第六章微型計算機控制系統(tǒng)設計

1、第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 第六章第六章 微型計算機控制系統(tǒng)的設計微型計算機控制系統(tǒng)的設計6.1 6.1 控制系統(tǒng)設計的一般步驟控制系統(tǒng)設計的一般步驟6.2 6.2 微型計算機控制系統(tǒng)的軟件微型計算機控制系統(tǒng)的軟件6.3 6.3 常用應用程序設計常用應用程序設計6.4 6.4 微機控制直流伺服系統(tǒng)設計微機控制直流伺服系統(tǒng)設計6.5 6.5 微機溫度控制系統(tǒng)設計微機溫度控制系統(tǒng)設計第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 第一節(jié)第一節(jié) 控制系統(tǒng)設計的一般步驟控制系統(tǒng)設計的一般步驟 系統(tǒng)總體控制方案設計系統(tǒng)總體控制方案設計 微型計算機選擇微型計

2、算機選擇 系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)總體設計 硬件設計硬件設計 控制算法設計控制算法設計 軟件設計軟件設計 系統(tǒng)聯(lián)調系統(tǒng)聯(lián)調控制系統(tǒng)設計原則：控制系統(tǒng)設計原則：可靠性高、操作性好、實施性強、通用性好、經濟效益高可靠性高、操作性好、實施性強、通用性好、經濟效益高第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 一系統(tǒng)總體控制方案設計一系統(tǒng)總體控制方案設計 確定控制任務確定控制任務 1. 深入了解控制對象，熟悉生產工藝過程，提出系統(tǒng)的深入了解控制對象，熟悉生產工藝過程，提出系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)要完成的任務?？刂埔螅_定系統(tǒng)要完成的任務。 考慮系統(tǒng)結構考慮系統(tǒng)結構 執(zhí)行機構采用什么方案執(zhí)行機

3、構采用什么方案 有否特殊控制要求？特殊要求應采取那些措施。有否特殊控制要求？特殊要求應采取那些措施。 確定計算機在整個控制系統(tǒng)中所起的作用確定計算機在整個控制系統(tǒng)中所起的作用 2. 完成系統(tǒng)設計的任務書，畫出系統(tǒng)構成的粗框圖。完成系統(tǒng)設計的任務書，畫出系統(tǒng)構成的粗框圖。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 二微型計算機選擇二微型計算機選擇 （一）（一） 微型計算機系統(tǒng)構成方案選擇微型計算機系統(tǒng)構成方案選擇 1組裝方案組裝方案 2單片機方案：體積小、可靠性高、價格便宜、性能指標高。單片機方案：體積小、可靠性高、價格便宜、性能指標高。 3通用微型計算機系統(tǒng)方案通用微型計算機

4、系統(tǒng)方案 4通用工業(yè)控制計算機系統(tǒng)方案通用工業(yè)控制計算機系統(tǒng)方案（二）（二） 微型計算機系統(tǒng)性能指標選擇微型計算機系統(tǒng)性能指標選擇 1完善的中斷系統(tǒng)完善的中斷系統(tǒng) 2足夠的存儲容量足夠的存儲容量 3完備的輸入輸出通道和實時時鐘完備的輸入輸出通道和實時時鐘 4微處理器有足夠的數(shù)據(jù)處理能力微處理器有足夠的數(shù)據(jù)處理能力 字長、指令的執(zhí)行速度、指令系統(tǒng)第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 三三. 系統(tǒng)總體設計系統(tǒng)總體設計 硬件軟件功能分配與協(xié)調硬件軟件功能分配與協(xié)調 盡可能地用軟件來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。盡可能地用軟件來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。 通道設計通道設計系統(tǒng)系統(tǒng)I/O通道：通

