第九章 計算機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院1計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院2本章知識結(jié)構(gòu)本章知識結(jié)構(gòu)計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院設(shè)計計算機控制系統(tǒng)的原則：設(shè)計計算機控制系統(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)各種功能得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)以實現(xiàn)的基礎(chǔ) 操作性能要好操作性能要好：便于現(xiàn)場人員的操作使用和維護：便于現(xiàn)場人員的操作使用和維護 實時性好實時性好：對內(nèi)部和外部事件能及時響應(yīng)：對內(nèi)部和外部事件能及時響應(yīng) 通用性強通用性強：具有可擴充性及在不改變設(shè)備

2、情況下：具有可擴充性及在不改變設(shè)備情況下適應(yīng)新的要求適應(yīng)新的要求 設(shè)計周期短和成本低設(shè)計周期短和成本低3計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(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)計方案確定系統(tǒng)的總體設(shè)計方案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)計系統(tǒng)硬件設(shè)計u 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計u 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試4計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(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) 首先熟悉控制對象的工藝流程，明確控制任首先熟悉控制對象的

3、工藝流程，明確控制任務(wù)務(wù)，包括系統(tǒng)信息來源和種類，被控對象和被控，包括系統(tǒng)信息來源和種類，被控對象和被控參數(shù)的特性，控制對象的工作環(huán)境，對人機通道參數(shù)的特性，控制對象的工作環(huán)境，對人機通道的要求，各項技術(shù)經(jīng)濟指標等，并根據(jù)實際應(yīng)用的要求，各項技術(shù)經(jīng)濟指標等，并根據(jù)實際應(yīng)用中存在的問題提出具體的控制要求，確定所設(shè)計中存在的問題提出具體的控制要求，確定所設(shè)計的系統(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、時序圖、控制流程等描述控其次用工藝圖、時序圖、控制流程等描述控制過程和控制任務(wù)，撰寫設(shè)計任務(wù)說明書制過程和控制任務(wù)，撰寫設(shè)計任務(wù)說明書。5計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)

4、院電氣與自動化工程學(xué)院根據(jù)常見的控制問題將控制對象的要求分為兩類：根據(jù)常見的控制問題將控制對象的要求分為兩類：(1) 調(diào)節(jié)器問題調(diào)節(jié)器問題：當控制對象的輸出偏離平衡狀：當控制對象的輸出偏離平衡狀態(tài)或有這種趨勢時，對它加以控制，使其回到態(tài)或有這種趨勢時，對它加以控制，使其回到平衡狀態(tài)，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為恒值系統(tǒng)平衡狀態(tài)，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為恒值系統(tǒng)(2) 伺服機問題伺服機問題：對控制對象加以控制，使它的：對控制對象加以控制，使它的輸出按某種規(guī)律變化，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為隨輸出按某種規(guī)律變化，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為隨機系統(tǒng)。機系統(tǒng)。6計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(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. 測量器件的選擇測量器件的選擇3. 執(zhí)行機構(gòu)的選擇執(zhí)行機構(gòu)的選擇4. 選擇過程通道及外設(shè)選擇過程通道及外設(shè)5. 畫出整個控制系統(tǒng)原理圖畫出整個控制系統(tǒng)原理圖9.1.2 確定系統(tǒng)的總體設(shè)計方案確定系統(tǒng)的總體設(shè)計方案7計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(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)是采用開環(huán)控制、閉環(huán)控制，首先確定系統(tǒng)是采用開環(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(控制裝置機型控制裝置機型)：單片

6、機、單片機、PLC、IPC、DCS、FCS等。等。8計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院2. 測量器件的選擇測量器件的選擇 根據(jù)測量范圍和要求的精度選擇被控量的測根據(jù)測量范圍和要求的精度選擇被控量的測量器件，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)行機構(gòu)的選擇執(zhí)行機構(gòu)的選擇 不僅根據(jù)被控對象的實際情況，而且也要考不僅根據(jù)被控對象的實際情況，而且也要考慮與控制算法相匹配的問題。慮與控制算法相匹配的問題。 常用的執(zhí)行機構(gòu)：電動執(zhí)行機構(gòu)、氣動薄膜常用的執(zhí)行機構(gòu)

