過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用第五章

過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用第五章第1頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月一、計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)構(gòu)成5.1概述第2頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制步驟

1.實(shí)時數(shù)據(jù)采樣：測量被控量的當(dāng)前值，轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字化信號；

2.實(shí)時判斷：判斷被控量當(dāng)前值與給定值的偏差e；

3.實(shí)時控制：根據(jù)偏差e，作出控制決策，即按照預(yù)定的算法對偏差進(jìn)行運(yùn)算，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號；控制信號包括：

a.經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換輸出模擬控制信號；

b.開關(guān)量輸出(控制電平、脈沖)：報警、限位＼延時等特定操作；

c.數(shù)字量輸出。第3頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月三、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.用分時操作實(shí)現(xiàn)對多個被控對象、多個回路的控制；

2.操作由計(jì)算機(jī)程序完成，擴(kuò)充修改方便，硬件改動少；

3.在模擬控制系統(tǒng)中很多由硬件難以完成的功能，可以方便地由軟件完成。如：大時間常數(shù)的濾波，線性補(bǔ)償、系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償。第4頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

1.硬件部分①主機(jī)②過程輸入輸出通道③操作設(shè)備④外部設(shè)備⑤通訊設(shè)備⑥系統(tǒng)支持功能監(jiān)控定時器、掉電保護(hù)、后備存儲器、實(shí)時日歷、總線匹配等5.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成及分類第5頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2.軟件部分

①系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)軟件、調(diào)試程序及診斷程序等。②應(yīng)用軟件：系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對生產(chǎn)過程要求而編制的控制和管理程序。包括：過程輸入程序、過程控制程序、過程輸出程序、打印顯示程序、人機(jī)接口程序等。

第6頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類1.數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)①數(shù)據(jù)采集：由傳感器把溫度、壓力、流量、位移等物理量轉(zhuǎn)換來的模擬電信號經(jīng)過處理并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字量，輸入并存貯到計(jì)算機(jī)中。②數(shù)據(jù)處理：計(jì)算機(jī)將采集來的數(shù)字量進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)分析，得出所需要的結(jié)果。計(jì)算機(jī)不直接參與過程控制，屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用于過程控制的低級階段。

第7頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2.DDC直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DirectDigitalControl)①分時地對被控對象的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行測試；②將測試的結(jié)果與給定值比較得到偏差e，按預(yù)定的控制算法進(jìn)行數(shù)字分析、運(yùn)算；③將控制量直接輸出到調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，使各個被控參數(shù)保持在給定值上，實(shí)現(xiàn)對被控對象的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)。

第8頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月DDC系統(tǒng)的特點(diǎn)：①用計(jì)算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)了幾個至更多的控制回路(一般大于50個回路時，比較經(jīng)濟(jì))；②實(shí)現(xiàn)新型控制規(guī)律的運(yùn)用，如串級控制、前饋控制、自動選擇性控制、具有大純滯后對象的控制等；③將顯示、記錄、報警和給定值設(shè)定等功能都集中在操作控制臺上，給操作人員帶來了很大方便；④只要改變程序即可實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律轉(zhuǎn)換；⑤要求工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的可靠性高。

第9頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月3.監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC(SupervisoryProcessComputerControl)

由一臺高檔的微型計(jì)算機(jī)SCC與若干臺DDC系統(tǒng)構(gòu)成對生產(chǎn)過程的直接控制。

SCC和DDC計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送。

SCC計(jì)算機(jī)根據(jù)原始工藝信息和工業(yè)過程現(xiàn)行狀態(tài)參數(shù)，按照生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行最優(yōu)化的分析計(jì)算，并將其算出的最優(yōu)化操作條件去重新設(shè)定DDC計(jì)算機(jī)的給定值；然后再由DDC系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。

第10頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月4.分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第11頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月4.分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使用若干臺計(jì)算機(jī)分別承擔(dān)部分任務(wù)，以一個主計(jì)算機(jī)和兩個或兩個以上的“從”計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)成。分級控制一般分為三級，生產(chǎn)管理級MIS、監(jiān)督控制級SCC、直接數(shù)字控制級DDC。

