数字伺服系统的设计

数字伺服系统的设计这里讨论的主要以计算机为控制器的伺服系统1.可以充分利用计算机强大的数值计算、逻辑判断等信息处理能力；2.能够实现更复杂、更全面的控制策略，为现代控制理论的应用提供有利工具；3.控制性能更优异、控制方案更灵活，便于修改；1.数字伺服系统组成数字伺服系统主要由硬件和软件部分构成。硬件结构上主要包括：CPU控制器、常规外围设备、输入输出通道(A/D、D/A、DI、DO、继电器触点等)、功率放大装置、检测装置、执行机构、操作平台、负载。软件包括：操作系统、应用程序(监控程序、控制程序、公共应用程序)、数据库2.数字控制系统控制过程实时数据采集实时控制决策实时控制输出数字控制系统突出“实时”性---即计算机在时间允许的范围内完成信息的输入、处理和输出3.一般步骤(1).总体方案设计：主要功能、技术指标、控制策略、系统硬件结构、软件功能、抗干扰性、经费使用及进度安排等。(2).硬件的设计和实现：包括信息采集、输出通道模板、控制器、总线结构、检测装置、功率放大装置等(3).系统软件设计实现：数据类型、数据结构、资源分配、实时控制软件(4).系统调试：离线仿真调试、在线调试、允许、运行4.硬件设计实现(1).总线a.局部总线：芯片或元件级总线(数据总线、控制总线、地址总线)b.系统总线：板级总线(ISA总线、EISA总线、PCI总线、STD总线、PC104总线)c.外总线：通信总线(不同微机与智能仪器仪表之间的信息传递)RS-232C、RS-422、RS-485、USB总线、IEEE1394总线、CAN总线等。(2)主机类型(a).注意事项：量化误差、计算机字长、A/D、D/A、信号动态范围、采样周期等(b)主机微型计算机：有丰富的软件系统，但成本较高、对系统使用环境要求较高；工控机(IPC)：用于工程测量、控制和数据采集。(成本较高)单片机：8位、16位、32位；单片机系统中主要包括CPU、EPROM、RAM、I/O接口单回路数字调节器(SSC)：主要用于智能仪表；主要包括MPU、I/O单元、面板单元、编程单元、通信单元PLC：功能齐全：控制(逻辑、定时、计数、顺序控制)、输入输出接口、数字存储与处理(辅助继电器、状态继电器、延时继电器、锁存继电器、主控继电器、定时/计数器等)、通讯、扩展功能(PID闭环回路等)；应用灵活(积木式硬件结构)；操作维修方便DSP：特别是用于数字信号处理运算，可实时快速实现各种数字信号处理算法；(IT、AD)(TMS320系列)(3).A/D转换器多路A/D转换器结构信号处理---模拟开关----放大器---采样保持—A/D---接口---CPU总线(信号传输)CPU控制线（绘制草图结构）检测信息输入通道(在检测装置的稳态设计中已经提过)D/A输出通道已AD567为例说明4.软件设计计算机控制中讨论(控制器的设计方法)(1).连续设计法(2).离散设计法控制算法的实现(D(z))(1).直接设计法(2).串行设计法(3).并行设计法三种方法的比较(a).直接法，需要传输的数据多、占用内存多、运算中量化噪声对输出影响较大，控制器输出对参数设计误差敏感。但计算延时很小字长较短、控制器阶次不宜采用该方法。(b).并行法、串行法的输出对参数设置误差不敏感，量化误差对输出影响较小；对阶次较高的数字控制器优先采用并行法设计(c).串行法计算效率最高，中间结果有时有用，如零、极点设计，该方法提供了很好的灵活性。5.需要注意的问题(1).检测信号的处理a.信号滤波(模拟滤波、数字滤波）平均值滤波:•算术平均值法【1次循环进行多次数据采集，然后平均】•滑动平均值法【1次循环测量1次数据，可满足快速控制的实时性】•防脉冲干扰平均值法【在上述两种方法中，先提出最大值和最小值，然后平均】程序判断滤波法，包括限幅滤波，限速滤波对随机脉冲干扰和采样器不稳定引起的失真具有良好的滤波效果；对限制阈值的确定比较困难，受到收入信号形式、采样周期等的影响，因此需要大量的观测和试验确定，(4).采样频率的选取a.TTd/10(Td为闭环系统主导极点时间常数)；b.T(0.25~0.1)t（t为延滞时间）c.TTs/10(Ts为稳态调节时间)惯性滤波：模拟低通滤波器，适用于输入信号频繁波动场合，即存在高频噪声。该方法设计的滤波器无明显波纹、反应又不太迟缓])Kalman滤波(属于最小方差滤波)小波滤波，可有效去除叠加性高斯白噪声。(2).分段线性化：解决非线性特性的线性化。(3).线性标度变换：将测量的数值转换成有量纲的数值。