計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件

第一章

緒論

一.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論二.工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)三.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概述

佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院丁偉雄電話：83888012電郵：fsdwx@163.com2006年6月8日星期四10時(shí)32分41秒第一章緒論 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院丁偉雄11.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成

圖示計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)(通常稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī),簡稱工控機(jī))來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。偏差控制量一

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其組成一計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概論2所謂自動(dòng)控制，就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)過程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。所謂自動(dòng)控制，就是在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使生產(chǎn)32計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來自測量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測和輸入；（2）實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。（3）實(shí)時(shí)控制輸出：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式（5種）（1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)該系統(tǒng)屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的控制算法，依賴測量元件測得的信號(hào)數(shù)據(jù)，計(jì)算出供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。操作人員根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的信息去改變調(diào)節(jié)器的給定值或直接操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式（5種）5（2）直接數(shù)字控制（DirectDigitalControl）系統(tǒng)DDC系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)首先通過模擬量輸入通道（AI）和開關(guān)量輸入通道（DI）實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，最后發(fā)出控制信息，并通過模擬量輸出通道（AO）和開關(guān)量輸出通道（DO）直接控制生產(chǎn)過程。（2）直接數(shù)字控制（DirectDigitalContr6（3）監(jiān)督控制（SupervisoryComputerControl)系統(tǒng)監(jiān)督控制中，計(jì)算機(jī)根據(jù)原始工藝信息和其他的參數(shù)，按照描述生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型或其他方法，自動(dòng)地改變模擬調(diào)節(jié)器或以直接數(shù)字控制方式工作的微型機(jī)中的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況（如保持高質(zhì)量、高效率、低消耗、低成本等等）。從這個(gè)角度上說，它的作用始改變?cè)O(shè)定值，又稱為設(shè)定值控制SPC(SetPointControl).（3）監(jiān)督控制（SupervisoryComputerC7（4）分散型控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem-DCS)DCS采用分散控制，集中操作，分級(jí)管理，分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則，把系統(tǒng)從上到下分為分散過程控制級(jí)、集中操作監(jiān)控級(jí)、綜合信息管理級(jí)，形成分級(jí)分布式控制。（4）分散型控制系統(tǒng)8（5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem-FCS)FCS是新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的DCS，其結(jié)構(gòu)模式為“操作站－控制站－現(xiàn)場儀表”三層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)成本較高，而且各廠商的DCS又各自的標(biāo)準(zhǔn)，不能互連。FCS于DCS不同，它的結(jié)構(gòu)模式為“工作站－現(xiàn)場總線儀表”二層結(jié)構(gòu)，完成了DCS三層結(jié)構(gòu)的功能，降低了成本，提高了可靠性，國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一后，可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

（5）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)91.工業(yè)控制機(jī)

PC總線工控機(jī)（X86CPU）STD總線工控機(jī)（X86CPU)VME總線工控機(jī)（MotorolaCPU）

多總線（MULTIBUS)工控機(jī)（X86CPU)

二.工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)1.工業(yè)控制機(jī)二.工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)102.PC總線標(biāo)準(zhǔn)XT線（書上的PC總線）：62線，16位，數(shù)據(jù)傳輸率2.38MbpsISA(AT)總線：對(duì)XT總線的擴(kuò)充，98線，16位，尋址空間16MB，數(shù)據(jù)傳輸率16MbpsEISA總線：對(duì)ISA總線的擴(kuò)充，32位，98+98線，數(shù)據(jù)傳輸率32MbpsVESA總線：局部總線標(biāo)準(zhǔn)，是ISA總線的擴(kuò)展，適應(yīng)多媒體技術(shù)，數(shù)據(jù)交換由CPU總線直接進(jìn)行，運(yùn)行速度為66MHz或更高，最大數(shù)據(jù)傳輸率為132Mbps。

2.PC總線標(biāo)準(zhǔn)11PCI總線：在CPU和外設(shè)間插入?yún)f(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓芾韺?，提供一致的總線接口，形成了開放的局部總線標(biāo)準(zhǔn)，而不依賴于CPU芯片。工作頻率33MHz，PCI總線的數(shù)據(jù)寬度為32位和64兩種，

數(shù)據(jù)傳輸率分別為133Mbps和266Mbps，PCIExpress數(shù)據(jù)傳輸率可以達(dá)到8Gbps。

PCI總線：在CPU和外設(shè)間插入?yún)f(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓芾韺?，提供?23.基于PC總線的工業(yè)控制機(jī)常見類型ISA總線工控機(jī)PCI總線工控機(jī)PC104總線工控機(jī)：總線與ISA兼容的基礎(chǔ)上縮小模板尺寸，降低功耗，滿足嵌入式系統(tǒng)的要求。有104條信號(hào)線，模板尺寸為3.6in×3.8in(90mm×96mm)，可以層疊。CompactPCI工控機(jī)：PCI總線＋歐式插卡結(jié)構(gòu)。3.基于PC總線的工業(yè)控制機(jī)常見類型13三

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概述1推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù)（1）普及應(yīng)用可編程序控制器(PLC)（2）廣泛使用調(diào)節(jié)器（3）采用新型的DCS和FCS2大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)（1）分級(jí)遞階智能控制系統(tǒng)（2）模糊控制系統(tǒng)（3）專家系統(tǒng)（4）學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)（5）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)三計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展概述1推廣應(yīng)用成熟的先進(jìn)技術(shù)14第2章 輸入輸出接口與過程通道

接口：計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁，包括輸入和輸出接口。接口技術(shù)：研究計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的技術(shù)。過程通道：計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。（AI、AO、DI、DO）2.1數(shù)字量輸入輸出通道（DI、DO）數(shù)字量－開關(guān)量：用“0”和“1”兩個(gè)量進(jìn)行描述。第2章 輸入輸出接口與過程通道152.1.1數(shù)字量輸入輸出接口

數(shù)字量輸入接口

三態(tài)門緩沖器74LS244

MOVDX,port

INAL,DX2.1.1數(shù)字量輸入輸出接口16數(shù)字量輸出接口

鎖存器74LS273

利用IOW上

升沿鎖存

MOVAL,DATA

MOVDX,port

OUTDX,DL數(shù)字量輸出接口17輸

入調(diào)

理電

路輸

入緩

沖器地址譯碼器生產(chǎn)過程PC總線2.1.2數(shù)字量輸入通道

數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)

輸入輸入地址譯碼器生P2.1.2數(shù)字量輸入通道18輸入調(diào)理電路－把現(xiàn)場信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離轉(zhuǎn)換成

計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)。小功率輸入調(diào)理電路－開關(guān)去抖電路

