微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟

第六章微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐6.1微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求和特點(diǎn)6.2微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟6.3微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例

微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第1頁(yè)6.1微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求和特點(diǎn)1.設(shè)計(jì)基本要求（1）系統(tǒng)操作性能要好（2）通用性好、便于擴(kuò)充（3）可靠性要高①采取雙機(jī)系統(tǒng)。②采取集散控制系統(tǒng)。返回本章首頁(yè)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第2頁(yè)2.設(shè)計(jì)特點(diǎn)在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須把系統(tǒng)要執(zhí)行任務(wù)和應(yīng)具備功效合理地分配給硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，做到合理權(quán)衡硬件、軟件配置，并盡可能節(jié)約機(jī)器時(shí)間和內(nèi)存空間。硬件設(shè)計(jì)主要采取大規(guī)模集成電路。返回本節(jié)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第3頁(yè)6.2微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及步驟1.確定系統(tǒng)整體控制方案第一：要從系統(tǒng)組成上考慮，是采取開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制。第二：考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)采取什么方案，是采取電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)還是其它方式驅(qū)動(dòng)，比較各種方案，擇優(yōu)而用。第三：考慮是否有特殊控制要求。返回本章首頁(yè)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第4頁(yè)2.確定控制算法（1）確定算法能否滿足控制速度、精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。（2）確定一些情況下要進(jìn)行修改與補(bǔ)充。（3）確定為設(shè)計(jì)、調(diào)試方便，可將控制算法作合理簡(jiǎn)化，逐步將控制算法完善，直到取得最好控制效果。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第5頁(yè)3.選擇微型計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備（1）較完善中止系統(tǒng)（2）足夠存放容量（3）完備輸入輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘（4）字長(zhǎng)（5）速度（6）指令種類(lèi)和數(shù)量（7）尋址范圍和尋址方式（8）內(nèi)部存放器種類(lèi)和數(shù)量微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第6頁(yè)4.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（1）預(yù)計(jì)內(nèi)存容量、進(jìn)行內(nèi)存分配（2）過(guò)程通道和中止處理方式確實(shí)定（3）系統(tǒng)總線選擇（4）操作臺(tái)控制微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第7頁(yè)5.硬件和軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)（1）硬件設(shè)計(jì)：依據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)電氣原理圖，再按照電氣原理圖著手元件選購(gòu)和開(kāi)始施工設(shè)計(jì)工作。（2）軟件設(shè)計(jì)：①實(shí)時(shí)性。②針對(duì)性。③靈活性和通用性。④可靠性如圖6-1所表示。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第8頁(yè)6.系統(tǒng)聯(lián)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)是要把已調(diào)好各程序功效塊按照總體設(shè)計(jì)要求連成一個(gè)完整程序。程序調(diào)試完成后，還要進(jìn)行在線仿真，然后進(jìn)行試運(yùn)行。經(jīng)過(guò)一段考機(jī)和試運(yùn)行后，即可投入正式運(yùn)行。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第9頁(yè)圖6-1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖返回本節(jié)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第10頁(yè)6.3微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例

6.3.1硬件電路6.3.2數(shù)字控制器數(shù)學(xué)模型6.3.3控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)返回本章首頁(yè)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第11頁(yè)圖6-2電阻爐爐溫控制系統(tǒng)原理圖6.3.1硬件電路微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第12頁(yè)1.檢測(cè)元件及變送器檢測(cè)元件選取鎳鉻-鎳鋁熱電偶，分度號(hào)為EU，適合用于0℃~1000℃溫度測(cè)量范圍，對(duì)應(yīng)輸出電壓為0mV~41.32mV。變送器由毫伏變送器和電流/電壓變送器組成：毫伏變送器用于把熱電偶輸出0~41.32mV變換成0~10mA范圍內(nèi)電流；電流/電壓變送器用于把毫伏變送器輸出0~10mA電流變換成0~5V范圍內(nèi)電壓。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第13頁(yè)表6-1溫度-數(shù)字量對(duì)照表微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第14頁(yè)2.接口電路8031接口電路有ADC0809、8155和2732等。本系統(tǒng)采取ADC0809型A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片為8位逐次迫近型A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809為溫度測(cè)量電路輸入接口；8155用于鍵盤(pán)和顯示接口；2732作為8031外部程序(ROM)存放器。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第15頁(yè)3.溫度控制電路如圖雙向可控硅和加熱絲串接在交流回路，所以可控硅導(dǎo)通時(shí)間決定加熱絲加熱功率。圖6-3給出了可控硅在給定周期T內(nèi)含有不一樣導(dǎo)通時(shí)間情況。過(guò)零信號(hào)是正弦交流電壓過(guò)零時(shí)刻同時(shí)脈沖，可使可控硅在交流電壓正弦波過(guò)零后觸發(fā)導(dǎo)通。過(guò)零同時(shí)脈沖由過(guò)零觸發(fā)電路產(chǎn)生，如圖6-4所表示。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第16頁(yè)圖6-3輸出功率與通斷時(shí)間關(guān)系微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第17頁(yè)圖6-4過(guò)零觸發(fā)電路返回本節(jié)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第18頁(yè)6.3.2數(shù)字控制器數(shù)學(xué)模型閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)可近似看成一階慣性步驟加一個(gè)延遲步驟。所以，依據(jù)第4章第5節(jié)推導(dǎo)，能夠得出：經(jīng)化簡(jiǎn)后得到：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第19頁(yè)式中：A=B=AC=因?yàn)椋珼(z)=R(z)/E(z)，得：微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第20頁(yè)y(n)=A×e(n)-B×e(n-1)+C×y(n-1)+(1-C)×y(n-N-1)式中：y(n)——n時(shí)刻輸出值；e(n)——n時(shí)刻偏差值；e(n-1)——n-1時(shí)刻偏差值；y(n-N-1)——n-N-1時(shí)刻輸出值。由系統(tǒng)飛升特征曲線確定出τ和τ1后，系數(shù)A、B、C則可分別求出。返回本節(jié)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第21頁(yè)6.3.3控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)圖6-5主程序流程圖1.主程序微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與步驟第22頁(yè)2.T0中止服務(wù)程T0中止服務(wù)程序是此系統(tǒng)主體程序，用于開(kāi)啟A/D轉(zhuǎn)換、讀入采樣數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、越限溫度報(bào)警和越限處理、大林算法計(jì)算和輸出可控硅同時(shí)觸發(fā)脈沖等。在T0中止服務(wù)程序中，要用到一系列子程序。如：采樣子程序、數(shù)字濾波子程序、越限處理程序、大林算法程序、標(biāo)度變換程序和溫度顯示程序等。T0中止服務(wù)程序流程圖如圖6-6所表示。微型計(jì)算機(jī)控制