数字控制系统也称作计算机控制系统，是自动控制理论和计算机技术相结合的产物，一般是指计算机（本书通常指微处理机）参与控制的开环或闭环系统，通常具有精度高、速度快、存储量大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控制效果。计算机技术的发展已使整个人类社会面貌发生了可观的变化，自然也应用到工业生产及各种电机控制系统中。而且，计算机所具有的信息处理能力，能够进一步把电机控制、过程控制和生产管理有机地结合起来，从而实现工厂、企业的全面自动化管理。

相对于传统的模拟控制系统而言，数字控制系统的优点是：

●精心设计的微机控制系统能显著地降低控制器硬件成本。根据目前微机的发展趋势来看，此优点变得越来越明显，对于复杂控制系统尤其如此。为用户专门设计的大规模集成电路（VLSI）加软件构成的控制芯片，或为大批量生产设计的专用集成电路（ASIC）均使系统硬件成本大大降低。体积小、重量轻、耗能少是它们附带的共同优点。

●改善系统可靠性。VLSI使线路连线减少到最少，其平均无故障时间（MT_- BF）大大长于分立元器件电路。经验表明，正确设计的微机控制系统的可靠性大大优于电机控制系统中的其他元器件。但要保证其工作在额定值以下，如温升不能超过允许值。

●数字电路不存在温漂问题，不存在参数变化的影响。内部计算是100%的准确，但一般受字长影响存在量化误差。采用适当定标，可以避免溢出，并保证计算精度。

●可以设计统一的硬件电路，以适合于不同的电机控制系统。软件设计具有很大的灵活性，可以有不同的版本，还可以加快产品的更新换代。

●可以完成复杂的功能，指令、反馈、校正、运算、判断、监控、报警、数据处理、故障诊断、状态估计、触发控制、PWM脉冲产生、坐标变换等。

数字控制系统的不足是：

●存在采样和量化误差。尽管计算机内部的数字量非常准确，但和外部打交道均通过数-模（D-A）、模-数（A-D）转换器。A-D、D-A转换器的位数和计算机的字长是一定的，增加位数和字长及提高采样频率可以减少这一误差，但不可以无限制地增加。

●响应速度往往慢于专用的硬件或模拟系统。计算机处理信号是以串行方式进行的，尽管微处理机的速度提高很快，但要完成很多任务仍需较长时间。此外，采样时间的延迟可能造成系统的不稳定。(www.daowen.com)

●软件人工成本较贵。微机数字控制系统的开发和调试是非常昂贵和费时的，因此国外往往靠大批量生产来降低成本。

●对软件实现的功能不容易使用仪器（如示波器、万用表）直接观测，也不容易像在模拟控制系统中那样方便地调节和改变参数（如放大倍数和限幅值等）。

由于交流电机控制系统的复杂性以及生产应用对其性能的要求越来越高，尽管模拟控制技术具有动态响应快、较容易调试和无量化误差的优点，但还是逐步让位于数模混合控制技术，以及全数字化控制技术。一般认为，交流电机控制系统既可以用专门的硬件电路，也可以用通用的微机来实现控制。采用微机控制时，首先对被控制对象参量进行检测采样，并通过A-D转换器将模拟量转换为数字量，再由微机按一定控制算法对这些数字量进行处理，其结果由D-A转换器输出给功率放大单元，或直接控制电力电子系统中的开关器件，使系统输出达到给定值。随着微机，尤其是单片微机（简称为单片机）技术的迅猛发展，现代交流电机控制系统中的多数控制和信号处理功能都可以借助于微机加以实现。例如，采用微机可方便地实现相控变流器的控制极（门极、栅极或基极）触发控制、逆变器的PWM脉冲信号产生、反馈信号的处理、各种计算和控制功能，以及系统的故障保护和诊断，并与上位机的通信等。

在交流电机控制系统中微机的应用可具体归纳如下：

●相控变流器的门极触发控制：在传统交流电机控制系统中，仍大量使用晶闸管变流装置。与一般模拟系统的同步信号产生的方式有所不同，在设计时充分利用了单片机的多个高速输入口（HSI）的功能。首先，将同步变压器输出的三相互差120°的正弦电压经滤波移相、限幅、过零比较、反相后，得到滞后30°的方波信号，然后将三相方波信号直接送入单片机的高速输入口，其上升和下降沿分别与三相交流输入的换相点对应。利用高速输入口灵活的触发方式记录下换相点发生的时刻及此时电源的状态，并发出中断申请，使CPU进入同步中断处理程序，以换相点时刻为起点发送触发信号，这样可以简化硬件，省略了一般模拟控制系统中的同步锁相环节和单稳脉冲发生器。

●逆变器的PWM脉冲信号的产生：目前已经提出并得到应用的PWM方案不下10种，尤其是微机应用于PWM技术数字化以后，花样更是不断翻新。从正弦PWM到空间电压矢量PWM，从最优PWM到预测PWM，再到随机PWM，目前均有全数字化的方案出现，其中以规则采样数字化正弦PWM和空间矢量PWM技术较为成熟，因此应用得也较为广泛。这一部分内容将在本书中有较为详尽的论述。

●反馈信号处理：反馈信号一般包括电压、电流、转速、位置，甚至还有转矩和磁通。对通常电力电子系统中的反馈电压、电流信号，一般经过检测、采样、A-D转换后输入计算机中，可以采用模拟滤波，也可以采用数字滤波的方法去掉测量误差和干扰。但对于电机控制系统中的转速、转矩和磁通来讲，就不那么简单了。这些变量的传感器价格昂贵，直接造成系统成本的大幅上升。因此，人们通常希望用低廉的传感器检测它们，或用估算及状态观测的方法从已检测到的电压、电流及位置信号中将其算出。这些复杂的算法在过去的模拟控制系统中是不可能实现的。随着微机，尤其是DSP的迅速发展，可实现越来越复杂的算法及状态观测器。

●多种计算和控制功能：如前所述，微机控制系统的一大优点即可实现复杂的算法和控制功能，如各种状态观测器、坐标转换、矢量控制、自适应控制、模糊控制、最优控制、滑模变结构控制等，都可以很方便地采用高速微处理器（如DSP）来实时完成，从而大大提高了系统的整体性能和灵活性，并可实现多采样周期控制系统。

●故障保护和诊断以及和上位机的通信：对一般微机控制系统来说，借助于D-A显示对系统变量进行限幅监控是很方便的。一旦某个信号超过限幅值，可采取中断方式进行自动处理或保护，同时发出警告信号和显示故障信息代码，用户可方便地根据故障信息判断发生故障的原因和位置。此时借助于计算机，还可方便地进行开机自诊断、参数预置及离线或在线辨识。在电力电子系统中，使用微机进行调试和诊断的优点是：可由熟练技术人员进行，调试周期短，程序化、规范化、智能化、不容易出错或由于人为的因素造成设备损坏。最后，还可借助串行通信功能进行远程操作和故障诊断（在用户不知道的情况下，即为其排除故障），借助网络实现群控和集散控制及过程自动化。