5、道： 數(shù)字量數(shù)字量I/O通道通道 開關量開關量I/O通道通道 模擬量模擬量I/O通道通道 脈沖量脈沖量I/O通道通道 在總體設計中，應確定本系統(tǒng)應設置什么樣的通道、每個通在總體設計中，應確定本系統(tǒng)應設置什么樣的通道、每個通道由幾部分組成，各部分選用什么器件等。道由幾部分組成，各部分選用什么器件等。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 接口設計接口設計 接口設計內容：接口設計內容： 擴充接口擴充接口 安排接口電路的安排接口電路的I/O信號及交換方式。信號及交換方式。接口電路接口電路I/O信號的交換方式：信號的交換方式： 程序控制方式（無條件、查詢）程序控制方式（無條件、查

6、詢） 中斷控制讀取中斷控制讀取IO方式方式 直接存儲器存取方式直接存儲器存取方式 常用的擴充方法：常用的擴充方法： 選用專門的功能接口板選用專門的功能接口板 選用通用接口電路選用通用接口電路 用集成電路自行設計接口電路用集成電路自行設計接口電路 操作員控制臺設計操作員控制臺設計 包括：各種轉換開關、按鈕、鍵盤、數(shù)字顯示器、狀態(tài)故障指示燈等。包括：各種轉換開關、按鈕、鍵盤、數(shù)字顯示器、狀態(tài)故障指示燈等。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 四、硬件設計四、硬件設計 任務：任務：根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設計出系統(tǒng)的電氣原理圖，根據(jù)系統(tǒng)總體框圖，設計出系統(tǒng)的電氣原理圖，再按照電氣原

7、理圖選購元件和進行施工設計。再按照電氣原理圖選購元件和進行施工設計。包括：包括： 接口電路和接口電路和I/O通道的擴充通道的擴充 組合邏輯或時序邏輯電路組合邏輯或時序邏輯電路 供電電源供電電源 光電隔離光電隔離 電平轉換電平轉換 驅動放大電路等驅動放大電路等 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 五五. 控制算法設計控制算法設計 在對系統(tǒng)數(shù)學模型分析、綜合設計的基礎上求得相應的控制規(guī)律，之后程序化。（1）控制算法對系統(tǒng)的性能指標有直接的影響，確定算法能否滿足控制速度、精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。（2）各種控制算法提供了一套通用的計算公式，是對一般性的問題而言的，應針對具體情

8、況，進行修改與補充。（3）可實現(xiàn)性。確定為設計、調試方便，可將控制算法作合理的簡化，逐步將控制算法完善，直到獲得最好的控制效果。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 六、軟件設計六、軟件設計七七. 系統(tǒng)聯(lián)調：軟硬件系統(tǒng)聯(lián)調系統(tǒng)聯(lián)調：軟硬件系統(tǒng)聯(lián)調 第一步第一步在實驗室模擬裝置上進行，要盡量創(chuàng)造條件使模擬裝置接近于實際控制系統(tǒng)，在調試時應采取一些必要的測量監(jiān)視和保護措施。 第二步第二步是在工業(yè)生產現(xiàn)場進行工業(yè)試驗。經過一段考機和試運行后，即可投入正式運行。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 6.2 微型計算機控制系統(tǒng)的軟件微型計算機控制系統(tǒng)的軟件

9、 一、軟件的分類一、軟件的分類軟件軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應用軟件應用軟件 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)語言加工系統(tǒng)診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng) 控制程序控制程序數(shù)據(jù)采集及處理程序數(shù)據(jù)采集及處理程序巡回檢測程序巡回檢測程序數(shù)據(jù)管理程序數(shù)據(jù)管理程序編輯程序編輯程序編譯程序編譯程序連接、裝配程序連接、裝配程序調試程序調試程序子程序庫子程序庫 數(shù)據(jù)可靠性檢查程序數(shù)據(jù)可靠性檢查程序AD轉換及采樣程序轉換及采樣程序 數(shù)字濾波程序數(shù)字濾波程序 線性化處理程序線性化處理程序 數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集程序 越限報警程序越限報警程序 事故預告程序事故預告程序 畫面顯示程序畫面顯示程序 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計

