計(jì)算機(jī)控制技術(shù)-第8章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1、第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第第8章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 對(duì)于不同的控制對(duì)象，系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求是不同的，但對(duì)于不同的控制對(duì)象，系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求是不同的，但設(shè)計(jì)的基本要求是大體相同的。具體表現(xiàn)在：設(shè)計(jì)的基本要求是大體相同的。具體表現(xiàn)在：1系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)良的操作性能系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)良的操作性能操作性能好，包括兩個(gè)含義，即使用方便和維修容易。操作性能好，包括兩個(gè)含義，即使用方便和維修容易。硬件和軟件設(shè)計(jì)時(shí)都要考

2、慮這個(gè)問(wèn)題。在配置軟件時(shí)，硬件和軟件設(shè)計(jì)時(shí)都要考慮這個(gè)問(wèn)題。在配置軟件時(shí)，就應(yīng)考慮配置什么樣的軟件才能降低對(duì)操作人員專(zhuān)業(yè)知就應(yīng)考慮配置什么樣的軟件才能降低對(duì)操作人員專(zhuān)業(yè)知識(shí)的要求。硬件方面，零部件的配置應(yīng)便于操作人員維識(shí)的要求。硬件方面，零部件的配置應(yīng)便于操作人員維修。修。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2通用性好、便于擴(kuò)充通用性好、便于擴(kuò)充一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，一般可以控制多個(gè)設(shè)備和不同的一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，一般可以控制多個(gè)設(shè)備和不同的過(guò)程參數(shù)，但各個(gè)設(shè)備和控制對(duì)象的要求是不同的，而過(guò)程參數(shù)，但各個(gè)設(shè)備和控制對(duì)象的要求是不同的，而且控制設(shè)備還有更新，控制對(duì)

3、象還有增減。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)且控制設(shè)備還有更新，控制對(duì)象還有增減。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮能適應(yīng)各種不同設(shè)備和各種不同控制對(duì)象，使系應(yīng)考慮能適應(yīng)各種不同設(shè)備和各種不同控制對(duì)象，使系統(tǒng)不必大改動(dòng)就能很快適應(yīng)新的情況。這就要求系統(tǒng)的統(tǒng)不必大改動(dòng)就能很快適應(yīng)新的情況。這就要求系統(tǒng)的通用性要好，能靈活地進(jìn)行擴(kuò)充。通用性要好，能靈活地進(jìn)行擴(kuò)充。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3可靠性高可靠性高可靠性高是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的一個(gè)基本要求?？煽啃愿呤怯?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要的一個(gè)基本要求。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障將造成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的混亂，引起嚴(yán)一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障將造成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的混亂，

4、引起嚴(yán)重后果。因此在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常應(yīng)考慮后重后果。因此在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常應(yīng)考慮后援手段，如配備常規(guī)控制裝置或手動(dòng)控制裝置作后備。援手段，如配備常規(guī)控制裝置或手動(dòng)控制裝置作后備。通常可直接采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成熱備份（備份機(jī)與控制通?？芍苯硬捎枚嗯_(tái)計(jì)算機(jī)組成熱備份（備份機(jī)與控制機(jī)同時(shí)工作但不介入控制，一旦主控制機(jī)有故障就切換機(jī)同時(shí)工作但不介入控制，一旦主控制機(jī)有故障就切換到備份機(jī)上）或冷備份（備份機(jī)處于待工作狀態(tài)，一旦到備份機(jī)上）或冷備份（備份機(jī)處于待工作狀態(tài)，一旦主控機(jī)有故障就啟動(dòng)備份機(jī)投入工作）等工作方式來(lái)提主控機(jī)有故障就啟動(dòng)備份機(jī)投入工作）等工作方式來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。高

5、系統(tǒng)的可靠性。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4實(shí)時(shí)性好實(shí)時(shí)性好工業(yè)控制機(jī)的實(shí)時(shí)性，表現(xiàn)在對(duì)內(nèi)部和外部的事件能及時(shí)工業(yè)控制機(jī)的實(shí)時(shí)性，表現(xiàn)在對(duì)內(nèi)部和外部的事件能及時(shí)地響應(yīng)，并做出相應(yīng)的處理，不丟失信息、不延誤操作。地響應(yīng)，并做出相應(yīng)的處理，不丟失信息、不延誤操作。5設(shè)計(jì)周期要短，價(jià)格要便宜設(shè)計(jì)周期要短，價(jià)格要便宜計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，各種新技術(shù)和產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，各種新技術(shù)和產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，在滿(mǎn)足精度、速度和其它性能要求的前提下，應(yīng)縮短設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足精度、速度和其它性能要求的前提下，應(yīng)縮短設(shè)計(jì)周期和盡可能采用價(jià)格低的元器件，以降低整個(gè)控制系