將控制功能分散，用多臺計(jì)算機(jī)分別執(zhí)行不同的控制功能，既能進(jìn)行控制，又能實(shí)現(xiàn)管理，靈活方便、可靠性高、通訊簡單。第12頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月5.集散型控制系統(tǒng)以數(shù)臺乃至數(shù)百臺計(jì)算機(jī)分散的分布在各個生產(chǎn)現(xiàn)場，作為現(xiàn)場控制站或基本調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的檢測與控制?？刂普就ㄟ^高速數(shù)據(jù)通道與監(jiān)督計(jì)算機(jī)SCC通信，通過CRT操作站實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的監(jiān)視和干預(yù)。該結(jié)構(gòu)比分級分層結(jié)構(gòu)更靈活，擴(kuò)充更方便；硬件冗余度大，某個回路出現(xiàn)故障時可以相互支援，可靠性高。第13頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月集散型控制系統(tǒng)特點(diǎn)：硬件組裝積木化軟件模塊化組態(tài)控制系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)具有開放性可靠性高第14頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月三、計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)1.計(jì)算機(jī)在測試技術(shù)中的作用

(1)擴(kuò)展了測量參數(shù)的數(shù)目，提高了測量的準(zhǔn)確度；

(2)革新了檢測方法，使過去不能進(jìn)行的某些測量，現(xiàn)在能夠進(jìn)行了；

(3)簡化了儀表，實(shí)現(xiàn)了集中控制；

(4)具有數(shù)據(jù)處理功能，以及專家推斷、分析與決策功能。第15頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2.計(jì)算機(jī)模擬信號測試系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（1）單通道數(shù)據(jù)采集只有一個被采集的模擬信號。第16頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）多通道數(shù)據(jù)采集①多路A／D轉(zhuǎn)換方式第17頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）多通道數(shù)據(jù)采集①多路A／D轉(zhuǎn)換方式每路信號都有獨(dú)立的采樣保持電路S/H，A/D轉(zhuǎn)換電路及I/O接口電路，每一路占一個通道。通道數(shù)增加，最高采用率不會受到影響，可同時采集多路數(shù)據(jù)信號，保持了各信號間的同步性。用于高速采集和需要同時采集多路數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。第18頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月②多路共享A／D轉(zhuǎn)換方式第19頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月②多路共享A／D轉(zhuǎn)換方式輸入信號進(jìn)入各路采樣保持電路，然后由多路開關(guān)可選擇地將各路信號送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換速度要慢一些，且各路信號是斷續(xù)的。通道數(shù)增加時，采用頻率受到影響。適用于對采集率要求不高的多路信號采集系統(tǒng)。第20頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月③多路開關(guān)轉(zhuǎn)換方式第21頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月③多路開關(guān)轉(zhuǎn)換方式這種方式的轉(zhuǎn)換速度比以上兩種方式都慢，但節(jié)省硬件。不能同時采到同一時刻的各種參數(shù)。適用于采集多路變化緩慢的信號，如溫度變化信號、應(yīng)變信號等。第22頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月3．?dāng)?shù)據(jù)采集（1）采樣定理

①信號的采樣將一個連續(xù)時間函數(shù)e(t)用時間離散的連續(xù)函數(shù)e*(t)來表示。把時間上連續(xù)的模擬信號，轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間上離散的信號。這一過程稱為信號的采樣。

第23頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月采樣周期T：

兩次采樣之間的時間間隔。一個帶寬為(0--fm)的信號e(t)，用間隔時間為：T≤1/2fm的若干個采樣值來代表。

若用采樣值表示原來的信號e(t)，只要將采樣值通過一個截止頻率為fm低通濾波器即可還原e(t)。第24頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

采樣周期T越小，越接近連續(xù)系統(tǒng)，采樣精度越高。但這將加重計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，因此合理選擇采樣周期顯得非常重要。?。旱?5頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

②信號保持：在采樣時信號應(yīng)保持幅值不變，直到變換完成。第26頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）采樣／保持電路

