【正文】 繞組的個(gè)數(shù) “ 拍 ” 繞組的通電狀態(tài)。 步進(jìn)電機(jī)的步距角的計(jì)算： N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù) Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 －步進(jìn)電機(jī)的通電方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。 －單三拍工作方式 ABCA… －雙三拍工作方式 ABBCCAAB… －三相六拍工作方式 AABBBCCCAA… ?步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動： 切換時(shí)，繞組電流并非全部切除或通入，只改變額定值的一部分（如 1/4)，轉(zhuǎn)子也只轉(zhuǎn)動步距角的一部分（如 1/4)。 輸入：步進(jìn)脈沖， 1個(gè)脈沖為 1拍，走一步； 方向選擇 ，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行功率放大。 ? 步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表 － 8255的 PA、 PB口分別控制 x, y軸步進(jìn)電機(jī)。 －輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存： 正轉(zhuǎn)訪問順序： ADX1ADX2… ADX6 ADY1ADY2… ADY6 反轉(zhuǎn)訪問順序： ADX6ADX5… ADX1 ADY6ADY5… ADY1 ? 微機(jī)的運(yùn)動控制功能 －改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)； －改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)； －改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 步進(jìn)電機(jī)控制程序 ? 步進(jìn)電機(jī)走步控制程序流程圖 ? 步進(jìn)電機(jī)速度控制程序 －步進(jìn)電機(jī)調(diào)速：改變輸出脈沖的頻率。 －延時(shí)或定時(shí)時(shí)間的計(jì)算： Ti為相鄰兩次走步的時(shí)間間隔， Vi為進(jìn)給一步后速度， a為加速度，有： ? 步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn) －四相八拍工作方式。 輸出脈沖頻率不變，脈沖寬度受輸入信號調(diào)制 －在電機(jī)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 （ 2）以高頻脈沖電流給繞組供電，由于繞組為感性負(fù)載，脈沖電流得以濾平，所以波系數(shù)小 ,電機(jī)發(fā)熱量小。 （ 4）系統(tǒng)抗負(fù)載擾動的性能好。 －微機(jī)產(chǎn)生 PWM波形的方法 程序延時(shí)：高電平延時(shí)＋低電平延時(shí)＝ PWM周期時(shí)間 定時(shí)器中斷： PWM周期 T定時(shí)中斷＋高電平 t定時(shí)中斷 ? 直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn) －采用 PWM調(diào)速方式。 － PWM波形的產(chǎn)生： 采用延時(shí)方式產(chǎn)生 PWM波形，脈寬固定，電機(jī)恒速。 X為 T周期參數(shù)，放在 20H單元。 T0為延時(shí)的時(shí)間基數(shù)，由定時(shí)器確定，參數(shù)置 22H， 2 3H單元中。 延時(shí) R0*T0時(shí)間后，輸出取反 R0在運(yùn)行前為 MOV A,20H ； 取 X, T周期時(shí)間。 運(yùn)行前為 X 若（ 21H)=Z, A=Y。 MOV 21H,A 。 低電平延時(shí)時(shí)間。 R01 RETI －實(shí)驗(yàn)編程： 用 8086和 8255， PA0口，編程控制直流電機(jī)，在第 1個(gè) 10秒慢速轉(zhuǎn)動，第 2個(gè) 10秒快速轉(zhuǎn)動，并不斷循環(huán)。忽略零階保持器和采樣器，求出系統(tǒng)的連續(xù)控制器，以近似方式離散化為數(shù)字控制器。直接使用采樣控制理論設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。條件是采樣周期足夠短。 實(shí)質(zhì)：在采用周期足夠短的情況下，把數(shù)字控制器（ A/D－采樣、計(jì)算機(jī)、 D/A－零階保持）看作一個(gè)整體，其輸入和輸出為模擬量，將其等效為連續(xù)傳遞函數(shù)。 ? 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)在被控對象的特性不太清楚的情況下，利用技術(shù)成熟的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，并把它移植到計(jì)算機(jī)上予以實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到滿意的控制效果。 ? 