10、算機控制系統(tǒng)設計 二、應用程序的語言選擇及設計步驟二、應用程序的語言選擇及設計步驟 1、語言選擇、語言選擇 機器語言、匯編語言、機器語言、匯編語言、 高級語言、高級語言、高級語言和匯編高級語言和匯編語言混合編程語言混合編程 用高級語言編寫計算，圖形繪制，顯示，打印程序，用匯編語言編寫時鐘管理，中斷管理和輸入輸出程序等。 2、應用程序的設計步驟和方法應用程序的設計步驟和方法 應用程序設計應用程序設計的的五個步驟：五個步驟： 問題定義問題定義 程序設計程序設計 編碼編碼 調試調試 改進和再設計改進和再設計第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 程序設計通常采用模塊程序設計法和

11、結構程序設計法程序設計通常采用模塊程序設計法和結構程序設計法結構化程序設計基本思想的三種基本結構表示：結構化程序設計基本思想的三種基本結構表示： 順序結構順序結構 選擇結構選擇結構 循環(huán)結構循環(huán)結構順序結構選擇結構循環(huán)結構圖6-1 流程圖的三種基本結構第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 應用軟件設計應用軟件設計 組織應用軟件的內容及步驟：組織應用軟件的內容及步驟： 確定具體要求確定具體要求 軟件規(guī)劃軟件規(guī)劃 程序編制程序編制 軟件調試軟件調試 善后工作善后工作 確定具體要求確定具體要求 管理要求管理要求 輸入輸出要求輸入輸出要求 語言加工要求語言加工要求 功能處理要求

12、功能處理要求 軟件規(guī)劃軟件規(guī)劃 模式選擇模式選擇 語言選擇語言選擇 匯編語言匯編語言 高級語言高級語言 確定數(shù)據(jù)結構確定數(shù)據(jù)結構 劃分程序塊劃分程序塊 確定程序編制順序確定程序編制順序 內存安排內存安排 用符號來代替某部分程序的首址。用符號來代替某部分程序的首址。 粗略估算各部分容量粗略估算各部分容量 根據(jù)具體情況對內存作精確安排根據(jù)具體情況對內存作精確安排 應用軟件編制的要求： 實時性 針對性 靈活性和通用性 可靠性第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 三、高級語言和匯編語言的混合編程三、高級語言和匯編語言的混合編程1、 混合語言編程的基本概念混合語言編程的基本概念

13、1）程序接口）程序接口在一種語言程序中調用調用由其他語言編寫的程序模塊。 2）命名約定）命名約定為了解決不同語言對名稱標識符的不同處理，對名稱標識符名稱標識符、目標文件名長度目標文件名長度的不同限制的約定。 3）調用約定）調用約定在兩種程序語言中為實現(xiàn)彼此調用而建立的一種協(xié)定，如調用過程中參數(shù)的個數(shù)及順序 4）參數(shù)傳遞約定）參數(shù)傳遞約定 傳值、傳址、傳名、傳結果第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 C語言程序調用匯編程序舉例語言程序調用匯編程序舉例 例：用匯編過程完成A2B計算，并由C語言程序將計算結果顯示輸出。/*C語言程序：CAC.C，向匯編程序傳送兩個參數(shù)A和B，

14、并將匯編程序返回的計算結果（由AX累加器傳遞）顯示*/Extern int power2 (int，int)main（）Printf (“3times 2to the power of 5 is %dn”，power2(3,5)第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 ；匯編語言程序CAA.ASMMODEL SMALLCODESEGMENTPUBLIC _Power2_power2 PROC NEARPUSHBPMOVBP，SPMOVAX，BP+4MOVCL，BP+6SHLAX，CLPOPBPRET_power2 ENDPCODEENDS第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設

