核心提示：　　操作系統(tǒng)，電機(jī)控制系統(tǒng)前言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，原有的模擬式工業(yè)過(guò)程控制器逐步被數(shù)字式的控制器所取代。在各種數(shù)字控制

　　操作系統(tǒng)，電機(jī)控制系統(tǒng)前言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，原有的模擬式工業(yè)過(guò)程控制器逐步被數(shù)字式的控制器所取代。在各種數(shù)字控制系統(tǒng)中，利用控制卡并以為操作平臺(tái)的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)由于具備友好的操作界面、完善的多媒體功能，在化學(xué)反應(yīng)、加熱處理等系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的過(guò)程控制中得到了廣泛應(yīng)用。而面對(duì)電機(jī)等小時(shí)間常數(shù)的對(duì)象，由于此類(lèi)控制系統(tǒng)的控制周期較長(zhǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中往往采用了以或?yàn)楹诵牡目刂葡到y(tǒng)，通常，為了形象顯示被控對(duì)象的狀態(tài)，還可利用串行口將數(shù)據(jù)上傳至工控機(jī)加以顯示。此類(lèi)系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了對(duì)小時(shí)間常數(shù)對(duì)象的控制，又形象的反映出對(duì)象的狀態(tài)。但由于控制核心為HI G FJ，導(dǎo)致了在控制中較難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等控制算法，以及多種算法之間的切換與比較，而這正是以學(xué)生實(shí)驗(yàn)、學(xué)者研究為目的的電機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所要求的。

　　在作者開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)中，受控對(duì)象為一臺(tái)的實(shí)驗(yàn)用直流電機(jī)，電磁時(shí)間常數(shù)約為時(shí)間常數(shù)約為MM0，通過(guò)改變整流晶閘管的移相觸發(fā)角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。控制策略采用速度、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)的成功開(kāi)發(fā)，為實(shí)驗(yàn)各種控制電機(jī)的復(fù)雜算法提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使算法能更好的應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際之中。

　　在開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)了系統(tǒng)控制周期受外界進(jìn)程影響而不定、速度設(shè)定輸入紋波較大以及電機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)強(qiáng)干擾等問(wèn)題，而如何解決這些問(wèn)題往往對(duì)于一個(gè)利用控制卡并以為操作平臺(tái)的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的成敗有著重要的影響。

　　作者通過(guò)自己的開(kāi)發(fā)實(shí)踐提出了一些行之有效的方法以供參考。

　　系統(tǒng)概述控制系統(tǒng)首先對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速設(shè)定以及電流進(jìn)行采樣，然后以轉(zhuǎn)速為反饋、轉(zhuǎn)速設(shè)定為給定值進(jìn)行運(yùn)算，其結(jié)果為電流環(huán)運(yùn)算的給定值，而電流環(huán)的反饋則是電流的采樣值。系統(tǒng)的輸出為電流環(huán)的運(yùn)算結(jié)果，以其來(lái)控制晶閘管的移相觸發(fā)角。

　　軟件則采用進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要包括算法中的參數(shù)設(shè)定、對(duì)卡的控制、根據(jù)采樣數(shù)據(jù)與控制算法計(jì)算輸出、以及對(duì)電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速等參量的實(shí)時(shí)顯示等功能。

　　系統(tǒng)的硬件主要是電機(jī)的晶閘管驅(qū)動(dòng)電路，電流與轉(zhuǎn)速的取樣、調(diào)理電路，控制卡，以及電機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的光電耦合電路等。為了有效的進(jìn)行電隔離，電流利用從交流側(cè)晶閘管整流以前基于‘（）， 平臺(tái)的電機(jī)實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)基于平臺(tái)的電機(jī)實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)《工業(yè)控制計(jì)算機(jī)》年卷第期取樣后整流得到。轉(zhuǎn)速則采用轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)獲得。兩路信號(hào)與轉(zhuǎn)速設(shè)定通過(guò)光電隔離后接至控制卡的輸入端。

　　控制卡簡(jiǎn)介依據(jù)參考文獻(xiàn)‘，采樣周期為受控對(duì)象時(shí)間常數(shù)的　），考慮到受控對(duì)象時(shí)間常數(shù)，我們選擇了研華公司的型采樣控制卡。該卡共有路模擬輸入路模擬輸出。

　　為或等同產(chǎn)品，位逐次比較型，轉(zhuǎn)換時(shí)間12.利用研華公司提供的驅(qū)動(dòng)程序，模擬量輸入范圍可設(shè)為等。實(shí)驗(yàn)卡允許最大持續(xù)過(guò)電壓：為位的或等同產(chǎn)品，模擬輸出的范圍是到與到9）4，輸出建立時(shí)間為）！ 2.若不考慮的計(jì)算時(shí)間，則利用該卡所能達(dá)到的最短控制周期為平臺(tái)的影響及其他因素，實(shí)際中大約為當(dāng)基于系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，首先要安裝驅(qū)動(dòng)程序，這樣在隨后進(jìn)行的編程中只需將文件的導(dǎo)出庫(kù)加入工程后就可以利用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)對(duì)進(jìn)行操作了。

　　開(kāi)發(fā)中遇到的幾個(gè)問(wèn)題與解決方法在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，作者遇到了諸如系統(tǒng)控制周期受外界線程影響而不定，電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速信號(hào)存在強(qiáng)的共模干擾以及速度設(shè)定紋波較大等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)努力提出了相應(yīng)的解決方法。

