数字控制系统基础知识及微处理器应用

随着脉冲和数字信号技术的发展，在伺服控制系统中，出现了离散化的控制器。众所周知，连续信号经过采样和量化，变成时间上和幅值上都是断续的数字信号，则称为数字控制系统。目前，由于微处理器的迅速发展，利用微处理器作为控制器的数字控制系统在伺服控制中获得了广泛的应用。图5-1所示，是一个典型的具有微处理器的数字控制系统，下面根据此图来说明数字控制系统的特点。

图中，r（t）（模拟设定值）或r^∗（t）（数字设定值）为输入量，y（t）为输出量，e（t）为输出与输入间的差值，因为在数字控制器内参与运算的信号是二进制码，所以连续信号e（t）或者y（t）首先要定时采样后通过A-D转换器，把它变换成数字信号e^∗（t）送给微处理芯片；经过微处理芯片计算，给出的控制信号u^∗（t）也是数字量；然后再通过D-A转换器，使数字量恢复成连续的控制信号u（t），再去控制被控对象。

图5-1 带有微控制芯片的控制系统

由微处理芯片、接口电路和A-D、D-A转换器等组成的控制器，称为数字控制器。在分析数字控制器时，经常把定时采样、A-D和D-A转换器的工作过程理想化，即认为：定时采样和A-D转换相当于每隔一个采样周期T，瞬时接通一次的理想采样开关，它把连续信号变成数字信号；而D-A转换则近似一个保持器G_h（s），把数字信号变成连续信号。微处理芯片部分，它的控制作用可以用一个传递函数G^∗_c（s）表示，于是图5-1中的数字控制系统可以用图5-2的结构图来表示。(www.xing528.com)

由于在数字控制系统中存在着脉冲或者数字的离散信号以及信号的变换过程，因此，在研究这种系统时，不仅可以借鉴应用在连续系统中那些成熟的方法，而且仍然有它本身的特殊性，例如用z域代替s域。

图5-2 数字控制系统结构框图