基于Windows 98平台的电机实验控制系统

2017-04-13 14:48:08 大云网　点击量：评论 (0)

核心提示：　　操作系统，电机控制系统前言随着计算机技术的发展，原有的模拟式工业过程控制器逐步被数字式的控制器所取代。在各种数字控制　　操作系统，电机控制系统前言随着计算机技术的发展，原有的模拟式工

核心提示：　　操作系统，电机控制系统前言随着计算机技术的发展，原有的模拟式工业过程控制器逐步被数字式的控制器所取代。在各种数字控制

　　操作系统，电机控制系统前言随着计算机技术的发展，原有的模拟式工业过程控制器逐步被数字式的控制器所取代。在各种数字控制系统中，利用控制卡并以为操作平台的工业过程控制系统由于具备友好的操作界面、完善的多媒体功能，在化学反应、加热处理等系统响应时间较长的过程控制中得到了广泛应用。而面对电机等小时间常数的对象，由于此类控制系统的控制周期较长，在实际应用中往往采用了以或为核心的控制系统，通常，为了形象显示被控对象的状态，还可利用串行口将数据上传至工控机加以显示。此类系统既实现了对小时间常数对象的控制，又形象的反映出对象的状态。但由于控制核心为HI G FJ，导致了在控制中较难实现复杂的如神经网络、模糊控制等控制算法，以及多种算法之间的切换与比较，而这正是以学生实验、学者研究为目的的电机实验系统所要求的。

　　在作者开发的系统中，受控对象为一台的实验用直流电机，电磁时间常数约为时间常数约为MM0，通过改变整流晶闸管的移相触发角来实现对电机的控制。控制策略采用速度、电流双闭环调节。该系统的成功开发，为实验各种控制电机的复杂算法提供了实验平台，使算法能更好的应用于生产实际之中。

　　在开发过程中出现了系统控制周期受外界进程影响而不定、速度设定输入纹波较大以及电机对计算机强干扰等问题，而如何解决这些问题往往对于一个利用控制卡并以为操作平台的工业过程控制系统的成败有着重要的影响。

　　作者通过自己的开发实践提出了一些行之有效的方法以供参考。

　　系统概述控制系统首先对直流电机的转速、转速设定以及电流进行采样，然后以转速为反馈、转速设定为给定值进行运算，其结果为电流环运算的给定值，而电流环的反馈则是电流的采样值。系统的输出为电流环的运算结果，以其来控制晶闸管的移相触发角。

　　软件则采用进行开发，主要包括算法中的参数设定、对卡的控制、根据采样数据与控制算法计算输出、以及对电机电流、转速等参量的实时显示等功能。

　　系统的硬件主要是电机的晶闸管驱动电路，电流与转速的取样、调理电路，控制卡，以及电机与计算机之间的光电耦合电路等。为了有效的进行电隔离，电流利用从交流侧晶闸管整流以前基于‘（），平台的电机实验控制系统基于平台的电机实验控制系统《工业控制计算机》年卷第期取样后整流得到。转速则采用转速发电机获得。两路信号与转速设定通过光电隔离后接至控制卡的输入端。

　　控制卡简介依据参考文献‘，采样周期为受控对象时间常数的　），考虑到受控对象时间常数，我们选择了研华公司的型采样控制卡。该卡共有路模拟输入路模拟输出。

　　为或等同产品，位逐次比较型，转换时间12.利用研华公司提供的驱动程序，模拟量输入范围可设为等。实验卡允许最大持续过电压：为位的或等同产品，模拟输出的范围是到与到9）4，输出建立时间为）！ 2.若不考虑的计算时间，则利用该卡所能达到的最短控制周期为平台的影响及其他因素，实际中大约为当基于系统进行开发时，首先要安装驱动程序，这样在随后进行的编程中只需将文件的导出库加入工程后就可以利用标准函数对进行操作了。

　　开发中遇到的几个问题与解决方法在系统的开发过程中，作者遇到了诸如系统控制周期受外界线程影响而不定，电机电流、转速信号存在强的共模干扰以及速度设定纹波较大等问题，经过努力提出了相应的解决方法。

　　确定系统控制周期系统为抢先式、多线程的操作系统，这为多媒体、数据库以及网络等较慢速的应用提供了良好的平台。但由于工业过程控制一般要求严格的等时间间隔进行，而的多线程机制是在所有线程间分配时间，以达到多任务的效果，这样如果工业控制线程以外运行有其他线程，则控制线程的控制周期难免会受到影响。这一点对于受控对象时间常数较小的控制系统尤为明显。

　　依据参考文献存在有定时中断工作方式，也就是利用板卡上固有的对晶振的输出信号进行记数，当到达预先设定值时产生中断信号并触发进行采样，而检测到中断后可读入的采样数值，计算输出，从而完成一个控制循环。由于采用硬件定时触发采样，系统控制周期的精确度大大提高。

　　为配置中断所要求的有关参数，等为驱动程序提供的函数。

　　图硬件定时采样流程电机输入信号与计算机之间的隔离由于电机在启动停机等暂态过程中将产生冲击电流与过电压，如果控制卡与电机共地，则会对速度、电流等输入信号产生巨大的共模干扰，不利于测控；同时，超过控制卡允许的过电压也将对控制卡造成严重的损害。因此，应考虑控制卡与电机进行隔离。直流电机的电流、转速等信号为直流量，不能采用变压器隔离。此时，利用高精度的线性光耦相比基于变换的隔离方法则价格要低的多。

　　为公司出品的高精度线性光耦，采用封装，频率响应范围稳定性的峰值隔离电压，能较好的满足本系统的要求。

　　可用来补偿由于器件的离散性造成的传输增益误差，使得等于通过非线性滤波去除速度设定信号的纹波速度设定信号的稳定性对于电机的串级调速有基于平台的电机实验控制系统着重要的意义，若其含有纹波，则系统难免会产生振荡。为了获得稳定的设定信号，利用电位器对直流电源分压来得到设定信号，但由于受电机回路的干扰，存在有，次及更高次谐波，如不做处理直接使用，转速信号存在有同次谐波。如果采用普通的线性相位滤波器，由于时延较长，对系统的阶跃响应等会带来较大的负面影响。

　　图隔离电路接线图采用变结构的非线性滤波则可较好满足两方面的要求。为了进行滤波，首先生成一个点队列，当完成第次采样后，将第次采样值与队列中第次采样值的平均值与第次采样值的平均值作比较，如果满足可认为设定信号处于稳态，则将第次采样值移入队列，同时以作为滤波结果；如果不满足上式，则设定信号出现了突变，将队列中的数据全部置为为滤波结果输出。

　　一般，以确保信号稳态时的滤波特性；取（），既提高信号的平滑程度，又避免了大的滤波时延；可根据需要而设。利用以上的滤波方法，既可以在信号突变时较迅速的反映出信号的变化，又可以在信号稳态时对信号进行平滑处理。

　　控制结果与讨论定，图中电流环、转速环都为标准。/0控制算法的结果。图中电流环为标准。/0、转速环为积分饱和。/0的控制结果。两图中的电流曲线由于硬件限流的原因最大值在左右。其中：：速度设定曲线；：速度曲线；：电流曲线；为微分与积分时间参数。

　　图两环都为标准。/0的启动曲线其中：电流环参数：转速环参数：图转速环为饱和。/0的启动曲线其中：电流环参数：转速环参数：转速环积分饱和值：综上所述，基于平台的电机过程控制系统与以为核心的控制系统相比，可实现复杂的控制算法，灵活的进行多种控制策略之间的比较。如果配备有更好的控制卡，则有可能完成更高速要求的控制任务。