在微機(jī)測試系統(tǒng)中，由于A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換過程需要一定的時間，在A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過程中必須保持參數(shù)值不變，完成上述功能的電路稱：采樣／保持(Sample／Hold)電路。第27頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月A1----輸入輸出緩沖運(yùn)算放大器A2----邏輯輸入控制的開關(guān)電路。第28頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

在采樣期間，開關(guān)S是閉合的。輸入信號Ui經(jīng)高增益的放大器A1輸出，向電容C充電。第29頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

在保持期間，開關(guān)S斷開，由于A2運(yùn)算放大器輸入阻抗很高，在理想情況下，電容C上的電壓將保持充電時的最終值。

第30頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月4.數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器

功能：將輸入D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。

方法：利用譯碼電路控制D/A內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，輸出與數(shù)字量D呈比例的模擬電壓VA。VA第31頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字量D與模擬量VA的關(guān)系：式中：開關(guān)：向左：向右：第32頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

電路中的電阻值與二進(jìn)制數(shù)碼每位的權(quán)有關(guān)，稱權(quán)電阻電路。二進(jìn)制數(shù)碼控制的開與關(guān)，該路電阻與基準(zhǔn)電壓接通；該路電阻與地接通。在轉(zhuǎn)換器的輸出端由運(yùn)算放大器把各個支路產(chǎn)生的電流線性疊加且轉(zhuǎn)換為電壓輸出。第33頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月5.逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器工作原理

組成：N位寄存器、N位D／A轉(zhuǎn)換器、比較器以及控制邏輯。

第35頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

在比較器中與被轉(zhuǎn)換的模擬量Vx進(jìn)行比較：若Vx≥Vc：則DN=1；若Vx<Vc：則DN=0；再對DN—1位進(jìn)行比較，使DN—1=1，與上一位DN一起進(jìn)入D／A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后再進(jìn)入比較器，再與Vx比較，如此一位一位地繼續(xù)下去，直到最后一位D0比較完畢為止。

N位寄存器的數(shù)字量即為Vx所對應(yīng)的數(shù)字量。

由控制器使寄存器DN=1，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換成模擬量Vc（滿量程一半）送到比較器。第36頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

這種比較方法類似于對分搜索。一個N位A／D轉(zhuǎn)換器只需比較N次，由此可見，逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器速度比較快，因而得到了廣泛的應(yīng)用。目前，很多集成電路A／D轉(zhuǎn)換器，大都是采用這種原理。如：

8位的ADC0804、ADC0809；

10位的AD7570；

12位的AD574。第37頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月6.A／D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

(1)分辨率：分辨度是A／D轉(zhuǎn)換器對微小輸入量變化的敏感程度。對于一個N位的A／D轉(zhuǎn)換器，其分辨度為分辨度滿刻度值實(shí)際上分辨度就等于1LSB。

(2)轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換率

A／D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間叫轉(zhuǎn)換時間。AD574轉(zhuǎn)換時間15μs第38頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

四.脈沖信號的采集

脈沖頻率與周期；脈沖個數(shù)的檢測；脈沖寬度的檢測。第39頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖頻率檢測電路：信號頻率：第40頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月脈沖寬度檢測（測周法）：第41頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月五．計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1．設(shè)計(jì)任務(wù)（1）主機(jī)選型對于以測試(或控制)為主要任務(wù)的工程設(shè)計(jì)，一般選擇現(xiàn)有合適的微機(jī)產(chǎn)品。（2）輸入通道結(jié)構(gòu)按照測試參數(shù)的多少，采樣頻率的高低等來選擇輸入通道的數(shù)量。（3）輸出通道結(jié)構(gòu)根據(jù)測試系統(tǒng)的功能要求，確定是否需要打印機(jī)打印數(shù)據(jù)，是否需要繪圖儀繪制動態(tài)參數(shù)圖形，是否需要各種形式的超限報警設(shè)施等。第42頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月2．輸入通道電路的設(shè)計(jì)分析

