Kc1?es??sGj(s) Kone?(?p??)s 1Js?D Koffe?(? p??)sK? G?(s)

图5-3

为了使SRD系统稳定运行，该系统闭环传递函数的根轨迹的形状，与由PI调节器参数所决定的零点位置有关。因此，当系统参数随运行条件不同而变化时，只要控制PI调节器使零点也发生变化，即可使系统的动态指标始终满足一定的要求，这也就是SRD变参数PI调节器的理论基础。 2、PI调节器的设计

在模拟系统中，PI算法的表达式为；

P（t）=Kp[e(t)+∫e(t)dt/T1] （5-1） 式中P（t）——调节器的输出信号（转矩）；

e(t)——调节器输入信号与反馈信号之差（给定转速与实际转速偏差），即偏差信号；

Kp——调节器的比例系数； T1——调节器的积分时间系数。

由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值来计算控制量，即用数字调节器来代替模拟调节器，对上式进行离散处理，则可得到PI表达式：

P（k）=Kp[E(k)+

TTIk?E(j)] （5-2）

j?0将上式进行数学处理，可得： P（k）=KpE(k)+KI ?E(j)

j?0k（5-3）

式中KI=KPT/T1——积分系数

T——采样周期，必须使T足够小于才能保证系统有一定的精度； E（k）——第K次采样时的偏差值；

P（K）—— 第K次采样时的输出；

K——采样序号，K=0，1，2，??。

上式称为位置型PI算法。为程序设计方便，将上式作进一步改进，设 比例项输出：PP（k）=KPE（K） 积分项输出：PI（K）= KIE(K)+PI(K-1) 则上式可写成：

P（K）=PP（K）+PI（K） （5-4） 数字PI调节器在实际应用中还有许多需解决的问题： 1、饱和作用的抑制

在位置式PI算法中，饱和现象主要是积分项引起的，即为“饱和积分”。消除饱和积分的方法有遇限削弱积分法、有效偏差法及积分分离法等。本系统采用遇限削弱积分法，即一旦控制量进入饱和区，则停止进行增大积分的运算。 当P（K-1）≦Pmin 时

?PI(K)PI(K)=??PI(K?1)E(k)?0E(k)?0 （5-5）

当P（K-1）> Pmax时

?PI(k?1) PI（K）=??pI(k)E(k)?0E(k)?0 （5-6）

2、带死区的PI控制

实时控制时，由于测速误差或外界干扰引起偏差的微小振动，将引起数字调节器输出振荡，故采用带死区的PI控制，相应的算式为：

?P(k)P(K)=??XP(k)E(k)??E(k)?? （5-7）

X为死区增益，其数值可为0、0.25、0、1等；死区ε是一个可调的参数，其具体数值可根据实际控制对象由实验确定。 3、限位问题

为了防止过大的控制增益，减小给定值突变对控制系统的扰动，一方面通过限制给定值的突变，另一方面可给出控制变量一个上限限位Pmax。 4、Bang-Bang控制

Bang-Bang控制即时间最优控制，控制系统的控制量从一个状态运动到另一个状态所经历的时间最短。系统中，当转速上升时，偏差达到一定值，给定电磁转矩直接设为最大；而在转速下降时，偏差达到一定值，给定电磁转矩设定为零。但若给定转速上升率达到一定值，也可使调节器输出至极限，达到Bang-Bang控制效果。但会带来饱和问题。因此将良种控制结合使用，即

E(k)=???a??aBang?BangPI （5-8）

因此，将位置型PI控制算法和几种附加控制方法结合使用可得到系统数字调节器设计方案。其框图如图所示。由于系统控制周期是时变的，且随着转速升高而减少，因此必须设置多组PI参数。在不同的转速段，为保证系统的动态响应速度及减少超调，应给出适当的比例、积分和微分系数

。 N Y(扰动) T(k)=T(k-1) E(k)< N（PI算法） Y T(k)≧0? T(k-1)≦E(k)?a? Y Y（Bang-Bang调节） N N E(k)>0 E(k)<0? 开始 Y E(k)>a? Tp(k)=KpE(k) Tp(k)=KpE(k) N Y T（ k） 返回 T(k)=Tmax T(k)=Tp(k)+TI(kT(K)=Tp(k)+TI(k) TI(k)=TI(k-1)+E(k) 图5-4 5.3.3 SRD控制系统的硬件设计

本系统为采用8098单片机为核心的SR电动机控制器。 （一）8098单片机及外围电路设计

8098单片机是MC-96系列的新成员，它特别适用于SRD控制系统。其主要特别如下：

1）、内部具有16位字长的处理能力，外部则采用8位数据总线，很容易与8位机产品配套，易于应用和推广；

2）、有丰富而高效的指令系统，具有6种寻址方式，提高了编程及数据处理的灵活性； 3）、具有232位字节的大型片内寄存器陈列，每个字节寄存器的地位和功能相当于一般CPU的累加器，有效克服了数据吞吐中因为累加器少而产生的瓶颈效应；

4）、具有高速输入/输出器（HSI/HSO），可完成电动机转子位置状态的检测，并送出相应的SRD开关角；

5）、具有四通道10位A/D模数转换器，当主振为12MHZ时，转换速度为22us，可以方便地将转速模拟量转换成可供单片机处理的数字量；

6）、具有脉宽调制器PWM，即D/A数模转换功能，可实现电流指令值的模拟量输出； 7）、有两个16位硬件定时器/计数器、一个16位硬件定时器及四个软件定时器； 8）、有8个优先级可编程中断源的中断系统。

8098单片机集成度高、功能强、体积小、价格低，这便极大地方便了对开关磁阻电动机参数检测及运行控制。

本SRD控制系统以8098准16位单片机为核心，配以8279等外围接口芯片构成检测、给定、显示、保护等外围电路，再加上驱动电路、主电路及磁阻电动机，便构成完整的SRD系统。8098单片机及其外围接口电路的原理图如图所示。 ACH.7 RESET 电位 8098 程序存储器 倍频电路 键盘及显示 斩波电PWM 流水平 P信号 去IGBT驱动电路 HSO.0 四相开关倍频信号 去保护电路 HSI.0 逻辑汇总 Q信号 HSO.1 过电流判断 斩波电路 HSI.1 HSO.2 8098单片机及其外围接口电路原理图5-5

1、译码电路

8098单片机采用片内数据存储器，片外程序存储器与数据存储器统一编址的普林顿结构，没有程序存储空间与数据存储空间之分。8098单片机有片内RAM256个字节，片外存储器可扩展至64K字节。SR电动机控制简单，相应的用户程序也很简单，外部只接

复位