　　確定系統(tǒng)控制周期系統(tǒng)為搶先式、多線程的操作系統(tǒng)，這為多媒體、數(shù)據(jù)庫(kù)以及網(wǎng)絡(luò)等較慢速的應(yīng)用提供了良好的平臺(tái)。但由于工業(yè)過(guò)程控制一般要求嚴(yán)格的等時(shí)間間隔進(jìn)行，而的多線程機(jī)制是在所有線程間分配時(shí)間，以達(dá)到多任務(wù)的效果，這樣如果工業(yè)控制線程以外運(yùn)行有其他線程，則控制線程的控制周期難免會(huì)受到影響。這一點(diǎn)對(duì)于受控對(duì)象時(shí)間常數(shù)較小的控制系統(tǒng)尤為明顯。

　　依據(jù)參考文獻(xiàn)存在有定時(shí)中斷工作方式，也就是利用板卡上固有的對(duì)晶振的輸出信號(hào)進(jìn)行記數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)先設(shè)定值時(shí)產(chǎn)生中斷信號(hào)并觸發(fā)進(jìn)行采樣，而檢測(cè)到中斷后可讀入的采樣數(shù)值，計(jì)算輸出，從而完成一個(gè)控制循環(huán)。由于采用硬件定時(shí)觸發(fā)采樣，系統(tǒng)控制周期的精確度大大提高。

　　為配置中斷所要求的有關(guān)參數(shù)，等為驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù)。

　　圖硬件定時(shí)采樣流程電機(jī)輸入信號(hào)與計(jì)算機(jī)之間的隔離由于電機(jī)在啟動(dòng)停機(jī)等暫態(tài)過(guò)程中將產(chǎn)生沖擊電流與過(guò)電壓，如果控制卡與電機(jī)共地，則會(huì)對(duì)速度、電流等輸入信號(hào)產(chǎn)生巨大的共模干擾，不利于測(cè)控；同時(shí)，超過(guò)控制卡允許的過(guò)電壓也將對(duì)控制卡造成嚴(yán)重的損害。因此，應(yīng)考慮控制卡與電機(jī)進(jìn)行隔離。直流電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速等信號(hào)為直流量，不能采用變壓器隔離。此時(shí)，利用高精度的線性光耦相比基于變換的隔離方法則價(jià)格要低的多。

　　為公司出品的高精度線性光耦，采用封裝，頻率響應(yīng)范圍穩(wěn)定性的峰值隔離電壓，能較好的滿(mǎn)足本系統(tǒng)的要求。

　　可用來(lái)補(bǔ)償由于器件的離散性造成的傳輸增益誤差，使得等于通過(guò)非線性濾波去除速度設(shè)定信號(hào)的紋波速度設(shè)定信號(hào)的穩(wěn)定性對(duì)于電機(jī)的串級(jí)調(diào)速有基于平臺(tái)的電機(jī)實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)著重要的意義，若其含有紋波，則系統(tǒng)難免會(huì)產(chǎn)生振蕩。為了獲得穩(wěn)定的設(shè)定信號(hào)，利用電位器對(duì)直流電源分壓來(lái)得到設(shè)定信號(hào)，但由于受電機(jī)回路的干擾，存在有，次及更高次諧波，如不做處理直接使用，轉(zhuǎn)速信號(hào)存在有同次諧波。如果采用普通的線性相位濾波器，由于時(shí)延較長(zhǎng)，對(duì)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)等會(huì)帶來(lái)較大的負(fù)面影響。

　　圖隔離電路接線圖采用變結(jié)構(gòu)的非線性濾波則可較好滿(mǎn)足兩方面的要求。為了進(jìn)行濾波，首先生成一個(gè)點(diǎn)隊(duì)列，當(dāng)完成第次采樣后，將第次采樣值與隊(duì)列中第次采樣值的平均值與第次采樣值的平均值作比較，如果滿(mǎn)足可認(rèn)為設(shè)定信號(hào)處于穩(wěn)態(tài)，則將第次采樣值移入隊(duì)列，同時(shí)以作為濾波結(jié)果；如果不滿(mǎn)足上式，則設(shè)定信號(hào)出現(xiàn)了突變，將隊(duì)列中的數(shù)據(jù)全部置為為濾波結(jié)果輸出。

　　一般，以確保信號(hào)穩(wěn)態(tài)時(shí)的濾波特性；取（ ），既提高信號(hào)的平滑程度，又避免了大的濾波時(shí)延；可根據(jù)需要而設(shè)。利用以上的濾波方法，既可以在信號(hào)突變時(shí)較迅速的反映出信號(hào)的變化，又可以在信號(hào)穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑處理。

　　控制結(jié)果與討論定，圖中電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)都為標(biāo)準(zhǔn)。/0控制算法的結(jié)果。圖中電流環(huán)為標(biāo)準(zhǔn)。/0、轉(zhuǎn)速環(huán)為積分飽和。/0的控制結(jié)果。兩圖中的電流曲線由于硬件限流的原因最大值在左右。其中：：速度設(shè)定曲線；：速度曲線；：電流曲線；為微分與積分時(shí)間參數(shù)。

　　圖兩環(huán)都為標(biāo)準(zhǔn)。/0的啟動(dòng)曲線其中：電流環(huán)參數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)：圖轉(zhuǎn)速環(huán)為飽和。/0的啟動(dòng)曲線其中：電流環(huán)參數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)積分飽和值：綜上所述，基于平臺(tái)的電機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)與以為核心的控制系統(tǒng)相比，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，靈活的進(jìn)行多種控制策略之間的比較。如果配備有更好的控制卡，則有可能完成更高速要求的控制任務(wù)。