7、：電動執(zhí)行機構(gòu)、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥、伺服電動機、步進電動機、晶閘管等調(diào)節(jié)閥、伺服電動機、步進電動機、晶閘管等9計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院4. 選擇過程通道及外設(shè)選擇過程通道及外設(shè)數(shù)據(jù)采集和傳輸所需的過程通道數(shù)數(shù)據(jù)采集和傳輸所需的過程通道數(shù)1) 所有過程通道的數(shù)據(jù)傳輸率，各通道處理的數(shù)所有過程通道的數(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) 過程通道是串行操作還是并行操作過程通道是串行操作還是并行操作3) 模擬量過程通道中數(shù)據(jù)位數(shù)的選擇：由控制精模擬量過程通道中數(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) 過程

8、通道連接方式的選擇：每個通道單獨設(shè)置過程通道連接方式的選擇：每個通道單獨設(shè)置A/D或或D/A還是多通道共享一個還是多通道共享一個A/D或或D/A5) 對顯示、打印有無要求對顯示、打印有無要求10計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院5. 畫出整個控制系統(tǒng)原理圖畫出整個控制系統(tǒng)原理圖 結(jié)合工業(yè)流程圖畫出完整的控制系統(tǒng)原理結(jié)合工業(yè)流程圖畫出完整的控制系統(tǒng)原理圖，包括傳感器、變送器。外設(shè)、過程通道及圖，包括傳感器、變送器。外設(shè)、過程通道及微型計算機，要簡單、清晰、明了。微型計算機，要簡單、清晰、明了。11計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)

9、院 計算機控制系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣，主要取決于采計算機控制系統(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象，因此有必要建立系統(tǒng)的數(shù)擇取決于具體的被控對象，因此有必要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，且被控對象的數(shù)學(xué)模型的準確程度對系統(tǒng)的學(xué)模型，且被控對象的數(shù)學(xué)模型的準確程度對系統(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)機理系統(tǒng)機理)和試驗建模和試驗建模(系統(tǒng)系統(tǒng)辨識辨識)。 數(shù)學(xué)模型建立以后，根據(jù)離散化設(shè)計、模擬化設(shè)數(shù)學(xué)模型建立以后，根據(jù)離散化設(shè)計、模擬化設(shè)計或復(fù)雜規(guī)

10、律設(shè)計等方法確定控制算法。計或復(fù)雜規(guī)律設(shè)計等方法確定控制算法。12計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院 一般簡單的生產(chǎn)過程：一般簡單的生產(chǎn)過程：PI、PID控制控制 工況復(fù)雜、工藝要求較高的生產(chǎn)過程：比值控制、工況復(fù)雜、工藝要求較高的生產(chǎn)過程：比值控制、前饋控制、串級控制、自適應(yīng)控制等前饋控制、串級控制、自適應(yīng)控制等 快速隨動系統(tǒng)：最少拍無差的直接設(shè)計法快速隨動系統(tǒng)：最少拍無差的直接設(shè)計法 具有純滯后的被控對象：達林算法或具有純滯后的被控對象：達林算法或Smith預(yù)估預(yù)估純滯后補償算法純滯后補償算法 隨機系統(tǒng)：隨機控制算法隨機系統(tǒng)：隨機控制算法 具有時變、非線性

11、特性及難以建模的控制對象：具有時變、非線性特性及難以建模的控制對象：模糊控制、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等模糊控制、專家系統(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控制算法及其改進形式。控制算法及其改進形式。13計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)：速度快、節(jié)?。核俣瓤?、節(jié)省CPU時間；但系統(tǒng)較復(fù)雜、時間；但系統(tǒng)較復(fù)雜、靈活性差，價格較高靈活性差，價格較高軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn)：靈活、價格便宜，但占用：靈活、價格便宜，但占用CPU時間時間 1. 現(xiàn)場設(shè)備選擇現(xiàn)場設(shè)備選擇 2. 選擇系統(tǒng)的總線和主機機型選擇系統(tǒng)的總線和主機機型 3. 選擇過