積分電路

AOAOOA1輸入調(diào)理電路AOAOOA119 RS觸發(fā)器

去抖

RS觸發(fā)器

“1”

負(fù)脈沖

“0”

高電平

RS觸發(fā)器 20大功率輸入調(diào)理電路

－采用光電隔離

大功率輸入調(diào)理電路 21輸

出驅(qū)

動(dòng)器輸

出鎖

存器地址譯碼器生產(chǎn)過程PC總線2.1.3數(shù)字量輸出通道

1、數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)

輸出輸出地址譯碼器生P2.1.3數(shù)字量輸出通道222、輸出驅(qū)動(dòng)電路

小功率直流驅(qū)動(dòng)電路功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路

續(xù)流二極管在功率晶體管關(guān)閉時(shí)，為繼電器線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢提供旁路通道，保護(hù)晶體管。2、輸出驅(qū)動(dòng)電路 23達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路MC1416，7路驅(qū)動(dòng)，帶保護(hù)二極管達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路24大功率交流驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器。零交叉電路在交流電過零時(shí)產(chǎn)生

觸發(fā)信號(hào)，減少干擾。大功率交流驅(qū)動(dòng)電路252.2A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)

常用A/D轉(zhuǎn)換方式：1、逐次逼近型：轉(zhuǎn)換時(shí)間短，抗擾性差（電壓比較）ADC0809（8位），AD574（12位）

2、雙斜積分型：轉(zhuǎn)換時(shí)間長，抗擾性好（積分）MC14433（11位），ICL7135（14位）3、全并行比較型（Flash型）：采用多個(gè)比較器，速度極高，電路規(guī)模大，成本高。4、分級(jí)型：減少并行比較ADC的位數(shù)，分級(jí)多次轉(zhuǎn)換，減小電路規(guī)模，保持較高速度。5、Σ-Δ型（過采樣轉(zhuǎn)換器）：高速1bitDAC+數(shù)字濾波，轉(zhuǎn)換成低采樣率高位數(shù)字，分辨率高。2.2A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)26A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)：－轉(zhuǎn)換時(shí)間：積分型毫秒級(jí)，逐次比較微秒級(jí)，全并行納秒級(jí)。 －分辨率：數(shù)字量位數(shù)n。 LSB（最低有效位）－滿量程的1/2n. －線性誤差：量程范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性 的最大誤差，通常為1/2LSB或1LSB －量程：能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。 －對(duì)基準(zhǔn)電源的要求：電源精度。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)：272.2.1A/D轉(zhuǎn)換器8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809

－帶8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器

－轉(zhuǎn)換時(shí)間100us,誤差±1/2LSB2.2.1A/D轉(zhuǎn)換器288通道模擬開關(guān)及通道選擇

－地址鎖存信號(hào)ALE轉(zhuǎn)換啟動(dòng)：START收到正脈沖轉(zhuǎn)換結(jié)束：EOC從低電平變?yōu)楦唠娖交鶞?zhǔn)電壓：VREF(+)=5.12V,VREF(-)=0VCBA通道000VIN0001VIN1

…………111VIN7

8通道模擬開關(guān)及通道選擇CBA通道000VIN0001V29轉(zhuǎn)換時(shí)序

轉(zhuǎn)換時(shí)序3012位A/D轉(zhuǎn)換器AD547A

單通道12位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器

轉(zhuǎn)換時(shí)間25us,誤差±1/2LSB，單極性或雙極

性輸入，量程10V或20V。12位A/D轉(zhuǎn)換器AD547A31單、雙極性應(yīng)用－單極性：BIPOFF接0V－雙極性：BIPOFF接10V單、雙極性應(yīng)用32轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出：－引腳12/8=1：D11-D0并行輸出；

引腳12/8=0：D11-D8和D7-D0分時(shí)輸出；控制邏輯CECSR/C12/8A0操作功能100X0啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換10001啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換1011X輸出12位數(shù)字10100輸出高8位數(shù)字10101輸出低4位數(shù)字0XXXX無操作X1XXX無操作轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出：CECSR/C12/8A0操作功能100X033轉(zhuǎn)換進(jìn)行：STS為高電平轉(zhuǎn)換結(jié)束：STS從高電平轉(zhuǎn)為低電平轉(zhuǎn)換時(shí)序：

啟動(dòng)轉(zhuǎn)換進(jìn)行：STS為高電平34轉(zhuǎn)換時(shí)序：讀轉(zhuǎn)換時(shí)序：讀352.2.2A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

ADC0809與8255A接口 －8255A的A口工作方式0。A口為數(shù)據(jù)輸入端 －C口上半部分為輸入，下半部分為輸出。 PC0-PC2－通道地址ABCPC3－ALE和START，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換PC7－OE和EOC，檢測轉(zhuǎn)換結(jié)束 －8255A系統(tǒng)地址2C0H~2C3H。2.2.2A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)36計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件37ADC0809 PROCNEAR MOVCX,8;循環(huán)次數(shù) CLD;DI自動(dòng)增量 MOVBL,00H;模擬通道地址 LEADI,DATABUF；字串存儲(chǔ)地址NEXTA: MOVDX,02C2H MOVAL,BL OUTDX,AL INCDX MOVAL,00000111B；輸出啟動(dòng)信號(hào)，上升沿鎖存地址 NOP NOP NOP MOVAL,00000110B；下降沿,形成ALE,START脈沖

ADC0809 PROCNEAR38 OUTDX,AL DECDXNOSC: INAL,DX;檢測轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) TESTAL,80H JNZNOSC;EOC=1,則等待，檢測EOC下降沿NOEOC: INAL,DX; TESTAL,80H JZNOSC;EOC=0,則等待，檢測EOC上升沿，轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOVDX,02C0H;讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 INAL,DX STOSDATABUF;保存結(jié)果 INCBL;修改模擬通道地址 LOOPNEXTA；CX-1; RETADC0809 ENDP OUTDX,AL39AD574與8255A接口 AD574的12/8接＋5V，A0接地，工作于12位轉(zhuǎn)換和讀出方式。 8255A的A口、B口工作方式0，數(shù)據(jù)輸入端C口上半部分為輸入，下半部分為輸出。PC0-PC2－R/C，CS，CE PC7－STS，檢測轉(zhuǎn)換結(jié)束 8255A系統(tǒng)地址2C0H~2C3H。AD574與8255A接口40計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件41 MOVDX,02C2H;令CS,R/C為低電平