（1）傳感器選型在計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)中，傳感器是影響系統(tǒng)性能的主要因素之一。根據(jù)測試的參數(shù)是壓力、溫度，選擇對應(yīng)的溫度、壓力傳感器。對于間接測量，首先要找出直接測量參數(shù)，然后根據(jù)參數(shù)選擇合適的傳感器。第43頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）A／D轉(zhuǎn)換器的選擇：按被測參數(shù)的精度，計(jì)算A／D的分辨率。例：分配到A／D轉(zhuǎn)換器的允許誤差為0．1％，以此作為量化誤差，則A／D的數(shù)字量位數(shù)應(yīng)滿足關(guān)系式：取n=10時：第44頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

A／D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓：按單極性設(shè)計(jì)，選為：0—10V；按雙極性設(shè)計(jì)，選為：-5—+5V。（3）轉(zhuǎn)換數(shù)碼與模擬電壓值的對應(yīng)關(guān)系：單極性0—10V：雙極性-5—+5V：V—模擬電壓值；N—轉(zhuǎn)換數(shù)碼；A—滿量程電壓；n—轉(zhuǎn)換器位數(shù)。第45頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月一、基本功能：

1.對輸入／輸出通道的控制管理功能；

2.測試數(shù)據(jù)的處理功能；

3.系統(tǒng)本身自檢測和自診斷功能；

4.軟件開發(fā)和調(diào)試修改用的系統(tǒng)監(jiān)控操作功能等。5.3測試軟件設(shè)計(jì)第46頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、數(shù)字濾波程序的設(shè)計(jì)

a.硬件濾波：在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，由于被控對象的環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，在模擬系統(tǒng)中為了消除干擾，常常采用RC濾波電路。

b.軟件濾波：由微型機(jī)組成的自動檢測系統(tǒng)中，為了減少對采樣值的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性，采用數(shù)字濾波的方法（程序?yàn)V波）。第47頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

數(shù)字濾波是通過一定的計(jì)算程序?qū)Σ蓸有盘栠M(jìn)行平滑加工，提高其有用信號，消除或減少各種干擾和噪音，以保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性．優(yōu)點(diǎn)：（1）不需增加任何硬設(shè)備，只要在程序進(jìn)入數(shù)據(jù)處理和控制算法之前，附加一段數(shù)字濾波即可。（2）由于數(shù)字濾波器不需增加硬設(shè)備，所以系統(tǒng)可靠性高，不存在阻抗匹配問題。（3）模擬濾波滯是每個通道都有，而數(shù)字濾波器則可以多個通道共用，降低成本。

第48頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

（4）可對頻率很低的信號進(jìn)行濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的影響，頻率不能太低。（5）使用靈活，方便，可根據(jù)需要選擇不同的濾波方法，或改變?yōu)V波器的參數(shù)。數(shù)字濾波具有上述優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)測試與控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。第49頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.程序判斷濾波當(dāng)采樣信號由于隨機(jī)干擾和誤檢測或者變送器不穩(wěn)定而引起嚴(yán)重失真時，可采用程序判斷濾波。方法:

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定兩次采樣輸入信號可能出現(xiàn)的最大偏差ΔY，若超過此偏差值，則表明該輸入信號是干擾信號，應(yīng)該去掉；若小于此偏差值，可將信號做為本次采樣值。第50頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月式中，Y（k）---第k次采樣值；

y(k一1)---第k-1次采樣值；

ΔY---兩次采樣值所允許的最大扁差。取本次采樣值取上次采樣值第51頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月程序判斷濾波應(yīng)用場合：

用于變化比較緩慢的參數(shù)，如溫度、物位等測量系統(tǒng)。程序判斷濾波關(guān)鍵問題：最大允許誤差ΔY的選取。

ΔY太大，各種干擾信號將“乘機(jī)而入”使系統(tǒng)誤差增大；

ΔY太小，將會使某些有用信號也被拒之門外，使計(jì)算機(jī)采樣效率變低。門限值ΔY的選取是非常重要的。通?？筛鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，必要時可由實(shí)驗(yàn)得出。第52頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.中值濾波程序