6、統(tǒng)周期和盡可能采用價(jià)格低的元器件，以降低整個(gè)控制系統(tǒng)的費(fèi)用。的費(fèi)用。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 1研究被控對(duì)象、確定控制任務(wù)研究被控對(duì)象、確定控制任務(wù)2確定系統(tǒng)整體方案確定系統(tǒng)整體方案(1)確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)確定系統(tǒng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)(2)確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案(3)控制系統(tǒng)總體控制系統(tǒng)總體“黑箱黑箱”設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(4)控制系統(tǒng)層次以及硬件、軟件功能劃分控制系統(tǒng)層次以及硬件、軟件功能劃分在總體方案設(shè)計(jì)完成后，形成了系統(tǒng)組成的粗線條框圖結(jié)在總體方案設(shè)計(jì)完成后，形成了系統(tǒng)組成的粗線條框圖結(jié)構(gòu)、硬件與軟

7、件劃分等文件，供詳細(xì)設(shè)計(jì)使用。以此作為構(gòu)、硬件與軟件劃分等文件，供詳細(xì)設(shè)計(jì)使用。以此作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3建立數(shù)學(xué)模型，確定控制算法建立數(shù)學(xué)模型，確定控制算法4硬件的設(shè)計(jì)硬件的設(shè)計(jì)(1)確定過(guò)程的輸入、輸出通道及其處理方式確定過(guò)程的輸入、輸出通道及其處理方式(2)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇計(jì)算機(jī)系統(tǒng)選擇(3)過(guò)程通道及接口設(shè)計(jì)過(guò)程通道及接口設(shè)計(jì)(4)控制臺(tái)設(shè)計(jì)控制臺(tái)設(shè)計(jì)(5)可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)(6)硬件調(diào)試硬件調(diào)試第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5軟件的設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)(1) 選

8、擇編程語(yǔ)言選擇編程語(yǔ)言匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言混合語(yǔ)言混合語(yǔ)言(2) 軟件設(shè)計(jì)步驟軟件設(shè)計(jì)步驟問(wèn)題定義問(wèn)題定義 細(xì)化設(shè)計(jì)細(xì)化設(shè)計(jì) 編制源程序編制源程序 形成可執(zhí)行代碼形成可執(zhí)行代碼 調(diào)試調(diào)試 第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6系統(tǒng)仿真與調(diào)試系統(tǒng)仿真與調(diào)試(1) 實(shí)驗(yàn)室硬件聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)室硬件聯(lián)調(diào)(2) 實(shí)驗(yàn)室軟件聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)室軟件聯(lián)調(diào)(3) 實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)仿真7現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入輸出通道設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入輸出通道設(shè)計(jì)8.3.1 過(guò)程輸入輸出通道

9、的組成與功能過(guò)程輸入輸出通道的組成與功能 根據(jù)過(guò)程信息的性質(zhì)及傳送方向，過(guò)程通道包括模擬量輸入通道、模根據(jù)過(guò)程信息的性質(zhì)及傳送方向，過(guò)程通道包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。 要對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)控制，就必須對(duì)它的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。模擬要對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)控制，就必須對(duì)它的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。模擬量輸入通道和數(shù)字量量輸入通道和數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量開(kāi)關(guān)量)輸入通道就是為此而設(shè)置的兩種檢測(cè)通輸入通道就是為此而設(shè)置的兩種檢測(cè)通道。生產(chǎn)過(guò)程的被調(diào)參數(shù)道。生產(chǎn)過(guò)程的被調(diào)參數(shù)(一般包括壓力、流量、溫度、液面高度等等一般包括壓力、流量、溫度、液

10、面高度等等)一般都是隨時(shí)間變化的模擬量，通過(guò)檢測(cè)元件和傳感器，可以把它們一般都是隨時(shí)間變化的模擬量，通過(guò)檢測(cè)元件和傳感器，可以把它們轉(zhuǎn)換成模擬電流或電壓。由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別數(shù)字量，故模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流或電壓。由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別數(shù)字量，故模擬電信號(hào)必須通過(guò)模擬量輸入通道變換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，才能送入計(jì)算機(jī)；必須通過(guò)模擬量輸入通道變換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，才能送入計(jì)算機(jī)；而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的兩態(tài)開(kāi)關(guān)、電平的高低、脈沖量等數(shù)字或開(kāi)關(guān)信號(hào)，則而生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的兩態(tài)開(kāi)關(guān)、電平的高低、脈沖量等數(shù)字或開(kāi)關(guān)信號(hào)，則須通過(guò)數(shù)字量輸入通道輸入計(jì)算機(jī)。須通過(guò)數(shù)字量輸入通道輸入計(jì)算機(jī)。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

11、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制通道也有兩種計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制通道也有兩種:即模擬量輸出即模擬量輸出通道及數(shù)字量輸出通道。計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)是以數(shù)通道及數(shù)字量輸出通道。計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)是以數(shù)字形式給出的，有的生產(chǎn)過(guò)程的執(zhí)行元件要求提供模擬字形式給出的，有的生產(chǎn)過(guò)程的執(zhí)行元件要求提供模擬電流或電壓，故應(yīng)采用模擬量輸出通道實(shí)現(xiàn)；有的執(zhí)行電流或電壓，故應(yīng)采用模擬量輸出通道實(shí)現(xiàn)；有的執(zhí)行元件只要求提供數(shù)字量或開(kāi)關(guān)量，故應(yīng)采用數(shù)字量輸出元件只要求提供數(shù)字量或開(kāi)關(guān)量，故應(yīng)采用數(shù)字量輸出通道?？梢?jiàn)，過(guò)程通道是計(jì)算機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程通道?？梢?jiàn)，過(guò)程通道是計(jì)算機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程(控制對(duì)

12、控制對(duì)象象)相互交換信息的橋梁。相互交換信息的橋梁。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.3.2 過(guò)程輸入輸出通道的控制方式過(guò)程輸入輸出通道的控制方式 1過(guò)程輸入輸出通道與過(guò)程輸入輸出通道與CPU交換就信息類(lèi)型交換就信息類(lèi)型過(guò)程輸入輸出通道與過(guò)程輸入輸出通道與CPU交換的信息類(lèi)型有三種：交換的信息類(lèi)型有三種：數(shù)據(jù)信息：反映生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)及狀態(tài)的信息，它包括數(shù)據(jù)信息：反映生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)及狀態(tài)的信息，它包括數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量和模擬量。數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量和模擬量。狀態(tài)信息：又叫做應(yīng)答信息、握手信息，它反映過(guò)程通狀態(tài)信息：又叫做應(yīng)答信息、握手信息，它反映過(guò)程通道的狀態(tài)，如準(zhǔn)

13、備就緒信號(hào)等。道的狀態(tài)，如準(zhǔn)備就緒信號(hào)等?？刂菩畔ⅲ河脕?lái)控制過(guò)程通道的啟動(dòng)和停止等信息，如控制信息：用來(lái)控制過(guò)程通道的啟動(dòng)和停止等信息，如三態(tài)門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉、觸發(fā)器的啟動(dòng)等。三態(tài)門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉、觸發(fā)器的啟動(dòng)等。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2過(guò)程通道的編址方式過(guò)程通道的編址方式由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般都有多個(gè)過(guò)程輸入輸出通道，由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般都有多個(gè)過(guò)程輸入輸出通道，因此需對(duì)每一個(gè)過(guò)程輸入輸出通道安排地址。過(guò)程通道因此需對(duì)每一個(gè)過(guò)程輸入輸出通道安排地址。過(guò)程通道編址方式有兩種：編址方式有兩種：過(guò)程通道與存儲(chǔ)器獨(dú)立編址方式過(guò)程通道與存儲(chǔ)器獨(dú)立編址方式過(guò)

14、程通道與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址方式過(guò)程通道與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址方式第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3CPU對(duì)過(guò)程通道的控制方式對(duì)過(guò)程通道的控制方式計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備及過(guò)程通道種類(lèi)繁多，它們的傳送速計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備及過(guò)程通道種類(lèi)繁多，它們的傳送速率又很不相同。因此輸入輸出產(chǎn)生復(fù)雜的定時(shí)問(wèn)題，也率又很不相同。因此輸入輸出產(chǎn)生復(fù)雜的定時(shí)問(wèn)題，也就是就是CPU采用什么控制方式向過(guò)程通道輸入和輸出數(shù)據(jù)。采用什么控制方式向過(guò)程通道輸入和輸出數(shù)據(jù)。常用的控制方式有三種：常用的控制方式有三種：程序查詢(xún)方式程序查詢(xún)方式中斷控制方式中斷控制方式直接存儲(chǔ)器存取直接存儲(chǔ)器存取(DMA)方式方式

15、第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.3.3 輸入通道輸入通道 1模擬量輸入通道模擬量輸入通道 模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行變換、模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行變換、采樣、放大、模采樣、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)。數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)。 模擬量輸入通道一般由信號(hào)處理、多路轉(zhuǎn)換器、放大器、模擬量輸入通道一般由信號(hào)處理、多路轉(zhuǎn)換器、放大器、采樣保持器和采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器組成轉(zhuǎn)換器組成 。2數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道主要由兩態(tài)信息轉(zhuǎn)換電路和接口電路組成。數(shù)字量輸入通道主要由兩態(tài)信息

16、轉(zhuǎn)換電路和接口電路組成。兩態(tài)信息轉(zhuǎn)換電路的作用是將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的兩態(tài)信息轉(zhuǎn)換成兩態(tài)信息轉(zhuǎn)換電路的作用是將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的兩態(tài)信息轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)，通過(guò)電平信號(hào)，通過(guò)I/O接口電路傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。接口電路傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的不同，有的兩態(tài)信息轉(zhuǎn)換電路應(yīng)能消除根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的不同，有的兩態(tài)信息轉(zhuǎn)換電路應(yīng)能消除開(kāi)關(guān)機(jī)械抖動(dòng)的影響，有的應(yīng)能與強(qiáng)電信號(hào)隔離，防止開(kāi)關(guān)機(jī)械抖動(dòng)的影響，有的應(yīng)能與強(qiáng)電信號(hào)隔離，防止各種干擾。各種干擾。(1)開(kāi)關(guān)量輸入通道開(kāi)關(guān)量輸入通道(2)脈沖量輸入通道脈沖量輸入通道(3)中斷輸入通道中斷輸入通道(4

17、)數(shù)字編碼輸入數(shù)字編碼輸入第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.3.4 輸出通道輸出通道設(shè)立輸入通道的作用在于將被控對(duì)象的各種信息轉(zhuǎn)換成設(shè)立輸入通道的作用在于將被控對(duì)象的各種信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的信息，以供計(jì)算機(jī)處理。而計(jì)算機(jī)處計(jì)算機(jī)可以接受的信息，以供計(jì)算機(jī)處理。而計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生的相應(yīng)的控制命令或控制量，也必須轉(zhuǎn)換成相理后產(chǎn)生的相應(yīng)的控制命令或控制量，也必須轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理量才能對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制。這種由可將計(jì)算應(yīng)的物理量才能對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制。這種由可將計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制指令機(jī)發(fā)出的控制指令(或控制量或控制量)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并能傳送給執(zhí)行機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并能傳送

18、給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝置構(gòu)成的信號(hào)路徑，稱(chēng)之為輸出通道。構(gòu)的裝置構(gòu)成的信號(hào)路徑，稱(chēng)之為輸出通道。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1模擬量輸出通道模擬量輸出通道模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量變換成模擬模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量變換成模擬量，這個(gè)任務(wù)主要由數(shù)量，這個(gè)任務(wù)主要由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器來(lái)完成，對(duì)于模擬量輸出模轉(zhuǎn)換器來(lái)完成，對(duì)于模擬量輸出通道，要求可靠性高，滿(mǎn)足一定的精度，還必須具有保持的通道，要求可靠性高，滿(mǎn)足一定的精度，還必須具有保持的功能。保持器一般有數(shù)字保持和模擬保持兩種方案，這就決功能。保持器一般有數(shù)字保持和模擬保持兩種方案，這就

19、決定了模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式。定了模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式。(1)獨(dú)立數(shù)獨(dú)立數(shù)/模轉(zhuǎn)換器形式模轉(zhuǎn)換器形式圖8.2 獨(dú)立的多通道D/A轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖I/O接口電路D/AD/A第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (2)共用數(shù)模轉(zhuǎn)換器的形式共用數(shù)模轉(zhuǎn)換器的形式圖8.3 多通道共享D/A的結(jié)構(gòu)框圖I/O接口電路D/A保持器多路開(kāi)關(guān)保持器第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道的任務(wù)是根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)去數(shù)字量輸出通道的任務(wù)是根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)去控制電接點(diǎn)的通、斷或數(shù)字式

20、執(zhí)行器的啟、停等，簡(jiǎn)稱(chēng)控制電接點(diǎn)的通、斷或數(shù)字式執(zhí)行器的啟、停等，簡(jiǎn)稱(chēng)DO(Digital Output)通道。根據(jù)被控對(duì)象的不同，其輸出通道。根據(jù)被控對(duì)象的不同，其輸出的數(shù)字控制信號(hào)的形態(tài)及相應(yīng)的配置也不相同。其中，的數(shù)字控制信號(hào)的形態(tài)及相應(yīng)的配置也不相同。其中，最為常用的數(shù)字控制信號(hào)是開(kāi)關(guān)且和脈沖量信號(hào)。最為常用的數(shù)字控制信號(hào)是開(kāi)關(guān)且和脈沖量信號(hào)。數(shù)字量輸出通道中，由于許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)往往需要開(kāi)關(guān)量數(shù)字量輸出通道中，由于許多執(zhí)行機(jī)構(gòu)往往需要開(kāi)關(guān)量的控制信號(hào)。這時(shí)，的控制信號(hào)。這時(shí)，CPU可以通過(guò)可以通過(guò)I/O接口電路直接對(duì)執(zhí)接口電路直接對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，也可以通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或機(jī)械式繼電行機(jī)構(gòu)

21、進(jìn)行控制，也可以通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或機(jī)械式繼電器接點(diǎn)的開(kāi)閉去控制。數(shù)字量輸出通道的關(guān)鍵往往是要器接點(diǎn)的開(kāi)閉去控制。數(shù)字量輸出通道的關(guān)鍵往往是要解決執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。解決執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功率驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大多用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，條件復(fù)雜惡劣，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大多用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，條件復(fù)雜惡劣，干擾頻繁。干擾嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。干擾頻繁。干擾嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。環(huán)境的特殊，要求計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須有極高的抗干擾環(huán)境的特殊，要求計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須

22、有極高的抗干擾能力。為此，必須分析干擾的來(lái)源，研究對(duì)于不同的干能力。為此，必須分析干擾的來(lái)源，研究對(duì)于不同的干擾源采用哪些相應(yīng)的行之有效的抑制或消除干擾的措施，擾源采用哪些相應(yīng)的行之有效的抑制或消除干擾的措施，重視接地、布線和供電方面的抗干擾技術(shù)，重視重視接地、布線和供電方面的抗干擾技術(shù)，重視CPU可可靠運(yùn)行的抗干擾技術(shù)相應(yīng)用軟件中對(duì)數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)處靠運(yùn)行的抗干擾技術(shù)相應(yīng)用軟件中對(duì)數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。理技術(shù)。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.4.1 干擾的來(lái)源干擾的來(lái)源 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的各種干擾主要表現(xiàn)在以下幾計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的各種干擾

23、主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：個(gè)方面：1惡劣的供電條件惡劣的供電條件2嚴(yán)重的噪聲環(huán)境嚴(yán)重的噪聲環(huán)境此外，還有來(lái)自空間的干擾，如太陽(yáng)及其它天體輻射的此外，還有來(lái)自空間的干擾，如太陽(yáng)及其它天體輻射的電磁波，廣播電臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波，周?chē)婋姶挪?，廣播電臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波，周?chē)姎庠O(shè)備如電機(jī)、變壓器、中頻爐、可控硅逆變電源等發(fā)氣設(shè)備如電機(jī)、變壓器、中頻爐、可控硅逆變電源等發(fā)出的電干擾和磁干擾，氣象條件、空中雷電、甚至地磁出的電干擾和磁干擾，氣象條件、空中雷電、甚至地磁場(chǎng)的變化也會(huì)引起干擾。這些空間輻射干擾有時(shí)會(huì)使計(jì)場(chǎng)的變化也會(huì)引起干擾。這些空間輻射干擾有時(shí)會(huì)使計(jì)算機(jī)不能正常工作。算機(jī)不能正

24、常工作。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.4.2 干擾的抑制方法干擾的抑制方法1接地技術(shù)接地技術(shù)(1)接地方式接地方式“安全接地安全接地”一般均采用一點(diǎn)接地方式。一般均采用一點(diǎn)接地方式?！肮ぷ鹘拥毓ぷ鹘拥亍币拦ぷ麟娏黝l率不同而有一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地兩種。低依工作電流頻率不同而有一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地兩種。低頻時(shí)，因地線上的分布電感并不嚴(yán)重，故往往采用一點(diǎn)頻時(shí)，因地線上的分布電感并不嚴(yán)重，故往往采用一點(diǎn)按地；高頻情況下，由于電感分量大，為減少引線電感，按地；高頻情況下，由于電感分量大，為減少引線電感，故采用多點(diǎn)接地。頻帶很寬時(shí)，常采用一點(diǎn)接地和多點(diǎn)故采用多點(diǎn)接地

25、。頻帶很寬時(shí)，常采用一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地相結(jié)合的混合接地方式。接地相結(jié)合的混合接地方式。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (2)浮地系統(tǒng)和接地系統(tǒng)浮地系統(tǒng)和接地系統(tǒng)(3)交流地與直流地分開(kāi)交流地與直流地分開(kāi)(4)模擬地與數(shù)字地分開(kāi)模擬地與數(shù)字地分開(kāi)(5)印刷電路板的地線安排印刷電路板的地線安排(6)屏蔽地屏蔽地2屏蔽技術(shù)屏蔽技術(shù)(1)電場(chǎng)屏蔽電場(chǎng)屏蔽(2)電磁屏蔽電磁屏蔽(3)磁場(chǎng)屏蔽磁場(chǎng)屏蔽第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3隔離技術(shù)隔離技術(shù)隔離的實(shí)質(zhì)是切斷共地耦合通道，抑制因地環(huán)路引入的隔離的實(shí)質(zhì)是切斷共地耦合通道，抑制

26、因地環(huán)路引入的干擾。隔離是將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡?、磁、光及其它物理干擾。隔離是將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡?、磁、光及其它物理量作為中間量，使兩側(cè)的電流回路相對(duì)隔離又能實(shí)現(xiàn)信量作為中間量，使兩側(cè)的電流回路相對(duì)隔離又能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞。如圖號(hào)的傳遞。如圖8.4所示。所示。(a) 變壓器隔離 (b) 繼電器隔離 (c) 光電耦合器隔離圖8.4 隔離電路電路電路電路電路電路電路第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4串模干擾的抑制串模干擾的抑制串模干擾串模干擾(又稱(chēng)常態(tài)干擾、正相干擾又稱(chēng)常態(tài)干擾、正相干擾)是干擾電壓和信號(hào)電是干擾電壓和信號(hào)電壓串聯(lián)疊加于負(fù)載或放大電路的輸入端，它常常表

27、現(xiàn)為壓串聯(lián)疊加于負(fù)載或放大電路的輸入端，它常常表現(xiàn)為通道一個(gè)輸入端對(duì)另一個(gè)輸入端電壓變化的干擾?？勾ǖ酪粋€(gè)輸入端對(duì)另一個(gè)輸入端電壓變化的干擾?？勾８蓴_的技術(shù)措施有：模干擾的技術(shù)措施有：(1)合理選用信號(hào)線合理選用信號(hào)線(2)在信號(hào)電路中加裝濾波器在信號(hào)電路中加裝濾波器(3)選擇合適的選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(4)采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)采用調(diào)制解調(diào)技術(shù)(5)用光電耦合器隔離干擾用光電耦合器隔離干擾(6)配備高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源配備高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5共模干擾的抑制共模干擾的抑制共模干擾共模干擾(又稱(chēng)共態(tài)干擾、同相干擾又稱(chēng)共態(tài)干擾、

28、同相干擾)表現(xiàn)為通道兩信號(hào)端表現(xiàn)為通道兩信號(hào)端相對(duì)于零電位參考點(diǎn)所共有的干擾電壓，包括交流和直相對(duì)于零電位參考點(diǎn)所共有的干擾電壓，包括交流和直流的兩種電壓。共模干擾只有轉(zhuǎn)換成串模干擾才會(huì)影響流的兩種電壓。共模干擾只有轉(zhuǎn)換成串模干擾才會(huì)影響系統(tǒng)。可以選擇隔離技術(shù)，使共模干擾不能構(gòu)成回路。系統(tǒng)?？梢赃x擇隔離技術(shù)，使共模干擾不能構(gòu)成回路。對(duì)于由共模干擾轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的，并且已疊加在有用信號(hào)上對(duì)于由共模干擾轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的，并且已疊加在有用信號(hào)上的串模干擾，可用前面?zhèn)€紹的抗串模干擾的方法來(lái)濾除。的串模干擾，可用前面?zhèn)€紹的抗串模干擾的方法來(lái)濾除。6電源噪聲的抑制電源噪聲的抑制實(shí)踐說(shuō)明，電源的干擾是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主

29、要干擾，實(shí)踐說(shuō)明，電源的干擾是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要干擾，抑制這種干擾的主要措施有以下幾個(gè)方面。抑制這種干擾的主要措施有以下幾個(gè)方面。(1)電源變壓器的屏蔽電源變壓器的屏蔽第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (2)交流穩(wěn)壓器交流穩(wěn)壓器(3)隔離變壓器隔離變壓器(4)低通濾波器低通濾波器(5)采用分散獨(dú)立功能塊供電采用分散獨(dú)立功能塊供電7提高軟件可靠性提高軟件可靠性軟件可靠性技術(shù)，主要有以下兩個(gè)方面的內(nèi)容。軟件可靠性技術(shù)，主要有以下兩個(gè)方面的內(nèi)容。(1)通過(guò)軟件提高系統(tǒng)的可靠性通過(guò)軟件提高系統(tǒng)的可靠性(2)提高軟件自身的可靠性提高軟件自身的可靠性第第12 12章章

30、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8.5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例 電阻爐爐溫的控制，根據(jù)工藝的要求不同而有所變化，但電阻爐爐溫的控制，根據(jù)工藝的要求不同而有所變化，但大體上可歸納為以下幾個(gè)過(guò)程：大體上可歸納為以下幾個(gè)過(guò)程：(1)自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身約條件對(duì)升溫速度沒(méi)有自由升溫段，即根據(jù)電阻爐自身約條件對(duì)升溫速度沒(méi)有控制的自然升溫過(guò)程?？刂频淖匀簧郎剡^(guò)程。(2)恒速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率進(jìn)行。恒速升溫段，即要求爐溫上升的速度按某一斜率進(jìn)行。(3)保溫段，即要求在這一過(guò)程中爐溫基本保持不變。保溫段，即要求在這一過(guò)程中爐溫基本保持不變。

31、(4)慢速降溫段，即要求爐溫下降的速度按某一斜率進(jìn)行。慢速降溫段，即要求爐溫下降的速度按某一斜率進(jìn)行。(5)自由降溫段。自由降溫段。第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 1工藝要求工藝要求要求電阻爐爐內(nèi)的溫度，應(yīng)按圖要求電阻爐爐內(nèi)的溫度，應(yīng)按圖8.6所示的規(guī)律變化；所示的規(guī)律變化；從室溫從室溫t0開(kāi)始到開(kāi)始到a點(diǎn)為自由升溫段，當(dāng)溫度一旦到達(dá)點(diǎn)為自由升溫段，當(dāng)溫度一旦到達(dá)a點(diǎn)點(diǎn)(即即Ta點(diǎn)點(diǎn))，就進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)節(jié)。從，就進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)節(jié)。從b點(diǎn)到點(diǎn)到c點(diǎn)為保溫段，要始點(diǎn)為保溫段，要始終在系統(tǒng)控制之下，以保證所需的爐內(nèi)溫度的精度。加終在系統(tǒng)控制之下，以保證所需的爐內(nèi)溫度的精

32、度。加工結(jié)束，即由工結(jié)束，即由c到到d點(diǎn)為自然降溫段。保溫段的時(shí)間為點(diǎn)為自然降溫段。保溫段的時(shí)間為50100分鐘。爐溫變化曲線對(duì)各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的要求如下：分鐘。爐溫變化曲線對(duì)各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的要求如下：abcdTa圖8.6 爐溫控制要求T00 t0 t1 t2 t3 t 第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間：即從升溫開(kāi)始到進(jìn)入保溫段的時(shí)間過(guò)渡過(guò)程時(shí)間：即從升溫開(kāi)始到進(jìn)入保溫段的時(shí)間t1100分鐘分鐘超調(diào)量：即升溫過(guò)程的溫度最大值超調(diào)量：即升溫過(guò)程的溫度最大值(TM)與保溫值與保溫值(T0)之差之差與保溫值之比；與保溫值之比；靜態(tài)誤差：即當(dāng)溫度進(jìn)入保溫段后

33、的實(shí)際溫度值靜態(tài)誤差：即當(dāng)溫度進(jìn)入保溫段后的實(shí)際溫度值(T)與保與保溫值溫值(T0)之差與保溫值之比。之差與保溫值之比。溫度保溫值的變化范圍：溫度保溫值的變化范圍：50100。設(shè)保溫值為。設(shè)保溫值為100。 0010%MTTT002%VTTeT 第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2系統(tǒng)的組成和基本工作原理系統(tǒng)的組成和基本工作原理本電阻爐爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖如圖本電阻爐爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖如圖8.7所示。所示。計(jì)算機(jī)D/A變送器1可控硅電阻爐檢測(cè)元件A/D變送器2圖8.7 電阻爐爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

34、與實(shí)現(xiàn) 控制過(guò)程：計(jì)算機(jī)定時(shí)控制過(guò)程：計(jì)算機(jī)定時(shí)(即采樣周期即采樣周期)對(duì)爐溫進(jìn)行測(cè)量和控對(duì)爐溫進(jìn)行測(cè)量和控制一次，爐內(nèi)溫度是由一鉑電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，其信制一次，爐內(nèi)溫度是由一鉑電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，其信號(hào)經(jīng)放大送到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片換算成相應(yīng)的數(shù)字量后，再送號(hào)經(jīng)放大送到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片換算成相應(yīng)的數(shù)字量后，再送入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行判別和運(yùn)算，得到應(yīng)有的電功率數(shù)入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行判別和運(yùn)算，得到應(yīng)有的電功率數(shù)(增量增量值值)，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，供給可控硅功，經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，供給可控硅功率調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其達(dá)到爐溫變化曲線的要求。率調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其達(dá)到爐溫變化曲線的要求。

35、第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3對(duì)象特性的測(cè)量和識(shí)別對(duì)象特性的測(cè)量和識(shí)別(1)對(duì)象模型的歸納對(duì)象模型的歸納根據(jù)描述對(duì)象特性需用微分方程的階數(shù)不同，對(duì)象可分根據(jù)描述對(duì)象特性需用微分方程的階數(shù)不同，對(duì)象可分一階或二階。至于階數(shù)高于二階的由于實(shí)際計(jì)算，分析一階或二階。至于階數(shù)高于二階的由于實(shí)際計(jì)算，分析參數(shù)有困難而用純滯后的一、二階方程來(lái)近似代替，因參數(shù)有困難而用純滯后的一、二階方程來(lái)近似代替，因此實(shí)用上對(duì)象模型的基本形式常取如下幾種：此實(shí)用上對(duì)象模型的基本形式常取如下幾種：一階對(duì)象一階對(duì)象對(duì)象的微分方程為對(duì)象的微分方程為則它的傳遞函數(shù)為則它的傳遞函數(shù)為( )

36、( )( )Ty ty tKu t( )1KW sTs第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 它的飛升曲線如圖它的飛升曲線如圖8.8所示。一般幅值的階躍信號(hào)輸入時(shí)，所示。一般幅值的階躍信號(hào)輸入時(shí)，輸出穩(wěn)態(tài)值除以輸入幅度值即為放大倍數(shù)輸出穩(wěn)態(tài)值除以輸入幅度值即為放大倍數(shù)K，輸出從起始輸出從起始值到達(dá)值到達(dá)0.632穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間即為時(shí)間常數(shù)穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間即為時(shí)間常數(shù)T。Typ0.632yp0y(t)t圖8.8 飛升曲線一第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 純滯后的一階對(duì)象純滯后的一階對(duì)象這種對(duì)象的微分方程為這種對(duì)象的微分方程為則它的傳遞

37、函數(shù)為則它的傳遞函數(shù)為 它的飛升曲線如圖它的飛升曲線如圖8.9所示。它與圖所示。它與圖8.8的唯一區(qū)別在于起的唯一區(qū)別在于起始有一段純滯后。始有一段純滯后。( )( )()Ty ty tKu t( )1sKeW sTsT+yp0.632yp0y(t)t圖8.9 飛升曲線二第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) (2)飛升曲線的測(cè)量飛升曲線的測(cè)量測(cè)量的方法：它在穩(wěn)定控制信號(hào)作用下系統(tǒng)有一個(gè)穩(wěn)定測(cè)量的方法：它在穩(wěn)定控制信號(hào)作用下系統(tǒng)有一個(gè)穩(wěn)定的輸出，然后突然在輸入端加一幅度適宜的階躍控制信的輸出，然后突然在輸入端加一幅度適宜的階躍控制信號(hào)。輸出對(duì)應(yīng)也有一個(gè)變化部分，此

38、即為輸出的飛升曲號(hào)。輸出對(duì)應(yīng)也有一個(gè)變化部分，此即為輸出的飛升曲線，如圖線，如圖8.10所示。所示。y1y00y(t)t圖8.10 飛升曲線三第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 若將飛升曲線單獨(dú)畫(huà)出，即為圖若將飛升曲線單獨(dú)畫(huà)出，即為圖8.8所示。利用上述同樣所示。利用上述同樣的方法測(cè)得的電阻爐爐溫的飛升曲線如圖的方法測(cè)得的電阻爐爐溫的飛升曲線如圖8.11所示。所示。T+yp0y(t)t圖8.11 飛升曲線四第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 將上述所測(cè)得的飛升曲線與典型傳遞函數(shù)的飛升曲線比較，將上述所測(cè)得的飛升曲線與典型傳遞函

39、數(shù)的飛升曲線比較，可知圖可知圖8.10是一階對(duì)象的飛升曲線，而圖是一階對(duì)象的飛升曲線，而圖8.11是帶純滯后是帶純滯后的一階對(duì)象。其傳遞函數(shù)是：的一階對(duì)象。其傳遞函數(shù)是：式中：式中：K放大系數(shù)放大系數(shù) T對(duì)象時(shí)間常數(shù)對(duì)象時(shí)間常數(shù) 對(duì)象滯后時(shí)間對(duì)象滯后時(shí)間(3)一階對(duì)象參數(shù)的求取一階對(duì)象參數(shù)的求取對(duì)于一階對(duì)象的放大倍數(shù)對(duì)于一階對(duì)象的放大倍數(shù)K可由輸出穩(wěn)態(tài)值和輸入階躍信可由輸出穩(wěn)態(tài)值和輸入階躍信號(hào)幅值的比值求得。輸出從起始值到達(dá)號(hào)幅值的比值求得。輸出從起始值到達(dá)0.632倍穩(wěn)態(tài)值的時(shí)倍穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間即為對(duì)象時(shí)間常數(shù)。而對(duì)象滯后時(shí)間間即為對(duì)象時(shí)間常數(shù)。而對(duì)象滯后時(shí)間可直接從圖中測(cè)可直接從圖中測(cè)量。量。

40、( )1sKeW sTs第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 但實(shí)測(cè)的飛升曲線起始部分有彎曲，不易找到確切的位但實(shí)測(cè)的飛升曲線起始部分有彎曲，不易找到確切的位置來(lái)定滯后時(shí)間，這時(shí)可用一階加純滯后的虛線曲線來(lái)置來(lái)定滯后時(shí)間，這時(shí)可用一階加純滯后的虛線曲線來(lái)迫近，使后面大部分重合，而起始部分則可定出一個(gè)等迫近，使后面大部分重合，而起始部分則可定出一個(gè)等效的滯后時(shí)間效的滯后時(shí)間，這時(shí)可在曲線斜率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)這時(shí)可在曲線斜率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(即拐點(diǎn)即拐點(diǎn))處處作一切線，如圖作一切線，如圖8.11所示。該切線與時(shí)間軸的交點(diǎn)認(rèn)為是所示。該切線與時(shí)間軸的交點(diǎn)認(rèn)為是一階的起點(diǎn)，即純滯后時(shí)間

41、一階的起點(diǎn)，即純滯后時(shí)間，而切線與穩(wěn)態(tài)值的交點(diǎn)時(shí)而切線與穩(wěn)態(tài)值的交點(diǎn)時(shí)間應(yīng)為間應(yīng)為T(mén)，加上純滯后時(shí)間則實(shí)測(cè)為加上純滯后時(shí)間則實(shí)測(cè)為+T。這樣就求出了這樣就求出了一階對(duì)象的三個(gè)參數(shù)一階對(duì)象的三個(gè)參數(shù)K、T、。設(shè)所得的飛升曲線求得本電阻爐的參數(shù)為設(shè)所得的飛升曲線求得本電阻爐的參數(shù)為T(mén)=72（分鐘）分鐘）=8 （分鐘）分鐘）K=330第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4控制規(guī)律的選擇和參數(shù)的計(jì)算控制規(guī)律的選擇和參數(shù)的計(jì)算計(jì)算機(jī)參與控制的形式是多種多樣的，它取決于控制規(guī)計(jì)算機(jī)參與控制的形式是多種多樣的，它取決于控制規(guī)律的選擇以及受控對(duì)象的特性，現(xiàn)僅結(jié)合本電阻爐的要律

42、的選擇以及受控對(duì)象的特性，現(xiàn)僅結(jié)合本電阻爐的要求，作如下的分析：求，作如下的分析：根據(jù)爐溫變化曲線的要求，可將其分為三段來(lái)進(jìn)行控制；根據(jù)爐溫變化曲線的要求，可將其分為三段來(lái)進(jìn)行控制；自由升溫段，保溫段和自然降溫段。而真正需要電氣控自由升溫段，保溫段和自然降溫段。而真正需要電氣控制的是前面二個(gè)階段，即自由升溫段和保溫段。為避免制的是前面二個(gè)階段，即自由升溫段和保溫段。為避免過(guò)沖，從室溫到過(guò)沖，從室溫到80%額定溫度為自由升溫段，在額定溫度為自由升溫段，在20額定溫度時(shí)為保溫段。在自由升溫段中，希望升溫越快額定溫度時(shí)為保溫段。在自由升溫段中，希望升溫越快越好，總是將加熱功率全開(kāi)足，因此得自由升溫段控制越好，總是將加熱功率全開(kāi)足，因此得自由升溫段控制規(guī)律為：當(dāng)規(guī)律為：當(dāng)T0.8T0時(shí)，選時(shí)，選Pk=1；第第12 12章章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 在在T0.8T0后，已較接近需要保溫的值后，已較接近需要保溫的值T0，為此采用保溫為此采用保溫段控制方程。保溫控制方法有多種，如用比例控制，因段控制方程。保溫控制方法有多種，如用比例控制，因爐絲所加功率爐絲所加功率P的變化和爐溫變化之間存在一段時(shí)間延遲，的