MOVAL,00H OUTDX,AL NOP NOP MOVAL,04H；令CE=1,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 OUTDX,AL NOP NOP MOVAL,03H；令CE=0，CS,R/C＝1，啟動(dòng)完畢 OUTDX,ALPOLLING: INAL,DX;查詢STS狀態(tài) TESTAL,80H JNZPOLLING;STS=1則等待，檢測下降沿（轉(zhuǎn)換結(jié)束） MOVAL,01H；令CS＝0,R/C＝1,準(zhǔn)備讀

MOVDX,02C2H;令CS,R/C為低電平42

OUTDX,AL NOP MOVAL,05H;令CE=1,允許讀出 OUTDX,AL MOVDX,02C0H INAL,DX;讀高4位DB11-DB8; ANDAL,0FH MOVBH,AL；存高4位 INCDX INAL,DX；讀低8位DB7-DB0 MOVBL,AL INCDX MOVAL,03H OUTDX,AL;結(jié)束讀出操作

OUTDX,AL43第二章

輸入輸出接口與過程通道（2）

2.3模擬量輸入通道模擬量輸入通道－把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)中。模擬信號(hào)傳輸－0～10mA或4～20mA電流傳輸。第二章輸入輸出接口與過程通道（2）2.3模擬量輸入通道442.3.1模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)2.3.1模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)452.3.2I/V變換電流輸出 儀表DDZ-Ⅱ：0～10mA 儀表DDZ-Ⅲ,DDZ-S：4～20mA無源I/V變換（利用無源器件完成）

0～10mA:R1100Ω

R2500Ω

0～5V輸出

4～20mA:R1100Ω

R2250Ω

1～5V輸出2.3.2I/V變換46有源I/V變換（利用有源器件完成）

0～10mA:R1200Ω

R3100kΩ

R4150kΩ

0～5V輸出

4～20mA:R1200Ω

R3100kΩ

同相放大器倍數(shù)A=1+R4/R3R425kΩ 1～5V輸出

有源I/V變換（利用有源器件完成）472.3.3多路轉(zhuǎn)換器多路開關(guān)－理想工作狀態(tài)：開路電阻無窮大，導(dǎo)通電阻為0。要求切換速度快。舉例：CD4051－8通道開關(guān)

INH禁止輸入

2.3.3多路轉(zhuǎn)換器482.3.4采樣、量化及常用的采樣保持器信號(hào)的采樣

－采樣過程：以周期時(shí)間間隔T，把時(shí)間與幅值連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B串脈沖輸出信號(hào)。

－τ為采樣寬度，即K閉合的時(shí)間。

2.3.4采樣、量化及常用的采樣保持器49 香農(nóng)采樣定量：若信號(hào)的最高頻率為fmax，只要采樣頻率f≥2fmax，采樣信號(hào)就能唯一復(fù)現(xiàn)原信號(hào)。量化

量化：用一組數(shù)碼逼近離散模擬信號(hào)的幅值。 量化過程：模擬信號(hào)－>數(shù)字信號(hào)。 量化單位：A/D轉(zhuǎn)換器的最低有效位LSB對(duì)應(yīng)的模擬量。q=(ymax-ymin)/(2n-1)量化誤差：±1/2q 香農(nóng)采樣定量：若信號(hào)的最高頻率為fmax，只要采樣頻率f50采樣保持器

－孔徑時(shí)間tA/D：完成一次A/D轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間。

－孔徑誤差：采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。

－孔徑誤差的消除：采用采樣保持器

采樣保持器51計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件52

－孔徑時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)換誤差，A/D轉(zhuǎn)換器需要采樣保持器來提高輸入信號(hào)的頻率范圍。

－采樣保持器：把t=KT時(shí)刻的采樣值保持到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。

采樣：K閉合，CH快速充電，VOUT跟隨VIN

保持：K斷開，VOUT保持VC

－緩慢變化的信號(hào)無需采樣保持器

－孔徑時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)換誤差，A/D轉(zhuǎn)換器53

－LF398

采樣保持控制引腳8：高電平，采樣

低電平，保持 CH外接高品質(zhì)電容，其減小可以提高采樣頻率。

獲取時(shí)間：CH為0.01uF時(shí),時(shí)間為25us －LF398542.3.5模擬量輸入通道設(shè)計(jì) 器件：AD547A,LF398,CD4051,8255A指標(biāo) －8通道模擬量輸入 －12位A/D轉(zhuǎn)換（25us)，量程0～10V －查詢應(yīng)答方式電路邏輯： －通道選擇->PC0-PC2,通道禁止->PC3 －LF398采樣和保持->ADC547的STS+反相器 －AD547A的R/C,CS,CE->PC4-PC6 －轉(zhuǎn)換狀態(tài)檢測STS->PA7 －數(shù)據(jù)輸入：高4位->PA0-PA3，低8位->B口 2.3.5模擬量輸入通道設(shè)計(jì) 55計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件56AD574A PROCNEAR CLD LEADI,BUF MOVBL,00000000B;令CE，CS,R/C,INH=0,初始化 MOVCX,8ADC: MOVDX,2C2H;C口地址 MOVAL,BL OUTDX,AL;選擇多路開關(guān)，STS=0,LF398采樣 NOP NOP ORAL,01000000B；令CE=1,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換A/D OUTDX,AL； ANDAL,10111111B；令CE=0,形成啟動(dòng)脈沖 OUTDX,AL； MOVDX,2C0H;A口地址 AD574A PROCNEAR57PULLING INAL,DX；測試STS，看轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 TESTAL,80H JNZPULLING；轉(zhuǎn)換期間STS＝1，LF398保持 MOVAL,BL； ORAL,00010000B;轉(zhuǎn)換結(jié)束，令R/C＝1，準(zhǔn)備讀 MOVDX,2C2H; OUTDX,AL ORAL,01000000B;令CE,R/C＝1，開始讀 MOVDX,2C0H;讀A口高4位 INAL,DX ANDAL,0FH MOVAH,AL；高4位存在AH INCDX;讀B口低8位 INAL,DX；低8位存在AL STOSW;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)PULLING INAL,DX；測試STS，看轉(zhuǎn)換是否58

INCBL ;更換通道 LOOPADC MOVAL,00111000B;CE=0，CS,R/C,INH=1,芯片復(fù)位 MOVDX,2C2H OUTDX,AL RETAD574A ENDP INCBL ;更換通道 592.4D/A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)－分辨率：D/A轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 －建立時(shí)間：輸入數(shù)字信號(hào)的變化是滿量程時(shí)， 輸出信號(hào)達(dá)到離終值±1/2LSB的所需時(shí)間。－線性誤差：偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。常見D/A轉(zhuǎn)換器類型：－電流輸出型，通常要轉(zhuǎn)為電壓，速度因外接放大器有滯后。－電壓輸出形，速度快，僅用于高阻抗負(fù)載。2.4D/A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)60－乘算型，在基準(zhǔn)電壓輸入上加交變信號(hào)，能輸出數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電壓輸入相乘的結(jié)果，完成乘法運(yùn)算。－

