微型計(jì)算機(jī)控制總結(jié)

PAGE典型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成：通用外圍設(shè)備、主機(jī)及操作臺、I/O接口電路、I/O通道、信號檢測及變換、被控對象。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)特點(diǎn)：1）在結(jié)構(gòu)上常規(guī)連續(xù)系統(tǒng)中均使用模擬部件而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部件的混合系統(tǒng)2）連續(xù)系統(tǒng)中各處信號均為連續(xù)模擬信號，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中還有離散模擬、離散數(shù)字等多種信號形式3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包含連續(xù)信號和數(shù)字信號需采用專門的理論來分析和設(shè)計(jì)4）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中控制規(guī)律用軟件實(shí)現(xiàn)使系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性5）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，一個(gè)控制器經(jīng)?？刹捎梅謺r(shí)控制的方式而同時(shí)控制多個(gè)回路6）采用計(jì)算機(jī)控制便于實(shí)現(xiàn)控制和管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。計(jì)算機(jī)在控制中的典型應(yīng)用方式：1）操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)3）監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4）分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)I/O接口電路是主機(jī)與外圍設(shè)備之間交換信息的連接部件。必要性：1）解決主機(jī)CPU和外圍設(shè)備之間的時(shí)序配合和通信聯(lián)絡(luò)問題2）解決CPU和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和匹配問題3)解決CPU的負(fù)載能力和外圍設(shè)備端口選擇問題I/O通道：是計(jì)算機(jī)和控制對象之間信息傳送和變換的連接通道。I/O信號的種類：數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息三類。數(shù)據(jù)信息：是主機(jī)和外圍設(shè)備交換的基本信息。分為：數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量、脈沖量。狀態(tài)信息：外圍設(shè)備通過接口向CPU提供的反映外圍設(shè)備所處的工作狀態(tài)的信息?？刂菩畔ⅲ篊PU通過接口傳送給外圍設(shè)備的。計(jì)算機(jī)和外部的通信方式：1并行通信2串行通信1）全雙工方式2）半雙工方式3）同步通信4）異步通信三種I/O控制方式：程序控制方式、中斷控制方式、直接存儲(chǔ)器存取方式程序控制I/O方式：CPU和外圍設(shè)備之間的信息傳送，實(shí)在程序控制下進(jìn)行的。中斷控制I/O方式：當(dāng)外圍設(shè)備需要請求服務(wù)時(shí)，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)外圍設(shè)備中斷，停止執(zhí)行當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一個(gè)外圍設(shè)備服務(wù)的程序，中斷處理完畢，CPU又返回來執(zhí)行原來的程序。直接存儲(chǔ)器存取方式：不經(jīng)CPU，而在外設(shè)和存儲(chǔ)器之間直接高速交換數(shù)據(jù)I/O接口的編址方式：1）I/O接口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址2）I/O接口獨(dú)立編址I/O通道的主要任務(wù)是將由檢測器件測取的各種參量變換成計(jì)算機(jī)所能接收的信息形式送入計(jì)算機(jī)。I/O通道分為：模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道、數(shù)字量輸出通道。模擬量輸入通道組成：信號處理裝置、采樣單元、采樣保持器、數(shù)據(jù)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和控制電路等部分。為什么加采樣保持器：A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量需要一定時(shí)間，完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間稱為孔徑時(shí)間，對隨時(shí)間變化的模擬信號來說孔徑時(shí)間決定了每一個(gè)采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。