由于控制任務(wù)的需要，當(dāng)所選擇的采樣周期比較大或?qū)刂瀑|(zhì)量要求比較高時(shí)，必須從被控對象的特性出發(fā)，直接根據(jù)計(jì)算機(jī)控制理論（采樣控制理論）來設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，這類方法稱為離散化設(shè)計(jì)技術(shù)。 ? 數(shù)字控制理論基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)只能接受和處理二進(jìn)制代碼 0和 1及其組合，這些二進(jìn)制數(shù)可以表示某一物理量的大小，稱之為離散量或數(shù)字量。模擬量進(jìn)行離散化并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，才能由計(jì)算機(jī)處理。 模擬控制系統(tǒng)也稱為連續(xù)控制系統(tǒng)。 ?把計(jì)算機(jī)引入連續(xù)控制系統(tǒng)中作為控制器使用，便構(gòu)成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 ?脈沖傳遞函數(shù)的定義 ?在連續(xù)系統(tǒng)中傳遞函數(shù)的定義是：在初始靜止（ t=0時(shí)，輸入量和輸出量以及他們的各階導(dǎo)數(shù)均為零）的條件下，一個(gè)環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的輸出量拉氏變換和輸入量的拉氏變換之比定義為該環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的傳遞函數(shù)。 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟 ?5步 －設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器 D(s) －選擇采樣周期 T －將 D(s)離散化為 D(z) －設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法 － 校驗(yàn) ?第一步：設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器 D(s) 解決方案：自控原理中的連續(xù)系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)法、根軌跡法等。 頻率特性推導(dǎo)，使用歐拉公式。 對于小的采用周期，用冪級數(shù)展開： H(s)可用 T/2的時(shí)間滯后環(huán)節(jié)近似。 ?第三步：將 D(s)離散化為 D(z) ?將連續(xù)控制器 D(s)離散化為 數(shù)字控制器 D(z)的方法有很多，如雙線性變換法、后向差分法、前向差分法、沖擊響應(yīng)不變法、零極點(diǎn)匹配法、零階保持法等 。 方法 1: 雙線性變換法（ Tustin 塔斯廷近似 ） 推導(dǎo) 1：級數(shù)展開 z=esT, T很小。 方法 2: 前向差分法 推導(dǎo) 1：級數(shù)展開 z=esT, T很小。 微分控制器 用前向差分近似代替 令 n=k+1，并對兩邊作 Z變換有： 得出： －映射關(guān)系： 前向差分法置換公式 把 S=σ+jω 代入， 取模的平方有： 令 |z|=1，則對應(yīng)到 s平面上是一個(gè)圓，有： 即當(dāng) D(s)的極點(diǎn)位于左半平面以（ 1/T,0)為圓心，1/T為半徑的圓內(nèi)， D(z)才在單位圓內(nèi)，才穩(wěn)定。 方法 3: 后向差分法 推導(dǎo) 1：級數(shù)展開 z=esT, T很小。 用向后差分近似代替 對兩邊作 Z變換有： 映射關(guān)系： 根據(jù)向后差分法置換公式 有 把 S=σ+jω 代入， 取模的平方有： 則： σ=0（ s平面虛軸）， σ0（ s左半平面）， σ0（ s右半平面）， 后向差分法將 s的左半平面映射到 z平面內(nèi)半徑為 1/2的圓，因此如果 D(s)穩(wěn)定，則 D(z)穩(wěn)定。 ?第五步：校驗(yàn) 通過計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算實(shí)現(xiàn)。 PID調(diào)節(jié)器 控制規(guī)律 拉氏變換求傳遞函數(shù) 其中： Kp為比例系數(shù)， Ti為積分時(shí)間常數(shù)， Td為微分時(shí)間常數(shù)。 PID調(diào)節(jié)器 －用數(shù)值逼近的方法實(shí)現(xiàn) PID控制規(guī)律。 （ 1)數(shù)字 PID位置型控制算法 可得： 位置型控制算法提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置 u(k)，比如閥門的開度，需要累計(jì) e(i) （ 2)數(shù)字 PID增量型控制算法 根據(jù)位置型控制算法寫出 u(k1)： u(k) u(k1)可得： 為編程方便，可以整理得到： 其中 增量型控制算法提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的增量△ u(k)，比如步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)。位置型算法用到過去的誤差的累加，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。