15、計微型計算機控制系統(tǒng)設計 四微型計算機控制系統(tǒng)的研制工具四微型計算機控制系統(tǒng)的研制工具 微型計算機控制系統(tǒng)的研制工具主要有微型計算機開發(fā)系統(tǒng)（MDS）、聯(lián)機仿真器（ICE）以及模擬仿真程序等。 MDS由常規(guī)微型計算機的一些主要部件（如微處理器、存儲器和輸入輸出設備）和系統(tǒng)軟件、工具軟件（如編輯程序、調試程序、跟蹤程序和模擬程序等）和硬件（如聯(lián)機仿真器、EPROM編程器等）組合而成。它與常規(guī)的微型計算機系統(tǒng)大致相似。利用聯(lián)機仿真器可以實現(xiàn)以下開發(fā)手段：利用聯(lián)機仿真器可以實現(xiàn)以下開發(fā)手段： 1）系統(tǒng)實時仿真）系統(tǒng)實時仿真 2）資源借調）資源借調 3）控制系統(tǒng)綜合設計和調試）控制系統(tǒng)綜合設計和調試第

16、第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 第三節(jié)第三節(jié) 常用應用程序設計常用應用程序設計 一數(shù)字濾波一數(shù)字濾波 數(shù)字濾波數(shù)字濾波是通過一定的計算程序對信號作數(shù)字化的處理，以減少干擾在信號中的比重。數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，與模擬濾波器相比有以下優(yōu)點：優(yōu)點： （1）用程序完成，可多個輸入通道共用一個濾波程序。）用程序完成，可多個輸入通道共用一個濾波程序。（2）不需硬件設備，可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間）不需硬件設備，可靠性高、穩(wěn)定性好，各回路之間不存在阻抗匹配等問題。不存在阻抗匹配等問題。（3）可對頻率很低的信號濾波。）可對頻率很低的信號濾波。 （4）改變程序就可實現(xiàn)不

17、同的濾波方法或調整濾波參數(shù)，）改變程序就可實現(xiàn)不同的濾波方法或調整濾波參數(shù)，靈活、方便。靈活、方便。 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 算術平均值濾波算術平均值濾波NkkXNY11算術平均值濾波主要對壓力、算術平均值濾波主要對壓力、流量、液面等周期脈動的采流量、液面等周期脈動的采樣值進行平滑加工。樣值進行平滑加工。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 中值濾波中值濾波中值濾波去掉脈動性中值濾波去掉脈動性干擾比較有效。干擾比較有效。一般取N為35即可第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 動態(tài)濾波方法動態(tài)濾波方法一階滯后濾

18、波一階滯后濾波1)1 (kkkayxay適用于快速隨機變化參數(shù)適用于快速隨機變化參數(shù)第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 程序判斷濾波程序判斷濾波 限幅濾波限幅濾波限幅濾波程序流程圖限幅濾波程序流程圖xxx12xxx12若 ，則本次采樣值為x2若 ，則本次采樣值為x1舍去否則判斷為干擾信號，采樣數(shù)據(jù)有效；,12xxx第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 2限速濾波限速濾波 設相鄰的采樣時刻t1，t2，t3的采樣值為x1，x2，x3，則限速濾波的規(guī)則為：若 ，則以x2作為濾波輸出值。若 ，則x2不采用，但仍保留，再取第三次采樣值x3。若 ，則x3作

19、為濾波輸出值。若 ，則以（x2+ x3）/2作為濾波輸出值。 限速濾波是一個折衷方案，既照顧了濾波輸出值的實時性，又照顧了其變化的連續(xù)性。 xxx12xxx12xxx23xxx23第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 限速濾波限速濾波限速濾波程序流程圖限速濾波程序流程圖,12xxx,12xxx,23xxx,23xxx則本次采樣值為x2則x2不用則本次采樣值為x3,23xxx則本次采樣值為x3則本次采樣值為(x2+x3)/2第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 2、 線性化處理線性化處理 分段線性插值分段線性插值)(11iiiiiixxxxyyyy

20、 2 線性插值的線性插值的計算機實現(xiàn)步驟計算機實現(xiàn)步驟 （1）用實驗方法測量輸入輸出的非線性關系曲線。反復測量，選一條較精確的曲線。 （2）將測量得到的曲線進行分段，選取各插值點?？梢缘乳g隔分，也可不等間隔分，曲線變化大的部分間距小些，曲線平緩的部分間距可大些。 （3）確定并計算出各插值點的xi，yi值及兩相鄰插值點間的擬合直線的斜率ki，并以表格的方式放在存儲器中。 （4）經查表找出x所在區(qū)間（xi，xi+1），并取出該段的斜率ki，基點值xi、 yi。 （5）計算結果y= yi+ ki（x- xi）。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 2、 線性化處理線性化處理