1bitD/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制或頻率調(diào)制的輸出，然后用數(shù)字濾波器作平均化而得到電壓輸出(又稱位流方式)。

－乘算型，在基準(zhǔn)電壓輸入上加交變信號(hào)，能輸出數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電612.4.1D/A轉(zhuǎn)換器8位D/A轉(zhuǎn)換器ADC0832

－8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器2.4.1D/A轉(zhuǎn)換器62

－內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器：輸入鎖存器和DAC鎖

存器，分別由LE1，LE2控制。

高電平：寄存器直通

低電平：寄存器鎖存

－引腳說明： DI0-DI7：數(shù)字輸入 IOUT1,IOUT2：電流輸出，IOUT1+IOUT2=C

－內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器：輸入鎖存器和DAC鎖63

ILE：輸入寄存器鎖存允許

WR1：控制輸入寄存器

WR2：控制DAC寄存器

XFER：控制DAC寄存器 －XFER，WR2地用于多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器的同步， 通常接地，這時(shí)DAC寄存器直通。 －Rfb反饋電阻端，VREF參考電壓。 －DAC0832單緩沖形式：XFER，WR2接 地，ILE接高電平，WR1接I/O控制，CS接 譯碼，2個(gè)寄存器中只有輸入寄存器有效。 ILE：輸入寄存器鎖存允許6412位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210

－12位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC121065 －內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器：輸入鎖存器和DAC鎖存器，分別由LE控制。 －BYTE1/BYTE2輸入控制端高電平：DI0-DI11同時(shí)鎖存到輸入寄存器低電平：DI0-DI3鎖存到4位輸入寄存器 －DAC寄存器的鎖存控制端LE

高電平：Q＝D，輸入寄存器與DAC寄存器直通低電平：DAC寄存器鎖存 －WR1,WR2,CS,XFER,Rfb,VREF與DAC0832相同 －內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器：輸入鎖存器和DAC鎖存器，分別由LE662.4.2D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)DAC0832與XT總線接口

－DAC0832工作方式為單緩沖寄存器。

－用反相放大器把輸出電流轉(zhuǎn)換為負(fù)極性電壓

－工作過程： 1.端口地址+IOW有效->CS有效->LE1高電平 ->輸入寄存器直通->輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。 2.IOW變高->CS變高->LE1低電平->輸入寄

存器鎖存->D/A轉(zhuǎn)換輸出保持。2.4.2D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)67計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件68

－程序，端口地址300H。 MOVDX,300H MOVAL,7FH OUTDX,AL HLT －電流輸出端IOUT1,IOUT2的電位應(yīng)接近0，以保證運(yùn)放輸出的線性。 －程序，端口地址300H。69DAC1210與XT總線接口

－譯碼器對(duì)端口300H，301H，302H分別產(chǎn)生

Y0，

Y1

，

Y2用于DAC的控制。

－CS接地 8位輸入寄存器：XT總線D0-D7 4位輸入寄存器：XT總線D4-D7

－輸出端用反相放大器把差動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為電壓,經(jīng)倒相后變?yōu)檎龢O性電壓輸出。

DAC1210與XT總線接口70計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件71

－工作過程： 1.鎖存高8位數(shù)據(jù)：Y0有效->BYTE1/BYTE2高電平->當(dāng)IOW有效->D0-D7鎖入8位輸入寄存器，D4-D7鎖入4位輸入寄存器。 2.鎖存低4位數(shù)據(jù)：Y1有效->BYTE1/BYTE2低電平->當(dāng)IOW有效->D4-D7鎖入4位輸入寄存器。 3.輸入寄存器數(shù)據(jù)送到DAC寄存器：Y2有效->

XFER低電平->當(dāng)IOW有效->輸入寄存器數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器，并開始D/A轉(zhuǎn)換。 －工作過程：72

4.DAC寄存器鎖存，D/A輸出保持：Y2,IOW

變高電平->DAC寄存器鎖存數(shù)據(jù)，保持D/A轉(zhuǎn)換輸出。 －程序 MOVDX,300H;Y0有效 MOVAL,83H；高8位數(shù)據(jù) OUTDX,AL MOVDX,301H;Y1有效 MOVAL,0F0H；低4位數(shù)據(jù) OUTDX,AL MOVDX,302H；Y2有效 OUTDX,AL；進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換 HLT 4.DAC寄存器鎖存，D/A輸出保持：Y2,IO73微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

第五講

第3章

數(shù)字程序控制技術(shù)所謂數(shù)字程序控制，就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。數(shù)控系統(tǒng)：輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補(bǔ)器。計(jì)算機(jī)數(shù)控CNC(ComputerNumericalControl)微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 第五講第3章數(shù)字程序控制技術(shù)74

步驟：1.曲線分段：

－圖中曲線分為三段，分別為ab、bc、cd，a、b、c、d四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)。

－分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi)。

752.插補(bǔ)計(jì)算：

－插補(bǔ)計(jì)算：

給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法。

－插補(bǔ)計(jì)算原則：通過給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。

－插補(bǔ)：

直線插補(bǔ)(在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來逼近)

二次曲線插補(bǔ)－圓弧、拋物線、雙曲線

(在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來逼近)3.折線逼近：

根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算出的中間點(diǎn)、產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)x、y方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形或加工所要求的輪廓。2.插補(bǔ)計(jì)算：76－步長：刀具對(duì)應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置，可以用△x,△y表示，一般△x＝

△y x方向步數(shù)：Nx＝(xe-x0)/△x y方向步數(shù)：Ny＝(ye-y0)/△y－步長：刀具對(duì)應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置，可以用△x,△773.1.2數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制的3種方式：點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。點(diǎn)位控制

只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，即工件加工點(diǎn)準(zhǔn)確定位，對(duì)刀具的移動(dòng)路徑、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向不作規(guī)定，且在移動(dòng)過程中不做任何加工，只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開始加工。（定位）直線切削控制

控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對(duì)于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行切削加工。（單軸切削）3.1.2數(shù)字程序控制方式78輪廓的切削控制

控制刀具沿工件輪廓曲線運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行。（多軸切削）三種方式比較

點(diǎn)位控制：驅(qū)動(dòng)電路簡單，無需插補(bǔ)

直線切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，無需插補(bǔ)

輪廓切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，需插補(bǔ)

輪廓的切削控制793.1.3開環(huán)數(shù)字程序控制閉環(huán)方式執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件