12、程通道模板選擇過程通道模板 4. 選擇變送器和執(zhí)行機構(gòu)選擇變送器和執(zhí)行機構(gòu) 5. 檢測單元檢測單元9.1.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計14計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院1. 現(xiàn)場設(shè)備選擇現(xiàn)場設(shè)備選擇 現(xiàn)場設(shè)備包括傳感器、變送器和執(zhí)行機構(gòu)。綜現(xiàn)場設(shè)備包括傳感器、變送器和執(zhí)行機構(gòu)。綜合考慮工作環(huán)境、性能、價格等因素擇優(yōu)而用。合考慮工作環(huán)境、性能、價格等因素擇優(yōu)而用。 采用總線式工業(yè)控制機進行系統(tǒng)硬件設(shè)計，可采用總線式工業(yè)控制機進行系統(tǒng)硬件設(shè)計，可以解決工業(yè)控制中眾多問題。以解決工業(yè)控制中眾多問題。15計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化

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，進行遠距離通信、多站點互聯(lián)的，進行遠距離通信、多站點互聯(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)拓撲結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議等要求綜合分析。統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議等要求綜合分析。2) 選擇主機機型選擇主機機型 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

14、算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院3. 選擇過程通道模板選擇過程通道模板 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 與工控機工地裝置的接口：與工控機工地裝置的接口：TTL電平電平 其他裝置與工控機之間：光電隔離其他裝置與工控機之間：光電隔離2) AI/AO模板模板 包括包括A/D、D/A板及信號調(diào)理電路。板及信號調(diào)理電路。 輸入輸出信號：輸入輸出信號：05V，110V，010mA，420mA及熱電偶、熱電阻和各種變送器的信號及熱電偶、熱電阻和各種變送器的信號 需注意分辨率、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標。需注意分辨率

15、、轉(zhuǎn)換速度、量程范圍等技術(shù)指標。17計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院4. 選擇變送器和執(zhí)行機構(gòu)選擇變送器和執(zhí)行機構(gòu)1) 選擇變送器選擇變送器 根據(jù)被測參數(shù)的種類、量程、被測對象的介質(zhì)類型根據(jù)被測參數(shù)的種類、量程、被測對象的介質(zhì)類型和環(huán)境選擇。和環(huán)境選擇。2) 選擇執(zhí)行機構(gòu)選擇執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)分為氣動、電動和液壓三種類型。執(zhí)行機構(gòu)分為氣動、電動和液壓三種類型。 電動執(zhí)行機構(gòu)：體積小、種類多、便于信號傳輸及處理，電動執(zhí)行機構(gòu)：體積小、種類多、便于信號傳輸及處理，控制一般的液體和氣體，但不宜于爆炸危險的環(huán)境控制一般的液體和氣體，但不宜于爆炸危險的環(huán)境 氣動執(zhí)行機

16、構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單、價格低、適于易燃易爆的環(huán)境氣動執(zhí)行機構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單、價格低、適于易燃易爆的環(huán)境 液壓執(zhí)行機構(gòu)：推力大、精度高液壓執(zhí)行機構(gòu)：推力大、精度高 步進電動機：數(shù)控機床、步進電動機：數(shù)控機床、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、無觸點開關(guān)；電磁閥等有觸電、無觸點開關(guān)；電磁閥等18計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院5. 檢測單元檢測單元 檢測元器件的選擇，是影響控制系統(tǒng)精度的重檢測元器件的選擇，是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素。檢測元器件稱為要因素。檢測元器件稱為“一次儀表一次儀表”。19計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣

17、與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院1. 編程語言選擇編程語言選擇 2. 數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃3. 資源分配資源分配4. 實時控制軟件設(shè)計實時控制軟件設(shè)計20計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院1. 編程語言選擇編程語言選擇 (1) 匯編語言匯編語言(2) 高級語言高級語言(3) 組態(tài)軟件組態(tài)軟件 組態(tài)軟件是專為工業(yè)過程控制開發(fā)的軟件，組態(tài)軟件是專為工業(yè)過程控制開發(fā)的軟件，包括控制算法模塊、計數(shù)包括控制算法模塊、計數(shù)/計時模塊、邏輯運算模計時模塊、邏輯運算模塊、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計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院2. 數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)劃 控制系統(tǒng)各個功能模塊之間的關(guān)系體現(xiàn)在接口控制系統(tǒng)各個功能模塊之間的關(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)類型。 數(shù)據(jù)類型可以分為邏輯型和數(shù)值型。通常將邏數(shù)據(jù)類型可以分為邏輯型和數(shù)值型。通常將邏輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標志中；數(shù)值型分為定點數(shù)和浮輯型數(shù)據(jù)歸到軟件標志中；數(shù)值型分為定點數(shù)和浮點數(shù)。點數(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，如采樣信號序列，則還存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問題。