21、分段線性插值分段線性插值第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 3、數(shù)碼顯示、數(shù)碼顯示兩位十進制數(shù)顯示兩位十進制數(shù)顯示程序流程圖程序流程圖第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 4、越限報警處理程序、越限報警處理程序若xnxmax,則上限報警若xnxmin,則上限報警第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 5、PID控制算法程序控制算法程序第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 6.3 微型計算機溫度控制系統(tǒng)設計微型計算機溫度控制系統(tǒng)設計 網帶式多溫區(qū)電阻爐微型計算機溫度控制系統(tǒng)的設計。網帶式多溫區(qū)電阻爐微

22、型計算機溫度控制系統(tǒng)的設計。一、系統(tǒng)總體設計一、系統(tǒng)總體設計 明確控制要求，對硬件和軟件有個大概考慮明確控制要求，對硬件和軟件有個大概考慮1、確定系統(tǒng)的控制任務、確定系統(tǒng)的控制任務控制對象：六溫區(qū)網帶式連續(xù)燒結電阻爐。控制對象：六溫區(qū)網帶式連續(xù)燒結電阻爐。設計要求：設計要求： 每個溫區(qū)的溫度在每個溫區(qū)的溫度在600 1000范圍內連續(xù)可控；范圍內連續(xù)可控； 各溫區(qū)的溫度以及網帶的運行速度可自行設定；各溫區(qū)的溫度以及網帶的運行速度可自行設定； 要求系統(tǒng)能夠對六個溫區(qū)的溫度及網帶運行速度巡回要求系統(tǒng)能夠對六個溫區(qū)的溫度及網帶運行速度巡回檢測、顯示和定時打印。檢測、顯示和定時打印。第第6 6章章 微

23、型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 計算機控制系統(tǒng)應完成的主要任務有：計算機控制系統(tǒng)應完成的主要任務有： 六個溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制。六個溫區(qū)溫度的閉環(huán)直接數(shù)字控制。 網帶拖動直流調速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測。網帶拖動直流調速系統(tǒng)的速度給定和速度檢測。 六個溫區(qū)溫度及網帶運動速度的巡回檢測、顯示和定時打印。六個溫區(qū)溫度及網帶運動速度的巡回檢測、顯示和定時打印。 此外，實現(xiàn)系統(tǒng)升溫、保溫狀態(tài)指示，超溫、斷偶報警等功能。此外，實現(xiàn)系統(tǒng)升溫、保溫狀態(tài)指示，超溫、斷偶報警等功能。 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 a. 溫度檢測溫度檢測 600 1000 檢測元

24、件選用鎳鉻-鎳鋁熱電偶，適用于01000的溫度測量范圍，相應輸出電壓為0mV41.32mV。經變送器變換成010V 。 二二 輸入輸出通道及其接口設計輸入輸出通道及其接口設計 1）溫度檢測模擬輸入通道設計）溫度檢測模擬輸入通道設計 溫度檢測模擬輸入通道由溫度檢測元件、變送器和ADC等組成。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 熱電偶圖片熱電偶圖片第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 非線性補償非線性補償線性化處理線性化處理 根據(jù)熱電偶的技術數(shù)據(jù)可以繪制出輸出電壓信號V和溫度T之間的特性曲線，假設熱電偶的輸出特性曲線如下圖所示。t( C)。t4t3

25、t2t1V1V2V3V4Vi43211234第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 由圖可以看出，該熱電偶的輸出特性曲線斜率的變化不大，可以采用線性插值法進行非線性補償。選擇4個插值基點（V1，T1）、（V2，T2）、（V3，T3）、（V4，T4），然后寫出每段曲線的插值函數(shù)表達式，表達式如下式所示。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 參數(shù)存儲單元分配表第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 b. 多路模擬開關多路模擬開關CD40511 162 153 144 135 126 117 108 9IN/OUTOUT/ININ/

