第七章-计算机控制系统的工程设计

第7章计算机控制系统工程设计，本章主要教学内容，1。计算机控制系统的设计原则。计算机控制系统的设计步骤。DC电机数字伺服系统设计，7.1计算机控制系统设计原理，7.1.1。计算机控制系统的设计特点，理论知识与工程实践结合程度低；多学科知识的综合应用：控制理论、电子技术、计算机软硬件、传感器技术、接口技术、生产过程知识、熟悉生产现场、工业现场、实际动手调试能力等。设计时不仅要考虑系统的功能和性能要求，还要考虑系统的可靠性，即必须采用抗干扰技术。电气、机械等。7.1.2计算机控制系统设计的基本要求，1。系统应具有良好的操作性能易于使用和维护；硬件方面：控制开关不应过多、过于复杂和易于操作；软件方面：应用程序应尽可能使用汇编语言；一旦出现故障，应易于排除。这要求硬件配备高级语言，以便用户能够轻松掌握。方面，部件的配置应便于操作人员维修；就软件和硬件而言，最好提供错误检查程序或诊断程序。顺序很简单。2。通用性好，易于扩展，设计时必须使系统设计标准化，并尽可能采用全、线结构(如S-100、多总线等。)。最好采用普通的大规模集成电路接口芯片作为接口组件。如果速度允许，接口硬件部分的操作功能应尽可能通过软件实现。此外，在设计过程中，每个设计指标都要留有一定的余量，如CPU工作速度、电源功率、内存容量、输入输出通道等。3。高可靠性，4。良好的实时性，通常在设计时应考虑备份手段，如配备常规控制装置，或手动控制装置作为备份。通常，多台计算机可以直接用来设置定时事件和系统的时钟，以确保及时处理。是的，做一个热备份或冷备份。目前，生产过程控制的发展是采用分布式控制系统，这可以提高系统的可靠性。随机事件，系统设置中断，并根据故障的优先顺序，预先分配中断等级，一旦事故发生，保证优先处理紧、急故障。设计周期要短，价格要便宜，计算机技术发展迅速，各种新技术和新产品不断涌现，设计周期要缩短，尽可能采用价格低廉的元件，以降低整个控制系统的总成本。目前，在满足精度、速度等性能要求的前提下，7.2计算机控制系统的设计步骤，从宏观上看，计算机控制系统设计的基本内容和主要内容，1。研究受控对象，确定控制任务，调查分析受控对象及其工作过程，熟悉其流程，寻找并确定设计系统应完成的任务。确定系统应达到的性能指标并形成设计任务规范。主要步骤大致相同，一般分为以下几个步骤。根据实际应用中存在的问题，提出了具体的控制要求。总体设计包括以下内容：2 .确定系统的总体控制方案，(1)确定系统的性质和结构，数据采集和处理系统/对象控制系统；开环控制/闭环控制，(2)确定执行机构方案，电机驱动/液压驱动/其他驱动，(3)控制系统的整体“黑箱”设计，根据控制要求，完成控制任务所需的功能列表、元件、模块和控制对象用框图表示，从而形成一个形状，(4)控制系统的层次结构和软硬件功能的划分在用硬件实现时更快，这样可以节省大量的CPU，形成系统的整体框图和时间，但系统更复杂、更不灵活、更昂贵首先，只要CPU时间允许，软件应该尽可能多地使用注(1)选择合适的控制策略和控制算法，以满足特定控制对象的控制速度、控制精度和稳定性要求以及控制指标要求。例如快速跟随-最小节拍；纯滞后-达林算法或史密斯纯滞后补偿算法；随机系统-随机控制算法；参数难以确定或波动很大自适应控制。(2)在某些情况下进行必要的修改和补充。如果采用PID数字控制器，如果效果不理想，再加上乒乓控制，系统具有更好的快速性。结合模糊控制，系统快速性好，超调量小。详细的硬件设计，(1)信号采集分辨率和信号放大系数的确定，(2)精度分布，(3)输入输出通道和确定过程的处理方法，(4)计算机系统选择：购买现成的计算机系统；(2)使用标准功能模块产品形成系统；(3)核心，(5)过程通道和接口技术，(6)从头到尾控制台设计和计算机系统设计。(8)硬件调试，(7)可靠性设计，5。详细的软件设计，控制系统对软件的要求：实时性，可靠性，使用性，方便性，可读性和简洁性。(1)选择编程语言：汇编语言、高级语言、混合语言，(2)软件设计步骤：问题定义；(2)详细设计；(3)编译源程序；(4)形成可执行代码；(5)调试。系统仿真与调试，(1)实验室硬件联合调试，(2)实验室软件联合调试，(3)实验室系统联合调试，(7)。现场安装调试，7.3电机数字伺服系统设计，设计目的：以单片机为核心的控制系统设计，DC伺服电机通过数字控制器的输入输出角度，1。系统硬件设计、硬件系统组成、单片机、电源、键盘显示、数字控制器、DC、伺服电机、光电编码器、可调模拟负载(见图，线路控制)。8-1).DC电机伺服系统硬件原理图如下：(a)、(b)，图7.1电机伺服系统硬件原理图，ADC0809运行。ALE连接到START，单片机与模数转换芯片的接口：当A14为低电平时，读取只读存储器(27512)；低电平时，读取随机存取存储器(，微控制器与外部只读存储器和随机存取存储器之间的接口：低电平，6264)，低电平时，写入6264。数据锁存器同时开始模数转换。ADC0809设置，微控制器和DAC0832之间的接口：低电平时，DAC0832将数据总线上的数据转换为单极性电流输出。设置和速度参考输入。和它的外围部件形成一个三角波发生器用于比较。脉宽调制功率放大器原理：比较运算放大器、放大器、模拟量和三角波电压，输出宽度可变。键盘显示设计：RXD连接到最高位74LS164串行移位寄存器，TXD连接到74LS164外部时钟引脚。74LS164的并行输出连接到发光二极管段的驱动输入。TXD，方波脉冲。由P3.2控制，当P3.2为低电平时，TXD驱动显示器；P3.2，高电平时，操作键盘。根据第五章介绍的二阶工程设计方法，修正系统，2。伺服系统控制器设计，将伺服电机位置随动系统传递函数设置为，其中，应选择以下形式的控制器，开环传递函数为，即获得模拟控制器，即通过后向差分法离散模拟控制器以