反饋測量元件采用光電編碼器、光柵、感應(yīng)同步器等開環(huán)方式

3.1.3開環(huán)數(shù)字程序控制803.2逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較一次，決定下一步的進(jìn)給方向：

用階梯折線逼近曲線。

走一步->比較一次->決定下一步的走向

－逐點(diǎn)比較法的最大誤差：一個(gè)脈沖當(dāng)量（步長）

3.2逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理813.2.1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)插補(bǔ)步驟：

偏差判別->坐標(biāo)進(jìn)給->偏差計(jì)算->終點(diǎn)判斷

走一步->比較一次->決定下一步的走向

插補(bǔ)結(jié)束判斷

3.2.1逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)82第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)

偏差計(jì)算式：

若點(diǎn)m在OA直線段上，則有xm/ym=xe/ye

即ymxe-xmye＝0

于是取偏差計(jì)算式為Fm=ymxe-xmye

第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)83

偏差判別：

偏差判別式：

若Fm=0，則點(diǎn)m在OA直線段上；

若Fm>0，則點(diǎn)m在OA直線段的上方；

若Fm<0，則點(diǎn)m在OA直線段的下方。

進(jìn)給方向確定：

當(dāng)Fm>=0時(shí)，沿+x軸方向走一步；

當(dāng)Fm<0時(shí)，沿+y方向走一步；

當(dāng)目前坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)相等，停止插補(bǔ)。

偏差判別：84

偏差計(jì)算的簡化：

（1）設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn)，若Fm>=0，這時(shí)沿+x軸方向走一步至m＋1點(diǎn)。(xm+1，ym+1)=(xm+1,ym) Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=ymxe-(xm+1)ye =ymxe-xmye-ye=Fm–ye

（2）設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn)，若Fm<0，這時(shí)沿+y軸方向走一步至m＋1點(diǎn)。

推理有Fm+1=Fm+xe

偏差計(jì)算的簡化：85

偏差計(jì)算簡化為：

若m為起點(diǎn)0，則Fm=F0=0；

否則

：若Fm>=0，F(xiàn)m+1=Fm–ye

若Fm<0，F(xiàn)m+1=Fm+xe

終點(diǎn)判斷：

方法1：設(shè)置x，y軸兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器Nx和Ny

，加工前分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)xe和ye，x(y)軸每進(jìn)給一步則Nx–1(Ny–1）,當(dāng)Nx和Ny

均為0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。

方法2：設(shè)置一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Nxy,x或y軸每進(jìn)給一步則Nxy–1，當(dāng)Nxy

為0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。

偏差計(jì)算簡化為：864象限內(nèi)的直線插補(bǔ)

記憶：2象限：1象限以y軸鏡象4象限：1象限以x軸鏡象3象限：1象限旋轉(zhuǎn)180度

4象限內(nèi)的直線插補(bǔ)873.直線插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)內(nèi)存單元數(shù)據(jù) XE：終點(diǎn)X坐標(biāo)YE：終點(diǎn)Y坐標(biāo)NXY:總步數(shù)，Nxy＝Nx+

Ny

FM:加工點(diǎn)偏差，初值F0=0

XOY:象限值，1、2、3、4分別代表1、2、3、4象限ZF：進(jìn)給方向，1、2、3、4代表在+x、–x、+y、-y方向進(jìn)給。

3.直線插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)88流程圖流程圖89例3.1：加工第1象限直線OA，起點(diǎn)為O（0，0），終點(diǎn)為A(6，4)，試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖。解：進(jìn)給總步數(shù)Nxy＝|6-0|+|4-0|=10

xe=6，ye=4,F0=0,xoy=1 例3.1：加工第1象限直線OA，起點(diǎn)為O（0，0），終點(diǎn)為A90計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件91微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

第六講

3.2.2逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)第一象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ)

偏差定義M點(diǎn)偏差Fm=Rm2-R2=xm2+ym2-R2

－偏差判斷Fm=0，M點(diǎn)在圓弧上 Fm>0，M點(diǎn)在圓弧外Fm<0，M點(diǎn)在圓弧內(nèi)微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 第六講3.2.2逐點(diǎn)比較法圓弧插92第一象限逆圓弧逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的原理：

從起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)Fm>=0，向-x方向進(jìn)給一步，并計(jì)算新的偏差；當(dāng)Fm<0，下一步向+y方向進(jìn)給，并計(jì)算新的偏差。按上述步驟循環(huán)到達(dá)終點(diǎn)后結(jié)束。

第一象限逆圓弧逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的原理：93偏差的簡化計(jì)算，以第一象限逆圓弧為例：當(dāng)Fm>=0，向-x方向進(jìn)給一步

（xm+1，ym+1)=(xm－1,ym) Fm+1=xm+12+ym+12-R2=Fm–2xm+1

當(dāng)Fm<0，向+y方向進(jìn)給一步

（xm+1，ym+1)=(xm,ym+1

) Fm+1=xm+12+ym+12-R2=Fm+2ym+1起點(diǎn)偏差Fm＝0偏差的簡化計(jì)算，以第一象限逆圓弧為例：94終點(diǎn)判斷

采用總步數(shù)Nxy設(shè)計(jì)數(shù)方法：Nxy初始設(shè)值為x和y軸進(jìn)給總步數(shù)之和，x或y軸每進(jìn)給一步則Nxy–1，當(dāng)Nxy

為0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。

插補(bǔ)計(jì)算步驟

偏差判別->坐標(biāo)進(jìn)給->偏差計(jì)算->坐標(biāo)計(jì)算->終點(diǎn)判斷

直線插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo)xe，ye

圓弧插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo)xm，ym

終點(diǎn)判斷95四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)第一象限順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算當(dāng)Fm>=0，向+y方向進(jìn)給一步，F(xiàn)m+1=Fm–2ym+1當(dāng)Fm<0，向+x方向進(jìn)給一步，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)96－四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)記憶：2象限：1象限以y軸鏡象4象限：1象限以x軸鏡象3象限：1象限旋轉(zhuǎn)180度－四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)97－圓弧插補(bǔ)計(jì)算工時(shí)和進(jìn)給方向注意：表中坐標(biāo)值為不帶符號(hào)的數(shù)，如第四象限中的點(diǎn)（-4,-3)應(yīng)用xm=4,ym=3查表計(jì)算。－圓弧插補(bǔ)計(jì)算工時(shí)和進(jìn)給方向98圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)

內(nèi)存單元數(shù)據(jù) X0：起點(diǎn)X坐標(biāo)Y0：起點(diǎn)Y坐標(biāo)NXY:總步數(shù)，Nxy＝Nx+