對被測參數(shù)連續(xù)采樣n次(n取奇數(shù))，然后把n次的采樣從小到大(或從大到小)排隊(duì)，取中間值作為本次采樣值。特點(diǎn)：中值濾波程序?qū)τ谌サ裘}沖性質(zhì)的干擾比較有效，但對快速變化過程的參數(shù)(如流量)則不宜采用。改變循環(huán)次數(shù)n，則可推廣到對任意采樣值進(jìn)行中值濾波，n值越大濾波效果越好?？偟牟蓸涌刂茣r間將增長，所以n值不不能太大(—般取5～9即可)。第53頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.算術(shù)平均濾波程序把N個采樣區(qū)相加，然后取其算術(shù)平均作為本次采樣值，即：

式中：----第k次N個采樣值的算術(shù)平均值；

----第i次采樣值，

N----采樣次數(shù)．

第54頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：算術(shù)平均濾波程序主要用于對壓力、流量等周期脈動的采樣值進(jìn)行平滑加工。平均次數(shù)N，取決于平滑度和靈敏度．隨著N值的增大，平滑度提高，靈敏度降低．通常流量取12次，壓力取4次。溫度如無噪聲可不平均。第55頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月4.五點(diǎn)三次平滑（1）（2）（3）（4）（5）第56頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

在多個采樣值中：

前2個平滑數(shù)分別用式（1）和式（2）；

最后2個平滑數(shù)分別用式（4）和式（5）；

其余均采用式（3）（1）（2）（3）（4）（5）第57頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月三、標(biāo)度變換

對線性儀表系統(tǒng)，標(biāo)度變換公式為：

式中：---測量儀表的下限值；

---測量儀表的上限；

---實(shí)際測量值(工程量)；

---儀表下限所對應(yīng)的數(shù)字量：

---儀表上限所對應(yīng)的數(shù)字量：

---測量值所對應(yīng)的數(shù)字量。第58頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：A0，Am，N0，Nm對于某—個固定的被測參數(shù)來說是常數(shù)，為了使程序簡單，把被測參數(shù)的起點(diǎn)A0(輸入信號為0)所對應(yīng)的A／D轉(zhuǎn)換器值定為0，即N0=0，則：第59頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月例：壓力測量。已知：壓力傳感器輸入0-1.6MPa，

輸出2-10V，12位AD轉(zhuǎn)換器輸入范圍0-10V。求：AD轉(zhuǎn)換器輸出值為3600時，對應(yīng)的壓力

解：12位AD轉(zhuǎn)換器輸入范圍0-10V，輸出：0-4095；輸入2V電壓時，AD值為：819。

第60頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月一、概述1.DDC系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)直接參與閉環(huán)控制過程。2.操作功能：⑴從被控對象中獲取各種信息；⑵執(zhí)行能夠反映控制規(guī)律的控制算法，把計(jì)算結(jié)果以一定形式送到執(zhí)行器和(或)顯示報警裝置；⑶實(shí)現(xiàn)操作人員—控制臺—微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的聯(lián)系等。DDC系統(tǒng)特有的功能：“執(zhí)行能夠反映控制規(guī)律的控制算法”和“把計(jì)算結(jié)果以一定形式送到執(zhí)行器”。5.4直接數(shù)字控制系統(tǒng)第61頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月3.核心功能：控制規(guī)律是反映計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)性能的核心。⑴執(zhí)行控制算法，以實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律。⑵直接對幾十以至幾百個控制回路進(jìn)行自動巡回檢測和數(shù)字控制。第62頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月DDC是利用計(jì)算機(jī)的分時處理能力對多個回路完成多種控制的一種計(jì)算機(jī)控制方式。第63頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月4.模擬調(diào)節(jié)與DDC控制的比較第64頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月5.DDC系統(tǒng)具備的功能⑴直接控制程序;⑵數(shù)據(jù)處理程序;⑶控制模型程序;⑷報警程序;⑸操作指導(dǎo)程序;⑹數(shù)據(jù)記錄程序;⑺人機(jī)聯(lián)系程序等。第66頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月6.DDC系統(tǒng)應(yīng)用場合ⅰ.過程回路很多的大規(guī)模生產(chǎn)過程；ⅱ.被控參數(shù)需要進(jìn)行一些計(jì)算的生產(chǎn)過程；ⅲ.各參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)過程；ⅳ.原料、產(chǎn)品和產(chǎn)量經(jīng)常變更的生產(chǎn)過程；ⅴ.具有較大滯后時間的工業(yè)對象。第67頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、DDC基本算法DDC的基本算法：將控制模型數(shù)字化，通過計(jì)算機(jī)數(shù)字運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。

