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

　　操作系統(tǒng)，電機控制系統(tǒng)前言隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，原有的模擬式工業(yè)過程控制器逐步被數(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的工業(yè)過程控制系統(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)時間較長的過程控制中得到了廣泛應(yīng)用。而面對電機等小時間常數(shù)的對象，由于此類控制系統(tǒng)的控制周期較長，在實際應(yīng)用中往往采用了以或為核心的控制系統(tǒng)，通常，為了形象顯示被控對象的狀態(tài)，還可利用串行口將數(shù)據(jù)上傳至工控機加以顯示。此類系統(tǒng)既實現(xiàn)了對小時間常數(shù)對象的控制，又形象的反映出對象的狀態(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)生實驗、學(xué)者研究為目的的電機實驗系統(tǒng)所要求的。

　　在作者開發(fā)的系統(tǒng)中，受控對象為一臺的實驗用直流電機，電磁時間常數(shù)約為時間常數(shù)約為MM0，通過改變整流晶閘管的移相觸發(fā)角來實現(xiàn)對電機的控制。控制策略采用速度、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)的成功開發(fā)，為實驗各種控制電機的復(fù)雜算法提供了實驗平臺，使算法能更好的應(yīng)用于生產(chǎn)實際之中。

　　在開發(fā)過程中出現(xiàn)了系統(tǒng)控制周期受外界進程影響而不定、速度設(shè)定輸入紋波較大以及電機對計算機強干擾等問題，而如何解決這些問題往往對于一個利用控制卡并以為操作平臺的工業(yè)過程控制系統(tǒng)的成敗有著重要的影響。

　　作者通過自己的開發(fā)實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)首先對直流電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速設(shè)定以及電流進行采樣，然后以轉(zhuǎn)速為反饋、轉(zhuǎn)速設(shè)定為給定值進行運算，其結(jié)果為電流環(huán)運算的給定值，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)的運算結(jié)果，以其來控制晶閘管的移相觸發(fā)角。

　　軟件則采用進行開發(fā)，主要包括算法中的參數(shù)設(shè)定、對卡的控制、根據(jù)采樣數(shù)據(jù)與控制算法計算輸出、以及對電機電流、轉(zhuǎn)速等參量的實時顯示等功能。

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

　　控制卡簡介依據(jù)參考文獻‘，采樣周期為受控對象時間常數(shù)的　），考慮到受控對象時間常數(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)換時間12.利用研華公司提供的驅(qū)動程序，模擬量輸入范圍可設(shè)為等。實驗卡允許最大持續(xù)過電壓：為位的或等同產(chǎn)品，模擬輸出的范圍是到與到9）4，輸出建立時間為）！ 2.若不考慮的計算時間，則利用該卡所能達到的最短控制周期為平臺的影響及其他因素，實際中大約為當(dāng)基于系統(tǒng)進行開發(fā)時，首先要安裝驅(qū)動程序，這樣在隨后進行的編程中只需將文件的導(dǎo)出庫加入工程后就可以利用標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)對進行操作了。

　　開發(fā)中遇到的幾個問題與解決方法在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，作者遇到了諸如系統(tǒng)控制周期受外界線程影響而不定，電機電流、轉(zhuǎn)速信號存在強的共模干擾以及速度設(shè)定紋波較大等問題，經(jīng)過努力提出了相應(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)庫以及網(wǎng)絡(luò)等較慢速的應(yīng)用提供了良好的平臺。但由于工業(yè)過程控制一般要求嚴格的等時間間隔進行，而的多線程機制是在所有線程間分配時間，以達到多任務(wù)的效果，這樣如果工業(yè)控制線程以外運行有其他線程，則控制線程的控制周期難免會受到影響。這一點對于受控對象時間常數(shù)較小的控制系統(tǒng)尤為明顯。

　　依據(jù)參考文獻存在有定時中斷工作方式，也就是利用板卡上固有的對晶振的輸出信號進行記數(shù)，當(dāng)?shù)竭_預(yù)先設(shè)定值時產(chǎn)生中斷信號并觸發(fā)進行采樣，而檢測到中斷后可讀入的采樣數(shù)值，計算輸出，從而完成一個控制循環(huán)。由于采用硬件定時觸發(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)動程序提供的函數(shù)。

　　圖硬件定時采樣流程電機輸入信號與計算機之間的隔離由于電機在啟動停機等暫態(tài)過程中將產(chǎn)生沖擊電流與過電壓，如果控制卡與電機共地，則會對速度、電流等輸入信號產(chǎn)生巨大的共模干擾，不利于測控；同時，超過控制卡允許的過電壓也將對控制卡造成嚴重的損害。因此，應(yīng)考慮控制卡與電機進行隔離。直流電機的電流、轉(zhuǎn)速等信號為直流量，不能采用變壓器隔離。此時，利用高精度的線性光耦相比基于變換的隔離方法則價格要低的多。

　　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，能較好的滿足本系統(tǒng)的要求。

　　可用來補償由于器件的離散性造成的傳輸增益誤差，使得等于通過非線性濾波去除速度設(shè)定信號的紋波速度設(shè)定信號的穩(wěn)定性對于電機的串級調(diào)速有基于平臺的電機實驗控制系統(tǒng)著重要的意義，若其含有紋波，則系統(tǒng)難免會產(chǎn)生振蕩。為了獲得穩(wěn)定的設(shè)定信號，利用電位器對直流電源分壓來得到設(shè)定信號，但由于受電機回路的干擾，存在有，次及更高次諧波，如不做處理直接使用，轉(zhuǎn)速信號存在有同次諧波。如果采用普通的線性相位濾波器，由于時延較長，對系統(tǒng)的階躍響應(yīng)等會帶來較大的負面影響。

　　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足兩方面的要求。為了進行濾波，首先生成一個點隊列，當(dāng)完成第次采樣后，將第次采樣值與隊列中第次采樣值的平均值與第次采樣值的平均值作比較，如果滿足可認為設(shè)定信號處于穩(wěn)態(tài)，則將第次采樣值移入隊列，同時以作為濾波結(jié)果；如果不滿足上式，則設(shè)定信號出現(xiàn)了突變，將隊列中的數(shù)據(jù)全部置為為濾波結(jié)果輸出。

　　一般，以確保信號穩(wěn)態(tài)時的濾波特性；取（ ），既提高信號的平滑程度，又避免了大的濾波時延；可根據(jù)需要而設(shè)。利用以上的濾波方法，既可以在信號突變時較迅速的反映出信號的變化，又可以在信號穩(wěn)態(tài)時對信號進行平滑處理。

　　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；為微分與積分時間參數(shù)。

　　圖兩環(huán)都為標(biāo)準(zhǔn)。/0的啟動曲線其中：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，基于平臺的電機過程控制系統(tǒng)與以為核心的控制系統(tǒng)相比，可實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，靈活的進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)。