位置型算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動作影響大。 ? 依此類似，在數(shù)字控制系統(tǒng)中，也是在初始靜止的條件下，一個(gè)環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的輸出脈沖序列的 Z變換與輸入脈沖序列的 Z變換之比，被定義為該環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的脈沖傳遞函數(shù)。 －改進(jìn)思路：當(dāng)被控量和給定值偏差大時(shí)，取消積分控制，以免超調(diào)量過大；當(dāng)被控量和給定值接近時(shí)，積分控制投入，消除靜差。 積分分離閾值 β的確定： β過大，達(dá)不到積分分離的目的； β過小，則一旦控制量 y(t)無法跳出各積分分離區(qū)，只進(jìn)行 PD控制，將會出現(xiàn)殘差。 －影響：如果系統(tǒng)程序反向偏差， 則 u(k)首先需要從飽和區(qū)退出，進(jìn)入的飽和區(qū)越深，退出時(shí)間越長，導(dǎo)致超調(diào)量增加。 以 8位 D/A為例， u(k)00H時(shí)，取 u(k)=0； u(k)FFH時(shí)，取 u(k)=FFH。 －改進(jìn)方法：矩形積分改為梯形積分。 －改進(jìn)措施： ①增加 A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)，加長運(yùn)算字長，提高運(yùn)算精度。 ?微分項(xiàng)的改進(jìn) （ 1）不完全微分 PID控制 －改進(jìn)原因：微分具有放大干擾信號的特點(diǎn)－在 PID控制中，對具有高頻擾動的生產(chǎn)過程，微分作用響應(yīng)過于靈敏，容易引起控制過程振蕩。 兩種方式：直接串在微分項(xiàng)；串在 PID調(diào)節(jié)器之后，如下圖。 －不完全微分 PID控制的效果： ①抑制高頻噪聲。 下圖，在 t=0時(shí)刻出現(xiàn)階躍信號，純微分 (a)在第一個(gè)周期出現(xiàn)大躍變信號，容易振蕩； (b)中的控制信號則較均勻、平緩。 －微分先行：把微分運(yùn)算放在前面，后面跟比例和積分運(yùn)算。 ?時(shí)間最優(yōu) PID控制 －最優(yōu)控制的含義：某個(gè)指標(biāo)最優(yōu)。 －時(shí)間最優(yōu) PID控制： BangBang控制和 PID控制 相結(jié)合。 采樣周期下限 Tmin的確定： Tmin為計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序和輸入輸出所耗費(fèi)的時(shí)間。 －被控對象的特性：被控對象是慢速對象，采樣周期取得大；被控對象是快速系統(tǒng)，采樣周期應(yīng)取得較小。 －控制回路數(shù)：采樣周期 T應(yīng)大于等于所有回路控制程序執(zhí)行時(shí)間和輸入輸出時(shí)間的總和。 （ 1）擴(kuò)充臨界比例度法 擴(kuò)充臨界比例度法－對模擬調(diào)節(jié)器中使用的臨界比例度法的擴(kuò)充和推廣 －整定數(shù)字控制器參數(shù)的步驟： ①選擇短的采樣頻率：一般選擇被控對象純滯后時(shí)間的十分之一。紀(jì)錄發(fā)生振蕩的臨界比例度和周期 δk及 Tk。 控制度的指標(biāo)含意：控制度 =， DDC與模擬控制效果相當(dāng)；控制度 =， DDC比模擬調(diào)節(jié)器的效果差。 （ 2）擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 擴(kuò)充臨界比例度法－對模擬調(diào)節(jié)器中使用的響應(yīng)曲線法的擴(kuò)充和推廣 －整定數(shù)字控制器參數(shù)的步驟： ①數(shù)字控制器不接入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)開環(huán)，并處于手動狀態(tài)。 ②紀(jì)錄被控量的過渡過程曲線。 －在過渡過程曲線上求滯后時(shí)間 τ 、被控對象的時(shí)間常數(shù) Tm：在曲線拐點(diǎn)處（斜率最大）處作一切線。 Tk為純比例作用下的臨界振蕩周期，則令 T= Tk； TI= Tk； TD= Tk有： 只需整定 kp，觀察效果，直到滿意為止。 ?優(yōu)選法： ①其他參數(shù)固定，對其中一參數(shù)用 割優(yōu)選法進(jìn)行尋優(yōu)。 ?湊試法： ①只整定比例部分，系數(shù)由小變大，得到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。 ② 取積分時(shí)間為教大值，減?、俚玫降谋壤齾?shù)，逐步減小積分時(shí)間，直到系統(tǒng)無靜差。先取微分時(shí)間為零，逐步增大微分時(shí)間，同時(shí)改變比例參數(shù)和積分時(shí)間，直到系統(tǒng)得到好的動態(tài)性能和效果。其控制規(guī)律和算法更具有一般意義。 定義廣義對象 (零階保持器與被控過程 )的脈沖傳遞函數(shù)為； 則上圖的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為： 于是有： 由此推得數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟。