第九章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院2本章知識(shí)結(jié)構(gòu)本章知識(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原則：設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的原則： 可靠性要高可靠性要高：這是首要要求，是系統(tǒng)各種功能得：這是首要要求，是系統(tǒng)各種功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ) 操作性能要好操作性能要好：便于現(xiàn)場(chǎng)人員的操作使用和維護(hù)：便于現(xiàn)場(chǎng)人員的操作使用和維護(hù) 實(shí)時(shí)性好實(shí)時(shí)性好：對(duì)內(nèi)部和外部事件能及時(shí)響應(yīng)：對(duì)內(nèi)部和外部事件能及時(shí)響應(yīng) 通用性強(qiáng)通用性強(qiáng)：具有可擴(kuò)充性及在不改變?cè)O(shè)備

2、情況下：具有可擴(kuò)充性及在不改變?cè)O(shè)備情況下適應(yīng)新的要求適應(yīng)新的要求 設(shè)計(jì)周期短和成本低設(shè)計(jì)周期短和成本低3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院u 了解工藝要求，明確控制任務(wù)了解工藝要求，明確控制任務(wù)u 確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案u 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u 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)u 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)u 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院9.1.1 了解工藝要求，明確控制任務(wù)了解工藝要求，明確控制任務(wù) 首先熟悉控制對(duì)象的工藝流程，明確控制任首先熟悉控制對(duì)象的

3、工藝流程，明確控制任務(wù)務(wù)，包括系統(tǒng)信息來(lái)源和種類(lèi)，被控對(duì)象和被控，包括系統(tǒng)信息來(lái)源和種類(lèi)，被控對(duì)象和被控參數(shù)的特性，控制對(duì)象的工作環(huán)境，對(duì)人機(jī)通道參數(shù)的特性，控制對(duì)象的工作環(huán)境，對(duì)人機(jī)通道的要求，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題提出具體的控制要求，確定所設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題提出具體的控制要求，確定所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)該完成的任務(wù)；的系統(tǒng)應(yīng)該完成的任務(wù)； 其次用工藝圖、時(shí)序圖、控制流程等描述控其次用工藝圖、時(shí)序圖、控制流程等描述控制過(guò)程和控制任務(wù)，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明書(shū)制過(guò)程和控制任務(wù)，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明書(shū)。5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)

4、院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院根據(jù)常見(jiàn)的控制問(wèn)題將控制對(duì)象的要求分為兩類(lèi)：根據(jù)常見(jiàn)的控制問(wèn)題將控制對(duì)象的要求分為兩類(lèi)：(1) 調(diào)節(jié)器問(wèn)題調(diào)節(jié)器問(wèn)題：當(dāng)控制對(duì)象的輸出偏離平衡狀：當(dāng)控制對(duì)象的輸出偏離平衡狀態(tài)或有這種趨勢(shì)時(shí)，對(duì)它加以控制，使其回到態(tài)或有這種趨勢(shì)時(shí)，對(duì)它加以控制，使其回到平衡狀態(tài)，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱(chēng)為恒值系統(tǒng)平衡狀態(tài)，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱(chēng)為恒值系統(tǒng)(2) 伺服機(jī)問(wèn)題伺服機(jī)問(wèn)題：對(duì)控制對(duì)象加以控制，使它的：對(duì)控制對(duì)象加以控制，使它的輸出按某種規(guī)律變化，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱(chēng)為隨輸出按某種規(guī)律變化，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱(chēng)為隨機(jī)系統(tǒng)。機(jī)系統(tǒng)。6計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院1.

5、 控制系統(tǒng)方案的確定控制系統(tǒng)方案的確定2. 測(cè)量器件的選擇測(cè)量器件的選擇3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇4. 選擇過(guò)程通道及外設(shè)選擇過(guò)程通道及外設(shè)5. 畫(huà)出整個(gè)控制系統(tǒng)原理圖畫(huà)出整個(gè)控制系統(tǒng)原理圖9.1.2 確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案7計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院1. 控制系統(tǒng)方案的確定控制系統(tǒng)方案的確定1) 首先確定系統(tǒng)是采用開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制，首先確定系統(tǒng)是采用開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制，分布式控制，或者采用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；分布式控制，或者采用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；2) 其次確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式其次確定系統(tǒng)的構(gòu)成方式(控制裝置機(jī)型控制裝置機(jī)型)：?jiǎn)纹?/p>

6、機(jī)、單片機(jī)、PLC、IPC、DCS、FCS等。等。8計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院2. 測(cè)量器件的選擇測(cè)量器件的選擇 根據(jù)測(cè)量范圍和要求的精度選擇被控量的測(cè)根據(jù)測(cè)量范圍和要求的精度選擇被控量的測(cè)量器件，即傳感器與變送器量器件，即傳感器與變送器(溫度、流量、壓力、溫度、流量、壓力、液位、成分、位移、重量、速度等液位、成分、位移、重量、速度等)。3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇 不僅根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況，而且也要考不僅根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況，而且也要考慮與控制算法相匹配的問(wèn)題。慮與控制算法相匹配的問(wèn)題。 常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)薄膜常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

7、：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥、伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、晶閘管等調(diào)節(jié)閥、伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、晶閘管等9計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院4. 選擇過(guò)程通道及外設(shè)選擇過(guò)程通道及外設(shè)數(shù)據(jù)采集和傳輸所需的過(guò)程通道數(shù)數(shù)據(jù)采集和傳輸所需的過(guò)程通道數(shù)1) 所有過(guò)程通道的數(shù)據(jù)傳輸率，各通道處理的數(shù)所有過(guò)程通道的數(shù)據(jù)傳輸率，各通道處理的數(shù)據(jù)流量是否相等據(jù)流量是否相等2) 過(guò)程通道是串行操作還是并行操作過(guò)程通道是串行操作還是并行操作3) 模擬量過(guò)程通道中數(shù)據(jù)位數(shù)的選擇：由控制精模擬量過(guò)程通道中數(shù)據(jù)位數(shù)的選擇：由控制精度確定度確定A/D和和D/A轉(zhuǎn)換的位數(shù)轉(zhuǎn)換的位數(shù)4) 過(guò)程

8、通道連接方式的選擇：每個(gè)通道單獨(dú)設(shè)置過(guò)程通道連接方式的選擇：每個(gè)通道單獨(dú)設(shè)置A/D或或D/A還是多通道共享一個(gè)還是多通道共享一個(gè)A/D或或D/A5) 對(duì)顯示、打印有無(wú)要求對(duì)顯示、打印有無(wú)要求10計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院5. 畫(huà)出整個(gè)控制系統(tǒng)原理圖畫(huà)出整個(gè)控制系統(tǒng)原理圖 結(jié)合工業(yè)流程圖畫(huà)出完整的控制系統(tǒng)原理結(jié)合工業(yè)流程圖畫(huà)出完整的控制系統(tǒng)原理圖，包括傳感器、變送器。外設(shè)、過(guò)程通道及圖，包括傳感器、變送器。外設(shè)、過(guò)程通道及微型計(jì)算機(jī)，要簡(jiǎn)單、清晰、明了。微型計(jì)算機(jī)，要簡(jiǎn)單、清晰、明了。11計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)

9、院 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣，主要取決于采計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣，主要取決于采用的控制策略和控制算法是否合適，而控制算法的選用的控制策略和控制算法是否合適，而控制算法的選擇取決于具體的被控對(duì)象，因此有必要建立系統(tǒng)的數(shù)擇取決于具體的被控對(duì)象，因此有必要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，且被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確程度對(duì)系統(tǒng)的學(xué)模型，且被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確程度對(duì)系統(tǒng)的控制效果有直接關(guān)系?？刂菩Ч兄苯雨P(guān)系。 建模方法：理論建模建模方法：理論建模(系統(tǒng)機(jī)理系統(tǒng)機(jī)理)和試驗(yàn)建模和試驗(yàn)建模(系統(tǒng)系統(tǒng)辨識(shí)辨識(shí))。 數(shù)學(xué)模型建立以后，根據(jù)離散化設(shè)計(jì)、模擬化設(shè)數(shù)學(xué)模型建立以后，根據(jù)離散化設(shè)計(jì)、模擬化設(shè)計(jì)或復(fù)雜規(guī)

10、律設(shè)計(jì)等方法確定控制算法。計(jì)或復(fù)雜規(guī)律設(shè)計(jì)等方法確定控制算法。12計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院 一般簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過(guò)程：一般簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過(guò)程：PI、PID控制控制 工況復(fù)雜、工藝要求較高的生產(chǎn)過(guò)程：比值控制、工況復(fù)雜、工藝要求較高的生產(chǎn)過(guò)程：比值控制、前饋控制、串級(jí)控制、自適應(yīng)控制等前饋控制、串級(jí)控制、自適應(yīng)控制等 快速隨動(dòng)系統(tǒng)：最少拍無(wú)差的直接設(shè)計(jì)法快速隨動(dòng)系統(tǒng)：最少拍無(wú)差的直接設(shè)計(jì)法 具有純滯后的被控對(duì)象：達(dá)林算法或具有純滯后的被控對(duì)象：達(dá)林算法或Smith預(yù)估預(yù)估純滯后補(bǔ)償算法純滯后補(bǔ)償算法 隨機(jī)系統(tǒng)：隨機(jī)控制算法隨機(jī)系統(tǒng)：隨機(jī)控制算法 具有時(shí)變、非線性

11、特性及難以建模的控制對(duì)象：具有時(shí)變、非線性特性及難以建模的控制對(duì)象：模糊控制、專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等模糊控制、專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等 在在DDC系統(tǒng)中，常用系統(tǒng)中，常用PID控制算法及其改進(jìn)形式?？刂扑惴捌涓倪M(jìn)形式。13計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)：速度快、節(jié)省：速度快、節(jié)省CPU時(shí)間；但系統(tǒng)較復(fù)雜、時(shí)間；但系統(tǒng)較復(fù)雜、靈活性差，價(jià)格較高靈活性差，價(jià)格較高軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)：靈活、價(jià)格便宜，但占用：靈活、價(jià)格便宜，但占用CPU時(shí)間時(shí)間 1. 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇 2. 選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)機(jī)型選擇系統(tǒng)的總線和主機(jī)機(jī)型 3. 選擇過(guò)

12、程通道模板選擇過(guò)程通道模板 4. 選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5. 檢測(cè)單元檢測(cè)單元9.1.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)14計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院1. 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備選擇 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。綜現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括傳感器、變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。綜合考慮工作環(huán)境、性能、價(jià)格等因素?fù)駜?yōu)而用。合考慮工作環(huán)境、性能、價(jià)格等因素?fù)駜?yōu)而用。 采用總線式工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，可采用總線式工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，可以解決工業(yè)控制中眾多問(wèn)題。以解決工業(yè)控制中眾多問(wèn)題。15計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化

13、工程學(xué)院2. 選擇系統(tǒng)的總線選擇系統(tǒng)的總線1) 選擇系統(tǒng)的總線選擇系統(tǒng)的總線 內(nèi)總線：內(nèi)總線：PC總線和總線和STD總線，一般常選總線，一般常選PC總線總線 外總線：并行總線外總線：并行總線IEEE-488，串行總線，串行總線RS-232-C，進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信、多站點(diǎn)互聯(lián)的，進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信、多站點(diǎn)互聯(lián)的RS-422和和RS-485。 具體選擇哪一種要根據(jù)通信的速率、距離、系具體選擇哪一種要根據(jù)通信的速率、距離、系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議等要求綜合分析。統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議等要求綜合分析。2) 選擇主機(jī)機(jī)型選擇主機(jī)機(jī)型 根據(jù)要求合理選型，通常根據(jù)要求合理選型，通常80486的的CPU足夠。足夠。16計(jì)

14、算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院3. 選擇過(guò)程通道模板選擇過(guò)程通道模板 包括數(shù)字量包括數(shù)字量I/O、模擬量、模擬量I/O等模板。等模板。1) DI/DO模板模板 與工控機(jī)工地裝置的接口：與工控機(jī)工地裝置的接口：TTL電平電平 其他裝置與工控機(jī)之間：光電隔離其他裝置與工控機(jī)之間：光電隔離2) AI/AO模板模板 包括包括A/D、D/A板及信號(hào)調(diào)理電路。板及信號(hào)調(diào)理電路。 輸入輸出信號(hào)：輸入輸出信號(hào)：05V，110V，010mA，420mA及熱電偶、熱電阻和各種變送器的信號(hào)及熱電偶、熱電阻和各種變送器的信號(hào) 需注意分辨率、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標(biāo)。需注意分辨率

15、、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標(biāo)。17計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院4. 選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)1) 選擇變送器選擇變送器 根據(jù)被測(cè)參數(shù)的種類(lèi)、量程、被測(cè)對(duì)象的介質(zhì)類(lèi)型根據(jù)被測(cè)參數(shù)的種類(lèi)、量程、被測(cè)對(duì)象的介質(zhì)類(lèi)型和環(huán)境選擇。和環(huán)境選擇。2) 選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓三種類(lèi)型。執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液壓三種類(lèi)型。 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：體積小、種類(lèi)多、便于信號(hào)傳輸及處理，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：體積小、種類(lèi)多、便于信號(hào)傳輸及處理，控制一般的液體和氣體，但不宜于爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境控制一般的液體和氣體，但不宜于爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境 氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)