NyFM：加工點(diǎn)偏差；XM：xmYM：ym

RNS：圓弧種類，1、2、3、4和5、6、7、8分別代表SR1、SR2、SR3、SR4和NR1、NR2、NR3、NR4。ZF：進(jìn)給方向，1、2、3、4代表在+x、–x、+y、-y方向進(jìn)給。

圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)99流程圖流程圖100例3.2：加工第1象限逆圓弧AB，起點(diǎn)為A（4，0），終點(diǎn)為B(0，4)，試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖。解：進(jìn)給總步數(shù)Nxy＝|4-0|+|4-0|=8例3.2：加工第1象限逆圓弧AB，起點(diǎn)為A（4，0），終點(diǎn)為101計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件1023.3步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī)：是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)摸（D/A）轉(zhuǎn)換器。

輸入：脈沖

輸出：位移

脈沖數(shù)：決定位移量

脈沖頻率：決定位移的速度3.3步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)1033.3.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理

三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

定子：三對(duì)磁極，六個(gè)齒

轉(zhuǎn)子：四個(gè)齒，分別為0、1、2、3齒3.3.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理104－工作過程：A相通電：A相磁極與0、2號(hào)齒對(duì)齊；B相通電：由于磁力線作用，B相磁極與1、3號(hào)齒對(duì)齊；C相通電：由于磁力線作用，C相磁極與0、2號(hào)齒對(duì)齊；A相通電：由于磁力線作用，A相磁極與1、3號(hào)齒對(duì)齊；結(jié)論：定子按A->B->C->A相輪流通電，則磁場沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動(dòng)360度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為4，齒距角為90度，即1個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了90度。－工作過程：105

步進(jìn)電機(jī)的“

相”和“

拍”

“

相”繞組的個(gè)數(shù)

“

拍”繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個(gè)周期共有3種通電狀態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有6種通電狀態(tài)，每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。

步進(jìn)電機(jī)的步距角的計(jì)算：N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。齒距角θz=360/Z

步距角θ＝360/(NZ)：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度。

步進(jìn)電機(jī)的“相”和“拍”1063.3.2步進(jìn)電機(jī)的工作方式－步進(jìn)電機(jī)的通電方式

單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。－三相步進(jìn)電機(jī)可工作于三相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍工作方式。－單三拍工作方式A->B->C->A…3.3.2步進(jìn)電機(jī)的工作方式107－雙三拍工作方式AB->BC->CA->AB->…－三相六拍工作方式A->AB->B->BC->C->CA->A->…－雙三拍工作方式108步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)：

切換時(shí)，繞組電流并非全部切除或通入，只改變額定值的一部分（如1/4)，轉(zhuǎn)子也只轉(zhuǎn)動(dòng)步距角的一部分（如1/4)。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)：切換時(shí)，繞組電流并非全部切除或通入，只改109優(yōu)點(diǎn)：達(dá)到更高分辨率，減小振動(dòng)和噪聲優(yōu)點(diǎn)：達(dá)到更高分辨率，減小振動(dòng)和噪聲110微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

第七講

3.3.3步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表步進(jìn)電機(jī)常規(guī)控制電路

微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 第七講3.3.3步進(jìn)電機(jī)控制接口111

脈沖分配器：把脈沖串按一定規(guī)律分配給脈沖放大器的各相輸入端，又稱環(huán)形分配器。

輸入：步進(jìn)脈沖，1個(gè)脈沖為1拍，走一步；

方向選擇

，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

輸出：各相繞組的驅(qū)動(dòng)脈沖。

功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行功率放大。

步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制方式一

微機(jī)

＋

環(huán)形分配器

＋

功放

運(yùn)動(dòng)控制及脈沖產(chǎn)生

脈沖脈沖分配

脈沖分配器：把脈沖串按一定規(guī)律分配給脈沖放大器的各112步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制方式2

微機(jī)

＋

驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)動(dòng)控制和脈沖分配

功率放大

步進(jìn)電機(jī)控制接口

－例如：采用8255芯片控制x,y軸步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制方式2113步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表

－8255的PA、PB口分別控制x,y軸步進(jìn)電機(jī)。

－輸出數(shù)據(jù)“1”表示通電，“0”表示斷電。步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表114

－輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存：

正轉(zhuǎn)訪問順序：ADX1->ADX2->…->ADX6 ADY1->ADY2->…->ADY6

反轉(zhuǎn)訪問順序：ADX6->ADX5->…->ADX1 ADY6->ADY5->…->ADY1

微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能

－改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)；

－改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；

－改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 －輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存：115

－輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存：

正轉(zhuǎn)輸出順序：ADX1->ADX2->…->ADX6 ADY1->ADY2->…->ADY6

反轉(zhuǎn)輸出順序：ADX6->ADX5->…->ADX1 ADY6->ADY5->…->ADY1

微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能

－改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)；

－改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；

－改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

－輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存：1163.3.4步進(jìn)電機(jī)控制程序步進(jìn)電機(jī)走步控制程序流程圖3.3.4步進(jìn)電機(jī)控制程序117計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展方向課件118步進(jìn)電機(jī)速度控制程序

－步進(jìn)電機(jī)調(diào)速：改變輸出脈沖的頻率。

－可采用延時(shí)或定時(shí)器方法。

－延時(shí)或定時(shí)時(shí)間的計(jì)算：Ti為相鄰兩次走步的時(shí)間間隔，Vi為進(jìn)給一步后速度，a為加速度，有：

步進(jìn)電機(jī)速度控制程序119步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)

－四相八拍工作方式。

－8086：采用延時(shí)方式進(jìn)行速度控制

－8031：采用定時(shí)器方式進(jìn)行速度控制步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)120PWM直流電機(jī)調(diào)速

－PWM：脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。

輸出脈沖頻率不變，脈沖寬度受輸入信號(hào)調(diào)制

－在電機(jī)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

PWM直流電機(jī)調(diào)速121

－PWM直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：

（1）功耗小，效率高。

（2）以高頻脈沖電流給繞組供電，由于繞組為感性負(fù)載，脈沖電流得以濾平，所以波系數(shù)小,電機(jī)發(fā)熱量小。

（3）系統(tǒng)的響應(yīng)頻帶寬，起制動(dòng)非?？?。

（4）系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的性能好。

（5）高頻輸出避開了電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)械的共振點(diǎn)，所以運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低。

－微機(jī)產(chǎn)生PWM波形的方法

程序延時(shí)：高電平延時(shí)＋低電平延時(shí)＝PWM周期時(shí)間

定時(shí)器中斷：PWM周期T定時(shí)中斷＋高電平t定時(shí)中斷 －PWM直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：122直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)

