CN103309278B - 一种提高定周期数字控制系统采样抗干扰能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高定周期数字控制系统采样抗干扰能力的方法。对于一个数字控制系统，其控制子程序为定时器A产生的固定周期T不断重复运行的子程序，在控制程序入口处，首先运行随机数发生子函数，产生一个代表时间Ti的随机数，即延时一段Ti时间后启动数据采样子程序，进行数字量或模拟量的数据采样。这样系统整个控制周期T保持不变，在每个周期T内均能够运行一次采样子程序，不会影响原有的固定周期的控制算法。同时由于随机时间Ti的引入，使得每两次采样的时间间隔并不是固定的，这样可以避免一些固定频率的干扰，提高系统的抗干扰性。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字控制系统的采样方法，属于数字控制系统领域。
背景技术
对于任何控制系统来说，系统的特性均表现在其输入输出的变化，要获得理想的控制效果，必须正确采样系统的输入和输出，了解系统的运行状况，然后通过合适的控制手段，使系统在某些指标函数下控制效果达到最优或实现预期的控制效果。因此数字控制系统采集的输入输出数据能否真实地反映系统，是其控制性能好坏的关键。
现代数字控制理论大多都是基于一定的准则采用固定的采样周期来实现的。然而在实际的系统中，环境和干扰对系统的影响是不可避免的，且某些干扰可能在某一频段表现得特别大，当这个频率正好与控制系统选择的固定采样周期的频率一致时，这种干扰就会严重影响数字控制系统控制的准确性。例如对于一个电机驱动控制系统，其电流环的中断周期为100us，采样频率为10kHz，以同样10kHz频率的快速脉冲群抗扰度EMC试验过程中，就对系统产生严重的干扰，甚至导致电机飞车、过电压、过电流等异常现象发生。究其原因在于干扰的频率与采样频率一致，且这种干扰具有方向性，并不是随机干扰，无法通过数字滤波等软件算法的方式加以解决。
一种方法是运用周期可变的控制策略对数字系统进行控制，也就是说将采样周期作为控制系统的一个被调参数进行控制。然而常规数字控制理论如差分方程、Ｚ变换等数学工具难以使用该种方法，且此方法因为将采样周期作为一个变量，增加了系统的复杂性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在不改变数字控制系统定周期算法的基础上，提供一种具有更高抗扰度的采样方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案，一种提高定周期数字控制系统采样抗干扰能力的方法，其具体步骤如下：
（1）在一个数字控制系统中，系统的控制子程序周期固定为T；
（2）系统设置随机数发生子程序，随机数发生子程序的运行时间为Tr，产生代表时间的随机数Ti，其中i=1、2、3…N，i表示中断的次数，N的取值为自然数；经过延时Ti后，系统进入数据采样子程序；系统运行随机数发生子程序后继续运行控制子程序的控制逻辑或控制算法；
（3）在数据采样子程序中，系统进行数字输入采样或模拟量A/D采样的处理，数据采样子程序的运行时间为Tc；
其中，代表时间的随机数Ti、随机数发生子程序的运行时间Tr、数据采样子程序的运行时间为Tc，三者的合计时间应小于固定周期T。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，不会影响控制系统原有的固定周期的控制算法，同时由于随机时间Ti的引入，使得每两次采样的时间间隔并不是固定的，可以避免一些固定频率的干扰，提高系统的抗干扰性。
附图说明
图1是本发明的程序流程图。
图2是本发明的采样系统时序图。
具体实施方式
如图1所示，一个数字控制系统，其控制子程序为定时器A产生的固定周期T不断重复运行的子程序，当定时器A的定时中断时间T到达时，进入中断处理程序，程序首先运行随机数发生子函数，产生一个随机数，这个随机数代表时间Ti（Ti包括T1，T2，T3，……一系列随机时间），然后启动一个定时器B，其定时时间即为上述随机数产生的时间Ti，随后控制子程序继续运行其控制逻辑或控制算法，完成后返回主程序继续等待定时器A中断；同时在控制子程序启动定时器B后，一旦定时器B的定时中断时间Ti到达时，设置采样子程序的中断优先级高于控制子程序的中断优先级，可立即进入数据采样子程序，该子程序可进行数字输入的采样，也可进行模拟量A/D采样的处理，采样完成后返回原程序中断处继续运行。
图2是本发明一实施例的采样系统时序图，从时序图中可以看出，采样子程序是由定时器B中断实现的，而定时器B的时间为一随机数时间Ti，因此采样子程序可在控制子程序的控制逻辑或控制算法过程中插入，也可能在其等待下次中断的过程中插入。为保证每次控制子程序运行周期T内，均有一次采样子程序的运行，因此随机时间Ti加上采样子程序的运行时间Tc再加上随机数发生子程序的运行时间应小于控制子程序的运行周期T，即应满足下式：
T > Tr + Ti + Tc
这样系统整个控制周期T保持不变，在每个周期T内均能够运行一次采样子程序，不会影响原有的固定周期的控制算法。同时由于随机时间Ti的引入，使得每两次采样的时间间隔并不是固定的，图中T1’不等于T2’，这样可以避免一些固定频率的干扰，提高系统的抗干扰性。
以上通过实施例对本发明进行了详细的说明，但是这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下本领域的技术人员还可做出若干等效技术手段替换的变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1. 一种提高定周期数字控制系统采样抗干扰能力的方法，其具体步骤如下：
步骤1. 在一个数字控制系统中，设定系统的控制子程序周期固定为T ；
步骤2. 系统设置随机数发生子程序，随机数发生子程序的运行时间为Tr，产生代表时间的随机数Ti，其中i=1、2、3…N，i 表示中断的次序，N 的取值为正整数；系统运行随机数发生子程序后继续运行控制子程序的控制逻辑或控制算法；经过时间Tr+Ti，系统插入数据采样子程序；
步骤3. 在数据采样子程序中，系统进行数字输入采样或模拟量A/D 采样的处理，数据采样子程序的运行时间为Tc ；
其中，代表时间的随机数Ti、随机数发生子程序的运行时间Tr、数据采样子程序的运行时间为Tc，三者的合计时间应小于固定周期T。
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