计算机控制技术教案(第八章)

1、第八章 计算机控制系统设计计算机控制系统设计步骤计算机控制系统设计实例微机控制系统设计的一般步骤研究被控对象，确定控制任务 深入了解控制对象的工作过程，熟悉其工艺流程 根据实际应用中的问题提出具体要求，确定系统所要完成的任务 用时间和控制流程图来描述控制过程和控制任务，写成设计任务说明书 确定系统整体控制方案 要从系统构成上考虑，是采用开环控制还是闭环控制 考虑执行机构采用什么方案，是采用电机驱动、液压驱动、电阻加热还是其它执行机构，比较各种方案，择优而用 考虑是否有特殊控制要求（高精度、高实时性、指定执行机构） 选择微型计算机和外围设备 字长（根据字长确定方法） 寻址范围和寻址方式（根据地址

2、线硬件连接方式） 指令种类和数量（根据CPU类型） 内部存储器的种类和数量 速度（主频） 中断处理能力（中断接口） 确定控制算法（步进控制算法、数字PID、最少拍有纹波、无纹波控制器、复杂控制算法） 确定算法能否满足控制速度、精度以及系统稳定性的要求 确定哪些情况下要进行修改与补充（数字PID改进） 为设计、调试方便，可将控制算法作合理的简化，逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果（调整或修改控制算法） 系统总体方案设计 系统控制结构（计算机控制系统典型结构及特点） 将控制任务分解为控制功能模块 硬件与软件划分、接口 系统软件、开发软件平台 控制网络、操作方式、人机接口 硬件和软件的具体设

3、计 硬件设计：根据系统总体框图，设计出系统电气原理图，再按照电气原理图着手元件的选购和开始施工设计工作，主意包括过程通道设计、传感器设计等； 软件设计： 编写控制程序、管理程序，包括控制逻辑、标度转换、控制算法、数字滤波等； 系统联调 把已调好的各程序功能块按照总体设计要求连成一个完整的程序。程序调试完成后，还要进行在线仿真，然后进行试运行。经过一段考机和试运行后，即可投入正式运行计算机控制系统设计实例电阻炉温度控制系统 了解被控对象，确定设计任务 在某实验装置中，要求按照控制电阻炉中A点的温度按预定的规律变化，同时监测B点的温度，一旦B点的温度超过允许值，就发出报警信号，并停止加热 确定系统

4、整体控制方案 采用闭环控制 执行机构电阻加热方式 控制精度要求1 中断要求10微秒 选择微型计算机和外围设备 字长（根据字长确定方法） n=log2(1+1000) n=10 速度（主频） 中断时10ms响应，10/8Mhz 选择控制器-单片机 确定控制算法 数字控制器的数学模型 电阻炉可近似为一个带纯滞后的一阶惯性环节，即 式中各参数可根据系统的特性曲线来确定 采用PID算法设计数字控制器 系统总体方案设计 计算机监督控制系统 将控制任务分解为控制功能模块 硬件与软件划分、接口 系统软件、开发软件平台 控制网络、操作方式、人机接口现场总线网力控组态 硬件电路 温度测量电路 检测元件选用镍铬-

5、镍铝热电偶，分度号为EU，适用于01000的温度测量范围，相应输出电压为0mV41.32mV 变送器由毫伏变送器和电流/电压变送器组成：毫伏变送器用于把热电偶输出的041.32mV变换成010mA范围内的电流；电流/电压变送器用于把毫伏变送器输出的010mA电流变换成05V范围内的电压 温度调节 采用电阻丝加热，利用数字量控制双向晶闸管通断，调整电阻丝通电时间，从而控制温度调整。 接口电路 8031的接口电路有ADC0809、8155和2732等。本系统采用ADC0809型A/D转换器，作为温度测量电路的输入接口；8155用于键盘和显示接口；2732作为8031外部程序(ROM)存储器 控制系统程序