－采用PWM調(diào)速方式。

－8031產(chǎn)生PWM波，驅(qū)動(dòng)電路功率放大。

直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)123

－PWM波形的產(chǎn)生：

采用延時(shí)方式產(chǎn)生PWM波形，脈寬固定，電機(jī)恒速。 T=X*T0,T1=Y*T0，T2=Z*T0。X為T周期參數(shù)，放在20H單元。Y為T1延時(shí)參數(shù)，Z為T2延時(shí)參數(shù)，放在21H單元，X=Y+Z。T0為延時(shí)的時(shí)間基數(shù)，由定時(shí)器確定，參數(shù)置22H，23H單元中。

－PWM波形的產(chǎn)生：124

ORG0000H LJMPMAIN ORG000BH LJMPTT0；

跳轉(zhuǎn)到定時(shí)器0中斷程序 ORG1000HMAIN: SETBP1.0；

脈沖的高電平 MOVR0,21H；(21H)初始值為Y，存入R0中，延時(shí)T1 MOVTMOD,#01H MOVTL0,22H；時(shí)間基數(shù)T0的定時(shí)參數(shù) MOVTH0,23H SETBTR0；

定時(shí)中斷設(shè)置

SETBET0 ORG0000H125

SETBEAL1: CJNER0,#00H,L2； CPLP1.0;延時(shí)R0*T0時(shí)間后，輸出取反R0在運(yùn)行前為 MOVA,20H；

取X,T周期時(shí)間。Y，則運(yùn)行后為 SUBBA,21H；A=X-(21H),若（21H)=Y,A=Z,X;運(yùn)行前為X

若（21H)=Z,A=Y;，

則運(yùn)行后為Y。 MOV21H,A;A存到(21H)R0交替置入高 MOVR0,A; 低電平延時(shí)時(shí)間。

L2: AJMPL1TT0: MOVTL0,22H；T0定時(shí)中斷 MOVTH0,23H DECR0;R0-1 RETI SETBEA126

－實(shí)驗(yàn)編程：

用8086和8255，P1.0改為PA0口，編程控制直流電機(jī)，在第1個(gè)10秒慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，第2個(gè)10秒快速轉(zhuǎn)動(dòng)，并不斷循環(huán)。 －實(shí)驗(yàn)編程：127微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

第八講

第四章

常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法：

連續(xù)化設(shè)計(jì)：采樣周期短、控制算法簡單的系統(tǒng)。忽略零階保持器和采樣器，求出系統(tǒng)的連續(xù)控制器，以近似方式離散化為數(shù)字控制器。

離散化設(shè)計(jì)：采樣周期長的或控制復(fù)雜的系統(tǒng)。直接使用采樣控制理論設(shè)計(jì)數(shù)字控制器。微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 第八講第四章常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)1284.1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì) (1)忽略控制回路中的零階保持器和采樣器，在S域中設(shè)計(jì)連續(xù)控制器。條件是采樣周期足夠短。(2)通過近似方法，把連續(xù)控制器離散化為數(shù)字控制器，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)質(zhì)：在采用周期足夠短的情況下，把數(shù)字控制器（A/D－采樣、計(jì)算機(jī)、D/A－零階保持）看作一個(gè)整體，其輸入和輸出為模擬量，將其等效為連續(xù)傳遞函數(shù)。

數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，是立足于連續(xù)控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，然后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字模擬來實(shí)現(xiàn)的。4.1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)129數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)在被控對(duì)象的特性不太清楚的情況下，利用技術(shù)成熟的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，并把它移植到計(jì)算機(jī)上予以實(shí)現(xiàn)，以達(dá)到滿意的控制效果。但是連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)要求相當(dāng)短的采樣周期，因此只能實(shí)現(xiàn)較簡單的控制算法。由于控制任務(wù)的需要，當(dāng)所選擇的采樣周期比較大或?qū)刂瀑|(zhì)量要求比較高時(shí)，必須從被控對(duì)象的特性出發(fā)，直接根據(jù)計(jì)算機(jī)控制理論（采樣控制理論）來設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，這類方法稱為離散化設(shè)計(jì)技術(shù)。離散化設(shè)計(jì)技術(shù)比連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)更具有一般意義，它完全是根據(jù)采樣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析和綜合，并導(dǎo)出相應(yīng)的控制規(guī)律和算法。數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)在被控對(duì)象的特性不太清楚的情況下，130數(shù)字控制理論基礎(chǔ)1、計(jì)算機(jī)只能接受和處理二進(jìn)制代碼0和1及其組合，這些二進(jìn)制數(shù)可以表示某一物理量的大小，稱之為離散量或數(shù)字量。但實(shí)際系統(tǒng)中的被控量是在時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)，一般稱之為連續(xù)量或模擬量。模擬量進(jìn)行離散化并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，才能由計(jì)算機(jī)處理。因此，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)也可以稱為數(shù)字控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)或采樣控制系統(tǒng)。模擬控制系統(tǒng)也稱為連續(xù)控制系統(tǒng)。數(shù)字控制理論基礎(chǔ)131離散(數(shù)字)控制系統(tǒng)與連續(xù)（模擬）控制系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于：模擬系統(tǒng)中的給定量、反饋量和被控量都是連續(xù)型的時(shí)間函數(shù)，而在離散系統(tǒng)中，通過計(jì)算機(jī)處理得給定量、反饋量和被控量是在時(shí)間上離散的數(shù)字信號(hào)。把計(jì)算機(jī)引入連續(xù)控制系統(tǒng)中作為控制器使用，便構(gòu)成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)，在本質(zhì)上是一個(gè)離散系統(tǒng)。離散(數(shù)字)控制系統(tǒng)與連續(xù)（模擬）控制系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別在于：模132脈沖傳遞函數(shù)的定義1、在連續(xù)系統(tǒng)中傳遞函數(shù)的定義是：在初始靜止（t=0時(shí)，輸入量和輸出量以及他們的各階導(dǎo)數(shù)均為零）的條件下，一個(gè)環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的輸出量拉氏變換和輸入量的拉氏變換之比定義為該環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的傳遞函數(shù)。2、依此類似，在數(shù)字控制系統(tǒng)中，也是在初始靜止的條件下，一個(gè)環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的輸出脈沖序列的Z變換與輸入脈沖序列的Z變換之比，被定義為該環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的脈沖傳遞函數(shù)。脈沖傳遞函數(shù)的定義1334.1.1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟5步

－設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器D(s)

－選擇采樣周期T

－將D(s)離散化為D(z)

－設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法

－

校驗(yàn)第一步：設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器D(s)

解決方案：自控原理中的連續(xù)系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)法、根軌跡法等。

4.1.1數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟134計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖G(s)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)D(z)數(shù)字控制器,H(S)零階保持器，U（K）U（t）控制量假想的連續(xù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖D（S）連續(xù)控制器計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖假想的連續(xù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖135第二步：選擇采樣周期T