PID調(diào)節(jié)器在模擬控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最成熟，參數(shù)選擇與調(diào)整都在長期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，且這些經(jīng)驗(yàn)和方法為廣大工程技術(shù)人員所熟悉?；镜腄DC算法：利用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器取代模擬調(diào)節(jié)器，編制PID算法的程序。即：PID調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)字化。第68頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

實(shí)踐證明：數(shù)字化PID能取得近似于PID模擬調(diào)節(jié)器的控制效果，而且在很多方面具有突出的優(yōu)勢：

i．可用一臺微型計(jì)算機(jī)控制幾十個回路，大量節(jié)省設(shè)備和費(fèi)用，提高了系統(tǒng)的可靠性；

ⅱ.不僅用軟件代替了物理的PID調(diào)節(jié)器，而且由于編程靈活，可以很方便地對PID規(guī)律進(jìn)行各種改進(jìn)，衍生多種形式的PID算法，如帶死區(qū)的PID、帶自動比率的PID等。PID參數(shù)的調(diào)整也只要改變程序的數(shù)據(jù)，十分方便。第69頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月1.模擬PID控制

在連續(xù)控制系統(tǒng)中，PID控制器的輸出u(t)與輸入e(t)之間成比例、積分、微分的關(guān)系。即式中：e(t)=r(t)-y(t)，設(shè)定值r(t)與測量值y(t)的偏差。

Kp為比例增益，TI為積分時間常數(shù)，TD為微分時間常數(shù)。第70頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：u(t)

—模擬調(diào)節(jié)器輸出；e(t)

—控制偏差；Kp—比例系數(shù)；TI—積分時間常數(shù)；TD—微分時間常數(shù)。第71頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月上式可寫成傳遞函數(shù)形式：第72頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

在DDC系統(tǒng)中，用數(shù)字運(yùn)算實(shí)現(xiàn)PID的調(diào)節(jié)規(guī)律。PID基本算法理想PID實(shí)際PID比例積分運(yùn)算相同，微分項(xiàng)不同2.數(shù)字PID控制

位置式增量式速度式位置式增量式第73頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月⑴位置式理想PID算法：計(jì)算機(jī)控制是采樣控制，要根據(jù)采樣時刻的偏差值計(jì)算控制量式中的積分和微分不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理。即用數(shù)值計(jì)算方法逼近，用差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，此時：積分項(xiàng)—用求和方式表示；微分項(xiàng)—用增量式表示。第74頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：T—采樣周期，e(k)—第k次采樣時刻輸入的偏差值；e(k-1)—第(k-1)次采樣時刻輸入的偏差值；k—采樣時刻序號，k=0,1,2…。求和方式增量方式第75頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月為方便將e(t)簡化表示為e(k)，得到離散后的數(shù)字PID算法：將：代入：第76頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：KP—比例系數(shù)；TI—積分時間常數(shù)；TD—微分時間常數(shù)；T—采樣周期；k—采樣序號，k=0,1,2,…；u(k)—第k次采樣時刻的計(jì)算機(jī)輸出值；e(k)—第k次采樣時刻輸入的偏差值；e(k-1)—第(k-1)次采樣時刻輸入的偏差值。第77頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

控制器輸出值u(k)直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如閥門)，u(k)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置(如閥門開度)將一一對應(yīng)，稱位置式PID控制算法。缺點(diǎn)：①由于全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時要對e(k)進(jìn)行累加，計(jì)算機(jī)運(yùn)算的工作量大。②計(jì)算機(jī)的輸出與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置相對應(yīng)，若計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(k)的大幅度變化，會引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的，在某些場合，還可能造成重大的生產(chǎn)事故。第78頁，課件