16、構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、適于易燃易爆的環(huán)境氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、適于易燃易爆的環(huán)境 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)：推力大、精度高液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)：推力大、精度高 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：數(shù)控機(jī)床、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：數(shù)控機(jī)床、X-Y記錄儀、旋轉(zhuǎn)變壓器、多圈記錄儀、旋轉(zhuǎn)變壓器、多圈電位器等電位器等 有觸電、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)；電磁閥等有觸電、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)；電磁閥等18計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院5. 檢測(cè)單元檢測(cè)單元 檢測(cè)元器件的選擇，是影響控制系統(tǒng)精度的重檢測(cè)元器件的選擇，是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素。檢測(cè)元器件稱(chēng)為要因素。檢測(cè)元器件稱(chēng)為“一次儀表一次儀表”。19計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣

17、與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院1. 編程語(yǔ)言選擇編程語(yǔ)言選擇 2. 數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃3. 資源分配資源分配4. 實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)20計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院1. 編程語(yǔ)言選擇編程語(yǔ)言選擇 (1) 匯編語(yǔ)言匯編語(yǔ)言(2) 高級(jí)語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言(3) 組態(tài)軟件組態(tài)軟件 組態(tài)軟件是專(zhuān)為工業(yè)過(guò)程控制開(kāi)發(fā)的軟件，組態(tài)軟件是專(zhuān)為工業(yè)過(guò)程控制開(kāi)發(fā)的軟件，包括控制算法模塊、計(jì)數(shù)包括控制算法模塊、計(jì)數(shù)/計(jì)時(shí)模塊、邏輯運(yùn)算模計(jì)時(shí)模塊、邏輯運(yùn)算模塊、輸入模塊、輸出模塊、打印模塊、塊、輸入模塊、輸出模塊、打印模塊、CRT顯示顯示

18、模塊等。模塊等。21計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院2. 數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃 控制系統(tǒng)各個(gè)功能模塊之間的關(guān)系體現(xiàn)在接口控制系統(tǒng)各個(gè)功能模塊之間的關(guān)系體現(xiàn)在接口條件上，即各接口參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類(lèi)型。條件上，即各接口參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類(lèi)型。 數(shù)據(jù)類(lèi)型可以分為邏輯型和數(shù)值型。通常將邏數(shù)據(jù)類(lèi)型可以分為邏輯型和數(shù)值型。通常將邏輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標(biāo)志中；數(shù)值型分為定點(diǎn)數(shù)和浮輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標(biāo)志中；數(shù)值型分為定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。點(diǎn)數(shù)。 若某參數(shù)是一系列有序數(shù)據(jù)的集合，如采樣信若某參數(shù)是一系列有序數(shù)據(jù)的集合，如采樣信號(hào)序列，則還存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。

19、號(hào)序列，則還存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。22計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院3. 資源分配資源分配 系統(tǒng)資源包括系統(tǒng)資源包括ROM、RAM、定時(shí)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中計(jì)數(shù)器、中斷源、斷源、I/O地址等，主要工作是地址等，主要工作是RAM資源的分配。資源的分配。4. 實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)控制軟件設(shè)計(jì)1) 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理程序2) 控制算法程序控制算法程序3) 控制量輸出程序控制量輸出程序4) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序?qū)崟r(shí)時(shí)鐘和中斷處理程序5) 數(shù)據(jù)管理程序數(shù)據(jù)管理程序6) 數(shù)據(jù)通信程序數(shù)據(jù)通信程序23計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)

20、院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院1離線仿真和調(diào)試離線仿真和調(diào)試1) 硬件調(diào)試硬件調(diào)試各種標(biāo)準(zhǔn)的功能模板、各種標(biāo)準(zhǔn)的功能模板、DI/DO輸出模板輸出模板 現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性通信功能，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性2) 軟件調(diào)試軟件調(diào)試 子程序子程序-次功能模塊次功能模塊-主程序的順序主程序的順序開(kāi)環(huán)調(diào)試檢查階躍響應(yīng)特性；閉環(huán)調(diào)試檢查反饋控制功能開(kāi)環(huán)調(diào)試檢查階躍響應(yīng)特性；閉環(huán)調(diào)試檢查反饋控制功能3) 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真 用模型來(lái)代替實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程用模型來(lái)代替實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程(被控對(duì)象被控對(duì)象)進(jìn)行試驗(yàn)和研進(jìn)行試驗(yàn)和研究究24計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣

21、與自動(dòng)化工程學(xué)院2在線調(diào)試和運(yùn)行在線調(diào)試和運(yùn)行1) 檢測(cè)元器件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須檢測(cè)元器件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，保證精確度要求；經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，保證精確度要求；2) 各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)過(guò)檢查，保證連接正確；各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)過(guò)檢查，保證連接正確；3) 對(duì)在流量中采用隔離液的系統(tǒng)，要清洗好引壓導(dǎo)對(duì)在流量中采用隔離液的系統(tǒng)，要清洗好引壓導(dǎo)管后灌入隔離液；管后灌入隔離液；4) 檢查調(diào)節(jié)閥能否正常工作；檢查調(diào)節(jié)閥能否正常工作；5) 檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地情況，如不符合要求，檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地情況，如不符合要求，應(yīng)采取措施；應(yīng)采取措施；6) 對(duì)安全防護(hù)措施也要檢查

22、。對(duì)安全防護(hù)措施也要檢查。25計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院9.2.1 過(guò)程控制系統(tǒng)舉例過(guò)程控制系統(tǒng)舉例-分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng) 1. 明確控制任務(wù)明確控制任務(wù) 2. 硬件設(shè)備的選擇硬件設(shè)備的選擇 (1) 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊 (2) 執(zhí)行器執(zhí)行器 3. 仿真實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)26計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院圖圖9.6 帶帶Smith預(yù)估器的溫控系統(tǒng)預(yù)估器的溫控系統(tǒng) 圖圖9.5 一般溫控系統(tǒng)原理框圖一般溫控系統(tǒng)原理框圖27計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院1.560s+1wp11.560

23、s+1wpPIDwc Zero-OrderStepScopeSaturationDelay1Delay圖圖9.8 帶有帶有Smith補(bǔ)償器的仿真結(jié)構(gòu)補(bǔ)償器的仿真結(jié)構(gòu)28計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院9.2.2 傳動(dòng)控制系統(tǒng)舉例傳動(dòng)控制系統(tǒng)舉例(直流電機(jī)控制系統(tǒng)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的PID算法應(yīng)用算法應(yīng)用)1. 直流電電機(jī)的速度控制方案29計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院2. 硬件結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) (1) 單片機(jī)單片機(jī) (2) DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832和和AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADS7818 (3) 無(wú)刷電機(jī)控制芯片無(wú)刷電機(jī)控制芯片

24、MC33035 (4) 測(cè)速裝置測(cè)速裝置 (5)功率驅(qū)動(dòng)電路功率驅(qū)動(dòng)電路3系統(tǒng)軟統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)4仿真實(shí)驗(yàn)真實(shí)驗(yàn) 30計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院31計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院329.2.6 礦井提升機(jī)礦井提升機(jī)直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例圖圖9.33提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)速度給定提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)速度給定(折線折線)提升系統(tǒng)的速度圖包括五個(gè)階段提升系統(tǒng)的速度圖包括五個(gè)階段(也有六個(gè)階段，即也有六個(gè)階段，即增設(shè)初加速階段增設(shè)初加速階段)，一般稱(chēng)為五階段速度圖，即：，一般稱(chēng)為五階段速度圖，即：加加

25、速階段、勻速階段、減速階段、爬行階段、制動(dòng)階段速階段、勻速階段、減速階段、爬行階段、制動(dòng)階段。提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)速度給定提升機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)速度給定 v = f(s)如圖如圖9.33所示。所示。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院33圖圖9.34提升機(jī)電氣傳動(dòng)提升機(jī)電氣傳動(dòng)S形速度給定曲線形速度給定曲線五階段速度圖五階段速度圖(折線折線)的的不足不足：一是對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，：一是對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，形成尖峰負(fù)荷，影響整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；二是形成尖峰負(fù)荷，影響整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；二是對(duì)提升系統(tǒng)機(jī)械部分產(chǎn)生動(dòng)態(tài)沖擊，加劇鋼絲繩的擺對(duì)提升系統(tǒng)機(jī)械部分產(chǎn)生動(dòng)態(tài)沖擊，加劇

26、鋼絲繩的擺動(dòng)，對(duì)提升機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行造成不良影響。動(dòng)，對(duì)提升機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行造成不良影響。原因原因：折線形速度圖的速度過(guò)渡不平滑，在速度的變：折線形速度圖的速度過(guò)渡不平滑，在速度的變化拐點(diǎn)處加速度變化率過(guò)大而造成突變?；拯c(diǎn)處加速度變化率過(guò)大而造成突變。解決辦法解決辦法：S形速度給定曲線形速度給定曲線(見(jiàn)圖見(jiàn)圖9.34)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院341. 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想2. 系統(tǒng)統(tǒng)方案的選擇選擇3. 雙閉環(huán)雙閉環(huán)直流調(diào)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)1) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作原理雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作原理2) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分 析析(1) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立(2) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析1) 提升系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)提升系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)2) 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院359.38直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖計(jì)算機(jī)控