－計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)恢復(fù)功能由零階保持器H(s)完成。

頻率特性推導(dǎo)，使用歐拉公式。零階保持器的傳遞函數(shù)為：

上式表明，零階保持器存在滯后。第二步：選擇采樣周期T 136

對(duì)于小的采用周期，用冪級(jí)數(shù)展開：

H(s)可用T/2的時(shí)間滯后環(huán)節(jié)近似。

采樣周期的經(jīng)驗(yàn)公式，設(shè)相位裕量減少5-15度，ω

c系統(tǒng)剪切頻率

結(jié)論：采用數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)方法，采樣周期應(yīng)該相當(dāng)短。對(duì)于小的采用周期，用冪級(jí)數(shù)展開： 137第三步：將D(s)離散化為D(z)將連續(xù)控制器D(s)離散化為數(shù)字控制器D(z)的方法有很多，如雙線性變換法、后向差分法、前向差分法、沖擊響應(yīng)不變法、零極點(diǎn)匹配法、零階保持法等。通過近似方法，把連續(xù)控制器離散化為數(shù)字控制器。

方法1:雙線性變換法（Tustin塔斯廷近似）推導(dǎo)1：級(jí)數(shù)展開z=esT,T很小。得到

第三步：將D(s)離散化為D(z)138推導(dǎo)2：梯形法數(shù)值積分

積分控制器用梯形法求積分運(yùn)算兩邊求Z變換推導(dǎo)2：梯形法數(shù)值積分139

映射關(guān)系：

雙線性變換法置換公式

把S=σ+jω

代入有：

取模的平方則：

σ=0（s平面虛軸），|z|=1(z平面單位園上）

σ<0（s左半平面），|z|<1(z平面單位園內(nèi)）

σ>0（s右半平面），|z|>1(z平面單位園外）映射關(guān)系：140

結(jié)論：1個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)經(jīng)過雙線性變換仍然是穩(wěn)定的。方法2:前向差分法推導(dǎo)1：級(jí)數(shù)展開z=esT,T很小。

得到結(jié)論：1個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)經(jīng)過雙線性變換仍然是穩(wěn)定的。141推導(dǎo)2：用一階前向差分近似代替微分。

微分控制器

用前向差分近似代替

令n=k+1，并對(duì)兩邊作Z變換有：

得出：

推導(dǎo)2：用一階前向差分近似代替微分。142

－映射關(guān)系：

前向差分法置換公式

把S=σ+jω

代入，

取模的平方有：

令|z|=1，則對(duì)應(yīng)到s平面上是一個(gè)圓，有：

即當(dāng)D(s)的極點(diǎn)位于左半平面以（-1/T,0)為圓心，1/T為半徑的圓內(nèi)，D(z)才在單位圓內(nèi)，才穩(wěn)定。結(jié)論：穩(wěn)定的系統(tǒng)經(jīng)前向差分法轉(zhuǎn)換后可能不穩(wěn)定。－映射關(guān)系：143方法3:后向差分法推導(dǎo)1：級(jí)數(shù)展開z=esT,T很小。

得到推導(dǎo)2：用一階向后差分近似代替微分。

用向后差分近似代替

對(duì)兩邊作Z變換有：方法3:后向差分法144

映射關(guān)系：

根據(jù)向后差分法置換公式

有

把S=σ+jω

代入，

取模的平方有：

145則：

σ=0（s平面虛軸），

σ<0（s左半平面），

σ>0（s右半平面），

后向差分法將s的左半平面映射到z平面內(nèi)半徑為1/2的圓，因此如果D(s)穩(wěn)定，則D(z)穩(wěn)定。映射比較：雙線性變換－保持穩(wěn)定

前向差分－不能保持穩(wěn)定

向后差分－保持穩(wěn)定則：σ=0（s平面虛軸），146第四步：設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法 D(z)的一般形式：

m個(gè)零點(diǎn)和n個(gè)極點(diǎn)，寫為

化為時(shí)域表示：

上式稱為數(shù)字控制器D(z)的控制算法。

第四步：設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法147第五步：校驗(yàn)

通過計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算實(shí)現(xiàn)。第五步：校驗(yàn)1484.1.2數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)PID－比例P,積分I,微分D數(shù)字PID控制器－用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PID控制，即把模擬PID控制規(guī)律數(shù)字化。1.模擬PID調(diào)節(jié)器

控制規(guī)律4.1.2數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)149

拉氏變換求傳遞函數(shù)其中：Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)，Td為微分時(shí)間常數(shù)。比例作用：迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，過大容易引起不穩(wěn)定；積分作用：消除靜差，但容易引起超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩；微分作用：減小超調(diào)，克服振蕩，提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。拉氏變換求傳遞函數(shù)1502.數(shù)字PID調(diào)節(jié)器

－用數(shù)值逼近的方法實(shí)現(xiàn)PID控制規(guī)律。

－數(shù)值逼近的方法：用求和代替積分、用后向差分代替微分，使模擬PID離散化為差分方程。（1)數(shù)字PID位置型控制算法

可得：

位置型控制算法提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置u(k)，比如閥門的開度，需要累計(jì)e(i)2.數(shù)字PID調(diào)節(jié)器151（2)數(shù)字PID增量型控制算法

根據(jù)位置型控制算法寫出u(k-1)：

u(k)-u(k-1)可得：（2)數(shù)字PID增量型控制算法152為編程方便，可以整理得到：其中

增量型控制算法提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的增量△u(k)，比如步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)。為編程方便，可以整理得到：153增量型算法與位置型算法比較：（1）增量型算法不需做累加，計(jì)算誤差后產(chǎn)生的計(jì)算精度問題，對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。位置型算法用到過去的誤差的累加，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。（2）增量型算法得出的是控制的增量，誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會(huì)影響系統(tǒng)的工作。位置型算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動(dòng)作影響大。增量型算法與位置型算法比較：1544.數(shù)字PID控制算法流程

式

（4.1.35),書上的圖4.64.數(shù)字PID控制算法流程155脈沖傳遞函數(shù)的定義1、在連續(xù)系統(tǒng)中傳統(tǒng)函數(shù)的定義是：在初始靜止（t=0時(shí)，輸入量和輸出量以及他們的各階導(dǎo)數(shù)均為零）的條件下，一個(gè)環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的輸出量拉氏變換和輸入量的拉氏變換之比定義為該環(huán)節(jié)（系統(tǒng)）的傳遞函數(shù)。2、依此類似，在數(shù)字控制系統(tǒng)中，