26、OUTINHVEEVSSVDDIN/OUTABC圖 CD4051引腳圖第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 c. A/D轉換轉換 由由VF變換器和定時計數(shù)器組成變換器和定時計數(shù)器組成VF轉換輸入通道的結構通常為：轉換輸入通道的結構通常為： 傳感器傳感器信信 號號放大器放大器V/F光光 電電耦合器耦合器CPU小信號小信號VI010Vf設設VF變換器的額定輸出頻率為變換器的額定輸出頻率為Fs，計數(shù)器對輸出脈沖的，計數(shù)器對輸出脈沖的計數(shù)時間為計數(shù)時間為Ts，AD轉換結果的分辨率為轉換結果的分辨率為i，則有：，則有： ssTF2i取取Ts1s，若，若VF的輸出頻率范圍的輸出頻率

27、范圍010kHz內，可以得內，可以得到到13位的位的AD轉換結果。轉換結果。F=D/TS第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 F=D/TS第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 溫度檢測模擬輸入通道設計溫度檢測模擬輸入通道設計 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 2) 晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設計晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設計 晶閘管簡介晶閘管簡介晶閘管晶閘管(可控硅整流器可控硅整流器) 功率放大器件。功率放大器件。 IG iA + VAK -R+ US_晶閘管的工作方式有：晶閘管的工作方式有： 調壓方式調壓方式 調功方式調功方

28、式調壓方式：是通過利用移相觸發(fā)脈調壓方式：是通過利用移相觸發(fā)脈沖調節(jié)晶閘管的導通角，使輸入到沖調節(jié)晶閘管的導通角，使輸入到電加熱元件的電壓改變，達到調節(jié)電加熱元件的電壓改變，達到調節(jié)用電器的輸入功率，來實現(xiàn)控制目用電器的輸入功率，來實現(xiàn)控制目的的 。導通角第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 uuuutttt12.5%25%50%100%RUNnP2n=1n=2n=4n=N=8調功方式：觸發(fā)電路采用的是過零觸發(fā)方式，外加正弦電壓調功方式：觸發(fā)電路采用的是過零觸發(fā)方式，外加正弦電壓過零時控制信號才使晶閘管的觸發(fā)導通，則負載上得到的電過零時控制信號才使晶閘管的觸發(fā)導通，則負

29、載上得到的電壓是一個正弦波。壓是一個正弦波。調功方式輸入電爐的平均功率為：調功方式輸入電爐的平均功率為： 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設計晶閘管數(shù)字觸發(fā)輸出通道設計過零檢測同步脈沖電路過零檢測同步脈沖電路 ：ABCDEF第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 圖圖6-32 導通波頭數(shù)控制電路。導通波頭數(shù)控制電路。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 3) 撥碼盤給定輸入通道撥碼盤給定輸入通道撥碼盤作為數(shù)字量的輸入設備，設定和修改碼盤值可作為控制撥碼盤作為數(shù)字量的輸入設備，設定和修改碼盤值可作為

30、控制系統(tǒng)的給定值。系統(tǒng)的給定值。輸入非數(shù)字信息時，需要事先將非數(shù)字信息轉換為數(shù)字代碼，輸入非數(shù)字信息時，需要事先將非數(shù)字信息轉換為數(shù)字代碼，再由撥碼盤輸入。再由撥碼盤輸入。 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 4) 數(shù)碼顯示輸出通道數(shù)碼顯示輸出通道包括：包括： 數(shù)字量輸出接口電路數(shù)字量輸出接口電路 鎖存譯碼驅動電路鎖存譯碼驅動電路 七段數(shù)碼管顯示器七段數(shù)碼管顯示器爐溫顯示：一位顯示溫區(qū)代號，四位顯示爐溫顯示：一位顯示溫區(qū)代號，四位顯示4位溫度值；位溫度值； 網帶速度顯示：一位顯示網帶速度代號，四位顯示網帶速度。網帶速度顯示：一位顯示網帶速度代號，四位顯示網帶速度。5)