對于一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間tA/D,誤差的百分?jǐn)?shù)和信號頻率成正比，為確保A/D轉(zhuǎn)換的精度必須限制信號的頻率范圍。如被采樣模擬信號的變化頻率相對于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度來說是較高的話，為了保證轉(zhuǎn)換精度就要在A/D轉(zhuǎn)換之前加上采樣保持電路使在A/D轉(zhuǎn)換期間保持輸入模擬信號不變。采樣保持電路組成：輸入緩沖放大器A1、模擬開關(guān)AS、模擬信號存儲(chǔ)電容Ch、輸出緩沖放大器A2采樣過程：是用采樣開關(guān)將模擬信號按一定時(shí)間間隔抽樣成離散模擬信號的過程量化過程：用一組數(shù)碼來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號模擬量輸出通道組成：D/A轉(zhuǎn)換器、輸出保持器、多路切換開關(guān)、低通濾波電路和功放電路進(jìn)入I/O通道的干擾：串模干擾、共模干擾。串模干擾抑制方法：1）加輸入濾波器2）為避免干擾從傳輸導(dǎo)線竄入檢測回路，采用帶屏蔽層的雙絞線或同軸電纜連接一次儀表和轉(zhuǎn)換設(shè)備，屏蔽層應(yīng)良好接地3）在靠近傳感器位置將被測信號前置放大，從而提高回路的信號噪音比，再利用邏輯器件的特性來抑制干擾4）采用數(shù)字濾波技術(shù)。共模抑制干擾方法;1)采用共模抑制比高的、雙端輸入的運(yùn)算放大器作被測信號的前置放大器，將有用的測量信號放大，使干擾信號受到抑制2）采用光耦合器或隔離變壓器把各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號源隔離開來，也就是把模擬地和數(shù)字地?cái)嚅_3)采用隔離放大器離散化方法;差分變換法、零階保持器法、雙線性變換法。為什么加零階保持器：由于計(jì)算機(jī)只能處理離散數(shù)字信號，因此輸入信號必須經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器對e（t）進(jìn)行采樣得到e（t），然后需經(jīng)過保持器H（s）將此離散信號變成近似e（t）的信號eh（t)，即eh（t)才等效于e（t），才能加到D（s）上去，所以D（z）近似D（s）求Z變換表達(dá)式時(shí)，應(yīng)包括H（s）在內(nèi)。增量式PID控制算法與位置式PID控制算法比較有哪些優(yōu)點(diǎn)：1）位置式算法每次輸出與整個(gè)過去狀態(tài)有關(guān)，容易產(chǎn)生較大積累誤差，而增量式中只需計(jì)算增量，算式中不需要累加，對控制量計(jì)算的影響較小，獲得比較好的控制效果2）由于計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，且必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉，對系統(tǒng)安全運(yùn)行有利3）手動(dòng)——自動(dòng)切換時(shí)沖擊比較小積分整量化誤差產(chǎn)生原因：在PID增量式算法中，積分項(xiàng)為Kie（k）。當(dāng)采樣周期T較小，而積分時(shí)間T1較大時(shí)，Kie（k）項(xiàng)很可能小于計(jì)算機(jī)的最低有效位，在運(yùn)算時(shí)被計(jì)算機(jī)取整而舍掉，從而產(chǎn)生積分整量化誤差。防止方法：1）擴(kuò)大計(jì)算機(jī)運(yùn)算的字長，提高計(jì)算精度2）當(dāng)積分項(xiàng)Kie（k）＜時(shí)，積分項(xiàng)單獨(dú)累加，直到產(chǎn)生溢出。積分飽和原因：在數(shù)字PID控制系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)開、?；虼蠓茸儎?dòng)給定值時(shí)，系統(tǒng)輸出會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，經(jīng)過積分項(xiàng)累積后可能使控制量u（k）＞umax或u（k）＜umin，此時(shí)，控制量并不能真正取得計(jì)算值，而只能取Umax或Umin，從而影響控制效果。由于主要是積分項(xiàng)的存在，引起了PID運(yùn)算的飽和，因此這種飽和叫積分飽和。積分飽和增加了系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間和起調(diào)量，稱為飽和效應(yīng)，對系統(tǒng)不利。積分飽和的防止方法：積分分離法和遇限削弱積分法。在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于物料或能量傳輸?shù)难舆t，常常存在著純滯后現(xiàn)象。