【教学】第9章 计算机控制系统设计ppt课件

1、第第9 9章章 计算机控制系统设计计算机控制系统设计 9.1 控制系统的工程设计方法控制系统的工程设计方法9.2 计算机控制系统设计步骤计算机控制系统设计步骤9.3 计算机控制系统设计举例计算机控制系统设计举例9.1 控制系统的工程设计方法控制系统的工程设计方法 9.1.1系统设计的原那么系统设计的原那么 w 平安可靠w 系统操作性能好 w 实时性强 w 通用性好 w 经济效益高 9.1 控制系统的工程设计方法控制系统的工程设计方法 9.1.2 确定工程工程与控制义务确定工程工程与控制义务 w 甲方提出义务委托书 w 乙方研讨义务委托书 w 双方对委托书进展确认性修正 w 乙方初步进展系统总体

2、方案设计 w 乙方进展方案可行性论证w 签署合同书 9.1 控制系统的工程设计方法控制系统的工程设计方法 9.1.3工程工程的设计工程工程的设计 w 组建工程研制小组 w 构成总体方案 w 方案论证与评审 w 硬件和软件的分别细化设计 w 硬件和软件的分别调试 w 系统的组装 9.1 控制系统的工程设计方法控制系统的工程设计方法 9.1.4 工程仿真与调试工程仿真与调试 w 离线仿真和调试 w 在线调试和运转 9.2 计算机控制系统设计步骤计算机控制系统设计步骤 w 9.2.1 了解工艺要求，明确控制义务了解工艺要求，明确控制义务 w 9.2.2 确定系统的总体设计方案确定系统的总体设计方案

3、w 1控制系统方案确实定控制系统方案确实定 w 2丈量元件的选择丈量元件的选择 w 3执行机构的选择执行机构的选择 w 4选择输入输出通道及外设选择输入输出通道及外设 w 5画出整个控制系统原理图画出整个控制系统原理图 9.2.3 建立数学模型，确定控制算法建立数学模型，确定控制算法 w 9.2.4 系统硬件设计系统硬件设计w 硬件总体方案设计硬件总体方案设计 w 确定系统的构造和类型确定系统的构造和类型 w 确定系统的构成方式确定系统的构成方式w 1现场设备选择现场设备选择 w 2选择系统的总线和主机机型选择系统的总线和主机机型 w 3选择输入输出通道模板选择输入输出通道模板 w 4选择变送

4、器和执行机构选择变送器和执行机构 w 5检测单元检测单元 9.2.5 系统软件设计系统软件设计w 1编程言语选择 w 1汇编言语w 2高级言语w 3组态软件w 2数据类型和数据构造规划w 3资源分配 4实时控制软件设计实时控制软件设计w 1数据采集及数据处置程序w 2控制算法程序w 3控制量输出程序w 4实时时钟和中断处置程序w 5数据管理程序w 6数据通讯程序9.2.6 系统调试系统调试 w 1离线仿真和调试w 1硬件调试w 检查调理阀能否正确任务。w 检查系统的干扰情况和接地情况 。w 对平安防护措施也要检查。 w 2软件调试 w 3系统仿真 w 2在线调试和运转 w 在现场调试的过程中，

5、往往会出现复杂的、反复在现场调试的过程中，往往会出现复杂的、反复的奇异景象，一时难以找到问题的根源，系统设的奇异景象，一时难以找到问题的根源，系统设计者要仔细地分析，戒骄戒躁逐渐发现问题处理计者要仔细地分析，戒骄戒躁逐渐发现问题处理问题。问题。 9.3 计算机控制系统设计举例计算机控制系统设计举例 w 9.3.1 过程控制系统举例过程控制系统举例-分布式控制系统分布式控制系统w 1明确控制义务明确控制义务 电阻炉温度控制系统电阻炉温度控制系统 2硬件设备的选择w 1转换模块w 2执行器交流调压模块 )(SGCsPeSG)(R(S)F(S)Y(S)+ +- -+ +Smith预估器是抑制纯滞后影

6、响的有效方法之一 )(SGCsPeSG)(R(S)F(S)Y(S)+ +- -+ +sePG+ +- -+ +- -S Sm mi it th h预预估估器器带带SmithSmith预估器的温控系统预估器的温控系统 3仿真实验仿真实验 1.560s+1wp11.560s+1wpPIDwc Zero-OrderStepScopeSaturationDelay1Delay带有带有SmithSmith补偿器的仿真构造和输出曲线补偿器的仿真构造和输出曲线) )9.3.2 传动控制系统举例传动控制系统举例直流电机控制系统的直流电机控制系统的PID算法运用算法运用 w 1.直流电机的速度控制方案直流电机的

7、速度控制方案 无刷直流电机的速度控制方案无刷直流电机的速度控制方案 2硬件构造硬件构造 w 1单片机 w 2DA转换器DAC0832和AD转换器ADS7818 w 3无刷电机控制芯片MC33035 w 4测速安装 w 5功率驱动电路 3系统软件设计系统软件设计 4仿真实验仿真实验 Speed regulatorReference speed (RPM)-K-rad2rpmDiscrete,Ts = 5e-006 s.isais_a e_aPIemfeav+-v+-VdcVabgABC+-Te (N.m)StepTmmABCPer Magnet Syn MachineN (rpm)emf_abc

8、 GatesGatesHall emf_abcDecoders-+3000无刷直流电机仿真构造无刷直流电机仿真构造 00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.20500100015002000250030003500电机转速曲线电机转速曲线 9.3.3 随动控制系统举例随动控制系统举例最小拍算法的运用最小拍算法的运用 闭环步进位置控制系统的组成闭环步进位置控制系统的组成 1系统的硬件组成系统的硬件组成 w伺服控制系统采用80C196作为控制中心，智能功率模块IPM作逆变器，w系统硬件电路主要分以下三部分：w主电路、w控制电路、w驱动及隔离接口电路。2主要硬件主要硬件 w 1主电路智能功率模块IPM w 2闭环步进驱动系统的组成与动态构造 3最少拍位置控制器设计最少拍位置控制器设计 Zero-Order0.2s14.4sTransfer FcnScopeRamp0.694(z-0.5)(z-1)DiscreteZero-Pole闭环步进位置控制系统