫度漂移的影響； ? 數(shù)字裝置體積小、重量輕、耗能少； ? 強(qiáng)大的通信功能便于實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制； ? 能夠進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)在線故障診斷。主要內(nèi)容： ? 數(shù)字式電力傳動(dòng)系統(tǒng)概述 ? 數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字運(yùn)算方法 ? 數(shù)字系統(tǒng)中的 Z變換 ? 狀態(tài)空間設(shè)計(jì)方法 第十章 數(shù)字電力傳動(dòng)系統(tǒng) 1 隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，在電力傳動(dòng)系統(tǒng)中引入計(jì)算機(jī)控制，或者說，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在電力傳動(dòng)領(lǐng)域的成功應(yīng)用是近代重大的科技進(jìn)步，促進(jìn)了傳動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過數(shù)字計(jì)算實(shí)現(xiàn)控制，所以又稱為數(shù)字控制系統(tǒng) 。 2 數(shù)字式電力傳動(dòng)系統(tǒng)概述 一、數(shù)字式電力傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 數(shù)字控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)特別是以微型計(jì)算機(jī)為控制器的離散系統(tǒng)，包括兩大部分：工作于離散狀態(tài)下的數(shù)字計(jì)算機(jī)和工作于連續(xù)狀態(tài)下的被控對象，二者有機(jī)配合完成控制。 輸入通道 主要任務(wù)是把被控制對象的模擬運(yùn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 按照一定的控制律，完成運(yùn)算，輸出數(shù)字量； 輸出通道 則主要完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，完成控制任務(wù)。 5 數(shù)字電力傳動(dòng)系統(tǒng)的控制過程 在數(shù)字電力傳動(dòng)系統(tǒng)中，控制律是由計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)的。然而， 計(jì)算機(jī)無法像運(yùn)算放大器那樣連續(xù)運(yùn)算，即在時(shí)間上是不連續(xù)的。 計(jì)算機(jī)以某一周期循環(huán)進(jìn)行控制，該周期要足夠小，否則難以滿足實(shí)時(shí)性要求，即計(jì)算機(jī)給出的每一個(gè)控制信號必須是針對當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)的。數(shù)字系統(tǒng)的控制輸出，即控制方式主要有： ? D/A轉(zhuǎn)換控制方式： 使用 D/A轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，并經(jīng)過功率放大，來實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的控制。 ? PWM控制方式： 將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為脈寬調(diào)制信號，經(jīng)過開關(guān)型功率放大器對電動(dòng)機(jī)電壓或電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的控制。 ? 晶閘管觸發(fā)方式： 計(jì)算機(jī)運(yùn)算后輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為晶閘管的控制角度，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)的電壓或電流的控制。 7 三、數(shù)字電力傳動(dòng)系統(tǒng)的輸入：信號的采樣與保持 電動(dòng)機(jī)的被控制量多數(shù)是模擬量，如電流、電壓等。所以需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，即 A/D轉(zhuǎn)換。 ? 光電編碼器信號采集：光電編碼器是測量電動(dòng)機(jī)的位置和轉(zhuǎn)速的傳感器，與電動(dòng)機(jī)同軸安裝，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中發(fā)出脈沖，通過計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)得到電動(dòng)機(jī)的位置或轉(zhuǎn)速。 （把數(shù)字化的過程獨(dú)立了出來，沒有省掉數(shù)字化的過程）。 ① 采樣周期選擇原則 ? 香農(nóng)采樣定理：采樣頻率大于等于兩倍的連續(xù)信號的最大頻率，即采樣頻率 ≥ 的條件下，采樣后的離散信號才有可能無失真地恢復(fù)原來的連續(xù)信號。為了快速響應(yīng)被跟蹤量的變化，采樣頻率必須比系統(tǒng)帶寬頻率要高，通常取 10倍的帶寬頻率。 ? 采樣頻率要照顧計(jì)算機(jī)的精度和速度。 ② 典型系統(tǒng)采樣周期的選擇 ? 典型 Ⅰ 型系統(tǒng)變成數(shù)字控制系統(tǒng)時(shí)，采樣周期的選擇 典型 Ⅰ 型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)： 開環(huán)放大倍數(shù)近似等于截止頻率， 代入 得： 當(dāng)選擇 時(shí)， ， 通常選擇 )1()( ?? ssKsWgop ?cK ?? ma x/ ???sT KTs /? gK ?? 2 ?? 、gs KT ??? 2?? 10~52 gsT ???經(jīng)驗(yàn)公式 csT ?? 15?10 ? 典型 Ⅱ 型系統(tǒng)變成數(shù)字控制系統(tǒng)時(shí)，采樣周期的選擇 已知典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 當(dāng)按閉環(huán)幅頻特性 Mr最小準(zhǔn)則設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，截止頻率為： 采樣周期應(yīng)選擇為： 通常選擇 )1()1()(2 ???ssKsWgwop ???gc hh?? 21??1212????? hhhT wgcs??????)5(12~62 ?? hT gs ??11 零階保持器 計(jì)算機(jī)控制的電力傳動(dòng)系統(tǒng)中，控制器的輸出為離散信號，經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換器或 PWM調(diào)制電路轉(zhuǎn)換為模擬信號，再經(jīng)過功率放大，來控制電動(dòng)機(jī)。通常使用零階保持器來保正控制信號在各采樣周期內(nèi)不變。通常把具有恒值、線性和拋物線外推規(guī)律的保持器分別稱為零階、一階和二階保持器。 ? 采樣開關(guān)的傳遞函數(shù)為 1/Ts。 sesG sThs??? 1)( sTsTTTseTsGT sssssTshss21121111)(