如何消除：1、史密斯純滯后補(bǔ)償原理2、帶純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器史密斯純滯后補(bǔ)償原理：與D（s）并接一補(bǔ)償環(huán)節(jié)Gp(s)(1-)，用來補(bǔ)償被控對象中的純滯后部分，這個(gè)環(huán)節(jié)稱為預(yù)估器整個(gè)純滯后補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)：補(bǔ)償后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)：對最少拍控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體要求如下：準(zhǔn)確性要求、快速性要求、穩(wěn)定性要求大林算法的設(shè)計(jì)原則：以大林算法為模型的數(shù)字控制器，使閉環(huán)系統(tǒng)的特性為具有時(shí)間滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，且滯后時(shí)間與被控對象的滯后時(shí)間相同。振鈴現(xiàn)象：大林把這種控制量以1/2的采樣頻率振蕩的現(xiàn)象稱為振鈴，這種振蕩一般是衰減的。消除方法：令數(shù)字控制器中產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象的極點(diǎn)的因子中的z=1，就可消除振鈴現(xiàn)象。微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟：系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)，微型計(jì)算機(jī)選擇，控制算法設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。軟件分類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件分：操作系統(tǒng)、語言加工系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)。語言加工系統(tǒng)分：編輯程序、編譯程序、連接裝配程序、調(diào)試程序、子程序庫。應(yīng)用軟件分：控制程序、數(shù)據(jù)采集及處理程序、巡回檢測程序、數(shù)據(jù)管理程序。應(yīng)用程序的語言選擇：機(jī)器語言、匯編語言、高級語言。結(jié)構(gòu)化程序三種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)，選擇。。，循環(huán)。。數(shù)字濾波：數(shù)字濾波是通過一定的計(jì)算程序?qū)π盘栕鲾?shù)字化的處理，以減少干擾在信號中的比重。數(shù)字濾波的算法分：算術(shù)平均值濾波、中值濾波、一階滯后濾波、程序判斷濾波。線性化處理：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中需要對一些非線性關(guān)系進(jìn)行處理，通過一定的數(shù)據(jù)處理程序?qū)⒎蔷€性關(guān)系轉(zhuǎn)化為線性關(guān)系。多微處理機(jī)控制系統(tǒng)的定義：多機(jī)系統(tǒng)泛指多微處理器系統(tǒng)和多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所謂多微處理機(jī)控制系統(tǒng)是指一個(gè)具有兩個(gè)或多個(gè)微處理機(jī)并能相互進(jìn)行通信以協(xié)同解決一個(gè)大的給定問題的微機(jī)系統(tǒng)。多微處理機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：1）有較高的處理速度2）提高系統(tǒng)的可靠性3）系統(tǒng)便于擴(kuò)充和修改4）實(shí)現(xiàn)復(fù)雜分散控制和管理一體化5）通過多微處理機(jī)實(shí)現(xiàn)并行處理，是開發(fā)超級計(jì)算機(jī)的重要途徑。多微處理機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)解決的問題：1）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和通信方案2）任務(wù)分割和開發(fā)并行性問題3）正確處理資源競爭和死鎖問題4）提高系統(tǒng)可靠性和動(dòng)態(tài)重組問題。多微處理機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式：緊耦合系統(tǒng)、松耦合系統(tǒng)和分級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)緊耦合系統(tǒng)：耦合系統(tǒng)是指通過電信號連接在一起的系統(tǒng)，或者說是一個(gè)共享公共硬件資源的系統(tǒng)。緊耦合多處理機(jī)是通過一個(gè)共享的高速主存來實(shí)現(xiàn)處理機(jī)間更緊密的聯(lián)系，各微處理機(jī)之間可在指令一級上實(shí)現(xiàn)并行處理。松耦合系統(tǒng)：每個(gè)微處理機(jī)有一個(gè)大容量的局部存儲(chǔ)器，不同計(jì)算機(jī)間通信是通過一個(gè)消息傳送系統(tǒng)交換消息來實(shí)現(xiàn)的。這種耦合程度很松，任務(wù)之間的交互作用很小，通常把它看成是一個(gè)分部系統(tǒng)。分級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：分級結(jié)構(gòu)呈樹狀結(jié)構(gòu)，在這類結(jié)構(gòu)中，各微處理機(jī)之間存在著較明顯的層次關(guān)系數(shù)據(jù)通信的四種方式：1）總線連接的通信方式2）調(diào)制-解調(diào)連接的通信方式3