31、 打印機輸出通道打印機輸出通道 系統(tǒng)配置了通用打印機接口電路。系統(tǒng)配置了通用打印機接口電路。 打印內容包括表頭、制表、采樣數(shù)據(jù)和采樣時間。打印內容包括表頭、制表、采樣數(shù)據(jù)和采樣時間。 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 二、微型計算機選擇二、微型計算機選擇 控制系統(tǒng)選取采用控制系統(tǒng)選取采用STD總線標準的模塊式工業(yè)控制計算機?？偩€標準的模塊式工業(yè)控制計算機。本系統(tǒng)：本系統(tǒng)： 主機板采用主機板采用8098單片機多功能單片機多功能CPU模板，主頻模板，主頻6MHz。 配置了顯示及操作面板接口模板配置了顯示及操作面板接口模板 打印機接口模板。打印機接口模板。 非通用數(shù)字觸發(fā)

32、控制模板非通用數(shù)字觸發(fā)控制模板 反饋通道的反饋通道的VF變換及變換及AD轉換模板轉換模板 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 三、控制算法設計三、控制算法設計 整個系統(tǒng)屬于多變量系統(tǒng)，其數(shù)學描述傳遞矩陣為：整個系統(tǒng)屬于多變量系統(tǒng)，其數(shù)學描述傳遞矩陣為： )()()()()(6,61 ,66, 11 , 1sgsgsgsgsG 6, 16, 11)()()(,jisTeKsUsysgjisjijijiji 其中：其中：離散后可近似為：離散后可近似為： )()1()(mkBUkAYkY 式中：式中：y(k) 66矩陣；矩陣；U（k） 61矩陣；矩陣； A 66矩陣；矩陣；

33、 B 66矩陣。矩陣。 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 對于系統(tǒng)的每一個溫區(qū)，其簡化動態(tài)結構：對于系統(tǒng)的每一個溫區(qū)，其簡化動態(tài)結構： 被控對象傳遞函數(shù)為：被控對象傳遞函數(shù)為： sTKesGDs1)( c廣義脈沖傳遞函數(shù)為：廣義脈沖傳遞函數(shù)為： 1/11)1(11)()( zeezKsTKesezsGzzGDDTTTTNDsTs 系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為：1/1/1)1()( zezezCCTTNTT第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為：數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為： )1(1)1()1)(

34、1()(1)()()(1/1/1/ NTTTTTTTTTTzezeeKezezzGzzDCCDCD進一步簡化為：進一步簡化為： 12111101)( NzbzbzaazDCDCDDCDCTTTTTTTTTTTTTTTTebeKeeaebeKea/2/)/()/(/1/1/01;)1(;)1(1 式中：式中： 差分化后得到控制器差分方程：差分化后得到控制器差分方程： )1()()1()1()(1021 kEakEaNkUbkUbkU第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 四、硬件設計四、硬件設計硬件電路設計有：硬件電路設計有： 前級放大器及多路模擬轉換開關。前級放大器及多路

35、模擬轉換開關。 AD轉換模板。轉換模板。 數(shù)字觸發(fā)控制模板。數(shù)字觸發(fā)控制模板。第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 五、軟件設計五、軟件設計 系統(tǒng)控制程序的任務系統(tǒng)控制程序的任務 系統(tǒng)控制程序的模塊化系統(tǒng)控制程序的模塊化按控制功能將程序分成三個程序模塊：按控制功能將程序分成三個程序模塊： 第第6 6章章 微型計算機控制系統(tǒng)設計微型計算機控制系統(tǒng)設計 系統(tǒng)初始化程序模塊系統(tǒng)初始化程序模塊系統(tǒng)初始化包括：系統(tǒng)初始化包括： 設置堆棧設置堆棧 清除動態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)清除動態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 初始化打印緩沖區(qū)初始化打印緩沖區(qū) 設置設置8253計數(shù)器的控制字和計數(shù)初始值計數(shù)器的控制字和計數(shù)初始值 設置時鐘系統(tǒng)的初始值設