19、號序列，則還存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的問題。22計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(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、定時器、定時器/計數(shù)器、中計數(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. 實時控制軟件設(shè)計實時控制軟件設(shè)計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) 實時時鐘和中斷處理程序?qū)崟r時鐘和中斷處理程序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計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)

20、院電氣與自動化工程學(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)試各種標準的功能模板、各種標準的功能模板、DI/DO輸出模板輸出模板 現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機構(gòu)現(xiàn)場儀表和執(zhí)行機構(gòu) 通信功能，驗證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性通信功能，驗證數(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 用模型來代替實際生產(chǎn)過程用模型來代替實際生產(chǎn)過程(被控對象被控對象)進行試驗和研進行試驗和研究究24計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣

21、與自動化工程學(xué)院2在線調(diào)試和運行在線調(diào)試和運行1) 檢測元器件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須檢測元器件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須經(jīng)過校驗，保證精確度要求；經(jīng)過校驗，保證精確度要求；2) 各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確；各種接線和導(dǎo)管必須經(jīng)過檢查，保證連接正確；3) 對在流量中采用隔離液的系統(tǒng)，要清洗好引壓導(dǎo)對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) 對安全防護措施也要檢查

22、。對安全防護措施也要檢查。25計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院9.2.1 過程控制系統(tǒng)舉例過程控制系統(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. 仿真實驗仿真實驗26計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(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計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院1.560s+1wp11.560

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

24、MC33035 (4) 測速裝置測速裝置 (5)功率驅(qū)動電路功率驅(qū)動電路3系統(tǒng)軟統(tǒng)軟件設(shè)計設(shè)計4仿真實驗真實驗 30計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院31計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院329.2.6 礦井提升機礦井提升機直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計舉例直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計舉例圖圖9.33提升機電氣傳動系統(tǒng)速度給定提升機電氣傳動系統(tǒng)速度給定(折線折線)提升系統(tǒng)的速度圖包括五個階段提升系統(tǒng)的速度圖包括五個階段(也有六個階段，即也有六個階段，即增設(shè)初加速階段增設(shè)初加速階段)，一般稱為五階段速度圖，即：，一般稱為五階段速度圖，即：加加

25、速階段、勻速階段、減速階段、爬行階段、制動階段速階段、勻速階段、減速階段、爬行階段、制動階段。提升機電氣傳動系統(tǒng)速度給定提升機電氣傳動系統(tǒng)速度給定 v = f(s)如圖如圖9.33所示。所示。計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院33圖圖9.34提升機電氣傳動提升機電氣傳動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：一是對電網(wǎng)造成沖擊，：一是對電網(wǎng)造成沖擊，形成尖峰負荷，影響整個電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行；二是形成尖峰負荷，影響整個電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行；二是對提升系統(tǒng)機械部分產(chǎn)生動態(tài)沖擊，加劇鋼絲繩的擺對提升系統(tǒng)機械部分產(chǎn)生動態(tài)沖擊，加劇

26、鋼絲繩的擺動，對提升機的穩(wěn)定運行造成不良影響。動，對提升機的穩(wěn)定運行造成不良影響。原因原因：折線形速度圖的速度過渡不平滑，在速度的變：折線形速度圖的速度過渡不平滑，在速度的變化拐點處加速度變化率過大而造成突變?；拯c處加速度變化率過大而造成突變。解決辦法解決辦法：S形速度給定曲線形速度給定曲線(見圖見圖9.34)。計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院341. 設(shè)計設(shè)計思想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)的動態(tài)性能分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(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)計思路設(shè)計思路計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)電氣與自動化工程學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院359.38直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖計算機控